Гелеобразователи в фармации. Карбопол. Альгинаты
Гелеобразователи (gelling agents)
Гелеобразователи (желеобразователи, желирующие вещества) -- это вещества, в определённых условиях способные образовывать гели.
Гели (желе) представляют собой дисперсные системы, по крайней мере, двухкомпонентные. Дисперсионной средой является жидкость. В пищевых системах это обычно вода, и гель носит название гидрогеля. Дисперсной фазой является желеобразователь, полимерные цепи которого образуют поперечно сшитую сетку. Вода в такой системе физически связана и теряет подвижность. Следствием этого является изменение консистенции пищевого продукта.
Молекулы гелеобразователя связаны в трёхмерную сетку и тоже не обладают той подвижностью, которая есть у молекул загустителя в высоковязких растворах. Чёткое разграничение между гелеобразователями и загустителями, однако, невозможно. Обе группы веществ представляют собой макромолекулы с гидрофильными группами, которые вступают в физическое взаимодействие с имеющейся в продукте водой.
Структура и прочность пищевых гелей могут сильно различаться, например «нежный» эластичный желатиновый гель совсем не похож на «короткий» ломкий непрочный каррагинановый.
За исключением желатина (животный белок), гелеобразователи являются углеводами (полисахаридами) растительного происхождения, растительными гидроколлоидами. Их получают из наземных растений или водорослей. По химической природе гелеобразователи являются кислыми полисахаридами с остатками серной кислоты.
Гель практически является закреплённой формой коллоидного раствора, золя. Для превращения золя в гель необходимо, чтобы между распределёнными в жидкости моле-кулами начали действовать силы, вызывающие межмолекулярную сшивку. Это может происходить поразному: снижением количества растворителя за счёт испарения; понижением растворимости распределённого вещества за счёт химического взаимодействия; добавкой веществ, способствующих образованию связей и поперечной сшивке; изменением температуры и регулированием величины рН.
Начало желирования сопровождается замедлением броуновского движения частиц дисперсной фазы (возрастанием вязкости), их гидратацией и образованием полимерной сетки. Способность полимеров образовывать гели зависит от длины и числа линейно ориентированных участков их молекул, а также наличия боковых цепей, создающих стерические затруднения при межмолекулярном взаимодействии. Для протекания процесса поперечной сшивки необходимо наличие активных или активированных групп (ОН, СООН) в определённых положениях.
Механизмы желирования различных гелеобразователей также могут сильно различаться. Сравним механизмы желирования высоко- и низкоэтерифицированных пектинов.
Способность желировать у высокоэтерифицированных пектинов (степень этерификации > 50 и < 75%, молекулярная масса > 10 000 и < 300 000) основана на свойстве линейных молекул образовывать трёхмерную полимерную сетку в присутствии воды, кислоты и сахара. Межмолекулярные связи представлены водородными мостиками, свободные сегменты молекул сильно гидратированы. Присутствие определённого количества кислоты необходимо для подавления диссоциации свободных карбоксильных групп. Таким образом, общий отрицательный заряд молекул снижается и тем самым подавляется их взаимное отталкивание. Высокая концентрация нейтральных сахаров, например сахарозы, в свою очередь снижает водную активность системы с одновременной дегидратацией пектиновых молекул, что приводит к более лёгкому сближению зон связывания. Низкоэтерифицированные пектины (степень этерификации < 50%), как и другие ионные гелеобразователи, желируют в присутствии определённых катионов, обычно кальция. Способность желировать для низкоэтерифицированных пектинов практически не зависит от содержания сухих веществ и значения рН.
Так, молочные гели имеют рН около 6.5, а желированные фруктовые и овощные соки -- около 2.5. Связывание полимерных цепочек низкоэтерифицированных пектинов происходит посредством поливалентных катионов (Са++).
Причём концентрация ионов кальция очень важна для свойств геля, например при их недостатке гель не образуется, а при избытке образуется гель, склонный к синерезису; кроме того, в осадок выпадает соль -- пектинат кальция.
Гелеобразователи не являются эмульгаторами. В их молекулах отсутствуют липо-фильные и гидрофильные группы, однако некоторые гелеобразователи стабилизируют эмульсии. В первую очередь это относится к альгинатам, поэтому их обычно используют в кисломолочных продуктах, подвергаемых пастеризации.
При совместном использовании различных гелеобразователей возможно проявление эффекта синергизма, взаимного усиления.
Гелеобразователи могут выполнять функции стабилизаторов пены и средств для об-работки виноматериалов.
Карбопол - это целая группа соединений, которые представляют собой карбоксиакриловые или карбоксивиниловые полимеры. Его получают синтетическим путем. В фармации карбопол играет роль гелеобразователя. Он является основой для гелей и кремов-гелей. Имеет ряд преимуществ: с момента изъятия из заводского котла до расфасовки в тубу и в течении всего срока годности гель с карбополом не расслаиваться, не высыхает, не комкуется, не меняет цвет. (Для сравнения: гели с карбоксиметилцеллюлозой, которая применяется в тех же случаях, что и карбопол, при изменении температуры меняют консистенцию, что сказывается на их потребительских свойствах).Помимо карбопола, в роли гелеобразователей выступают и другие натуральные продукты. В частности, разнообразные производные водорослей и лишайников - альгинаты, агар-агар и др. В фармацевтической промышленности широко используют альгинаты. Альгиновая кислота (Е400) и ее соли (Е401 -- Е405). Эта подгруппа представляет собой полисахариды бурых морских водорослей родов Laminarua и Macrocystis. Технологический процесс получения альгинатов основан на щелочной экстракции разбавленными растворами соды или щелочей в виде хорошо растворимых натриевых или калиевых солей. При подкислении экстракта из раствора выделяют собственно альгиновые кислоты, которые после очистки и концентрирования высушивают. В связи с ограниченной стабильностью альгиновых кислот, как правило, на завершающем этапе их переводят в различные солевые формы. Статус альгинатов наряду с альгиновой кислотой имеют пять солей.
Растворимость этих веществ в воде зависит от природы катиона в мономерных остатках, формирующих молекулы рассматриваемых гетерогликанов.Свободные альгиновые кислоты плохо растворимы в холодной воде, но набухают в ней, связывая 200--300-кратное количество воды, однако растворимы в горячей воде и растворах щелочей, образуя при подкислении гели.Натриевые и калиевые соли альгиновых кислот легко растворяются в воде с образованием высоковязких растворов. Соли с двухвалентными катионами образуют гели или нерастворимые альгинаты.Свободные альгиновые кислоты плохо растворимы в холодной воде, но набухают в ней, связывая 200--300-кратное количество воды, однако растворимы в горячей воде и растворах щелочей, образуя при подкислении гели.Натриевые и калиевые соли альгиновых кислот легко растворяются в воде с образованием высоковязких растворов. Соли с двухвалентными катионами образуют гели или нерастворимые альгинаты . Вязкость растворов альгинатов связана с длиной полимерной молекулы альгината, в связи с чем коммерческие препараты имеют, как правило, определенную молекулярную массу. В этом случае вязкость растворов изменяется пропорционально концентрации добавки. При низких концентрациях повышение вязкости может быть достигнуто путем введения небольшого количества ионов кальция, которые, связывая молекулы, приводят фактически к повышению молекулярной массы и, как следствие, к повышению вязкости. Превышение дозировки ионов кальция может привести к гелеобразованию. Образование гелевой структуры в растворах альгинатов происходит в результате взаимодействия их молекул между собой с участием ионов бивалентного кальция, причем зонами ассоциации служат участки полигулуроновой кислоты (зоны кристалличности). В связи с этим гелеобразующая способность и прочность гелей непосредственно связаны с количеством и длиной зон кристалличности. С химической точки зрения формирование геля при взаимодействии альгината с ионами кальция можно рассматривать как ионообменный процесс замены одновалентного катиона (например, натрия) в молекуле водорастворимой соли альгиновой кислоты с образованием стыковых зон через катион двухвалентного металла.Применение альгинатов в фармации основано на взаимодействии их водорастворимых солевых форм в присутствии ионов кальция, что приводит к модификации реологических свойств (повышению вязкости или образованию гелевой структуры). По своим технологическим функциям альгинаты являются загустителями, гелеобразователями и стабилизаторами. Альгинат кальция проявляет также функцию пеногасителя. Но опыт показывает, что в качестве гелеобразователей они себя не оправдывают: создают липкую вязкую массу. В процессе производства долго набухают, плохо смешиваются с некоторыми активными ингридиентами. Таким образом, к карбополу можно отнестись с профессиональной симпатией, поскольку он ничем не обременяет технологический процесс: хорошо растворяется в воде, легко смешивается с любыми активными ингредиентами.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ ГЕЛЕЙ
Изобретение относится к области медицины, а именно стоматологии, и касается средств по уходу за зубами и полостью рта. Гель лечебно-профилактический содержит сухой экстракт коры дуба, янтарную кислоту, натрия тетраборат, натрийкарбоксиметилцеллюлозу, нипагин, пропиленгликоль, воду. Компоненты берут в определенном количественном соотношении. Гель обладает противовоспалительным, антимикробным и обезболивающим действием. 1 табл.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к медицине, в частности к разработке лечебно-профилактической и гигиенической косметики на основе растительного сырья и может применяться для ухода за зубами и полостью рта. В настоящее время одной из наиболее распространенных и сложных патологий челюстно-лицевой области являются заболевания пародонта (гингивит, пародонтит, пародонтоз) и слизистой оболочки рта (стоматит и различные поражения слизистой, например афты). Одним из общедоступных и эффективных методов предупреждения указанных заболеваний является личная гигиена полости рта. Наряду с использованием таких индивидуальных профилактических средств, как зубные пасты, эликсиры, в настоящее время возрастает интерес к применению в стоматологии новой лекарственной формы - геля как в составе зубных паст, так и в чистом виде. Гель позволяет совместить в себе свойства твердого тела и жидкости. Как твердое тело он имеет форму, определенную консистенцию, обладает способностью задерживаться на зубах и тканях полости рта. Одновременно в нем как в жидкости идет процесс диффузии, в результате чего гель эффективен для аппликационного и элекрофоретического введения различных компонентов, в том числе и биологически активных веществ, полученных из растительного сырья. Микрокапсулы гелевой основы, глубоко проникая в эмаль зубов и слизистую оболочку полости рта, обеспечивают быстрый лечебный эффект при их воспалительных поражениях.
Известен гель лечебно-профилактический "Пиралвекс" фирмы Norgin Pharma, который содержит биологически активный компонент растительного происхождения - сухой экстракт ревеня, салициловую кислоту, натрийкарбоксиметилцеллюлозу, глицерин, этиловый спирт 95%, триэтаноламин, а также натрия сахаринат и дистиллированную воду. Компоненты взяты в определенных количественных соотношениях.Данный гель обладает противовоспалительными и антибактериальными свойствами и применяется для лечения воспалительных поражений слизистой оболочки полости рта.Однако присутствие этилового спирта в составе геля "Пиралвекс" ограничивает его применение для лечения заболеваний у детей, а при высокой его стоимости как импортного препарата, он становится недоступен широкому кругу покупателей. Кроме того, гель имеет неприятный вкус, запах и внешний вид. Указанные недостатки отсутствуют в отечественном лекарственном препарате - гель лечебно-профилактический, известный по патенту РФ 2113217, который является наиболее близким аналогичным техническим решением к предлагаемому гелю.В соответствии с указанным патентом гель лечебно-профилактический содержит, мас. %: сухой экстракт коры дуба 3,0-5,0, янтарную кислоту 0,14-0,15, прополис 1,0-2,0, натрия тетраборат 3,0-4,0, натрийкарбоксиметилцеллюлозу 1,5-1,7, глицерин 18,0-22,0, пропиленгликоль 9,5-10,5, натрия лаурилсульфат 0,5-2,0 и дистиллированную воду - остальное. Противовоспалительное, антимикробное и обезболивающее действие данного геля обеспечивается за счет действия таких лечебных компонентов, как сухой экстракт коры дуба, прополиса, янтарной кислоты и натрия тетрабората (буры). Получают известный гель в три этапа. На первом этапе в водный раствор янтарной кислоты добавляют натрийкарбоксиметилцеллюлозу (бланоза) и оставляют до набухания. Затем массу гомогенизируют до получения однородного геля. На втором этапе готовят глицериновый раствор буры и прополиса при 70-80oС и водный раствор экстракта коры дуба.На третьем этапе в гель вводят профильтрованный раствор глицерина с бурой и прополисом, пропиленгликоль, водный раствор экстракта коры дуба, натрия лаурилсульфат и оставшуюся часть дистиллированной воды. Смесь перемешивают и готовый гель подают на расфасовку. Дополнительное введение в состав геля прополиса (пчелиный воск), основными компонентами которого являются растительные смолы, эфирные масла, воск, а также минеральные элементы и другие компоненты, позволяет решить основную задачу - снятие болевого синдрома. Кроме того, прополис оказывает противогрибковое действие, отрицательно влияя на дрожжеподобные грибки рода Candida, и противовоспалительное.
Однако, несмотря на высокие лечебные свойства прополиса, его использование в геле ограничивается технологическими трудностями проведения процесса приготовления геля. Это связано, прежде всего, с тем, что прополис представляет собой многокомпонентную сложную систему, и некоторые из его составляющих изменяются не только в географическом плане, но и в отдельные периоды сезона. Поэтому и методы анализа для его идентификации в конечном продукте достаточно сложные.Высокое содержание в прополисе смол от 38 до 84% и воска
30% приводит к тому, что растворение прополиса в глицерине необходимо проводить при высокой температуре (70-80oС), что ведет к большому расходу электроэнергии.Кроме того, наличие в составе геля в качестве очищающего компонента натрия лаурилсульфата в количестве 0,5-2,0% создает обильное пенообразование, что также затрудняет проведение технологического процесса получения геля. Таким образом, проведенные испытания по получению опытных партий геля "Витадент" в соответствии с прототипом в промышленных условиях показало, что технологический процесс является неэффективным, трудоемким и экономически невыгодным при его реализации в промышленных условиях.Задачей предлагаемого изобретения является разработка нового состава геля лечебно-профилактического при низкой себестоимости его производства с сохранением качественных показателей и лечебных свойств за счет упрощения технологического процесса.Поставленная задача решается тем, что гель лечебно-профилактический, содержащий сухой экстракт коры дуба, янтарную кислоту, натрия тетраборат, натрийкарбоксиметилцеллюлозу, глицерин, пропиленгликоль и воду, согласно изобретению содержит нипагин при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Сухой экстракт коры дуба - 3,0-6,5
Янтарная кислота - 0,14-0,25
Натрия тетраборат - 3,0-4,0
Натрийкарбоксиметилцеллюлоза - 1,7-2,2
Нипагин - 0,15-0,23
Глицерин - 18,0-22,0
Пропиленгликоль - 9,5-10,5.Очищенная вода - Остальное.
Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что предлагаемый состав геля отличается от прототипа введением нового компонента, а именно: нипагина в указанных количествах и изменением количественного соотношения таких основных лечебных компонентов, как сухого экстракта коры дуба, янтарной кислоты и формообразующего компонента - натрийкарбоксиметилцеллюлозы.
Исключение из состава геля таких компонентов, как прополис и натрия лаурилсульфата позволило значительно упростить технологический процесс получения геля в промышленных условиях и тем самым снизить себестоимость конечного продукта, что дает возможность его применения более широкому кругу больных, включая и детей, для лечения заболеваний слизистой оболочки полости рта и пародонта в начальной стадии.В результате проведенных исследований было установлено следующее.
1. Введение нипагина в состав геля в количестве 0,15-0,25 мас.% позволило усилить противовоспалительное и антимикробное действие экстракта коры дуба и натрия тетрабората (буры) как компонента, обеспечивающего бактериостатическое действие на дрожжеподобные грибки рода Candida.Кроме того, введение нипагина позволило заменить в составе такой компонент, как натрий лаурилсульфат, который выполнял функцию очищающего и стабилизирующего компонента.
2. Изменения количественного соотношения сухого экстракта коры дуба и янтарной кислоты в сторону увеличения стало возможным за счет исключения из состава геля по прототипу прополиса. Выбор оптимального содержания экстракта коры дуба в количестве 3,0-6,5 мас.% позволил усилить действие его основных свойств - противовоспалительного, кровоостанавливающего и дубящего.Действие янтарной кислоты основано на ее главном свойстве - это один из сильных естественных регуляторов защитных сил организма, при этом она абсолютно нетоксична и не накапливается в организме. Лечебные свойства янтарной кислоты уже были использованы в составе геля по прототипу. Увеличение ее количественного содержания до 0,25 мас.% в новом составе геля "Витадент" позволяет усилить ее такую функцию, как возобновление в отмирающей и вялой ткани жизненных процессов, что особенно необходимо при восстановлении пораженной слизистой оболочки полости рта и лечении пародонта (пародонтит, пародонтоз, гингивит).Указанные количественные соотношения остальных компонентов, входящих в состав предлагаемого геля, а именно: натрийкарбоксиметилцеллюлозы - для создания желирующего эффекта; глицерина - в качестве влагоудерживающего для придания гелю эластичности и предохранения его от высыхания и пропиленгликоля - в качестве стабилизирующего компонента, являются оптимальными, и отклонение от них приводит к снижению лечебного эффекта и качества целевого продукта.Таким образом, изменения количественного соотношения лечебных компонентов: сухого экстракта коры дуба и янтарной кислоты и введение в состав геля нипагина позволило значительно упростить технологический процесс получения геля "Витадент" за счет исключения пенообразования, высокотемпературной стадии растворения прополиса в глицерине и методов анализа по определению прополиса в конечном продукте.
|
Скачать 299 Kb.