Применение карбонизованного растительного угля в качестве носителя биологически активных средств и биологически активная добавка к пище

Изобретение относится к области медицины, фармации, ветеринарии и пищевых продуктов. Предложено применение карбонизованного растительного угля в качестве носителя биологически активных средств. Также предложена биологически активная добавка к пище, содержащая карбонизованный растительный уголь и калия йодид при следующем соотношении компонентов, мас.%: калия йодид - 0,01-0,05, карбонизованный растительный уголь - остальное. Изобретение позволяет повысить эффективность действия биологически активных средств за счет использования в новом качестве карбонизованного растительного угля. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

1. Область техники

Настоящее изобретение относится к области медицины, фармации, ветеринарии, пищевых продуктов, бытовых препаратов и может быть использовано в качестве носителя биологически активных средств (лекарственных, косметических, ветеринарных, гигиенических, биологически активных добавок к пище) для обеспечения повышения эффективности их действия.

2. Уровень техники

Известны стандартные готовые твердые формы биологически активных (лекарственных и нелекарственных) средств в виде таблеток, капсул, гранул, порошков, выполняющие определенные функции, в том числе функцию регуляции длительности (пролонгации) высвобождения биологически активных веществ из указанных форм и их поступления в организм.

Для обеспечения этих функций используются вспомогательные компоненты в качестве:

- носителей основных действующих веществ (полисахариды, пищевые волокна и др.);

- наполнителей и разбавителей (сахара, крахмал и др.);

- веществ, обеспечивающих продление эффекта замедления высвобождения основных действующих веществ «пролонгирующие компоненты» (поливинилпирролидоны, полиэтиленгликоли, производные целлюлозы и др.);

- обеспечивающих защиту основных действующих веществ от разрушающего воздействия кислоты и ферментов пищеварительного тракта (пленкообразующие высокомолекулярные соединения, кислотоустойчивые покрытия капсул и др.).

Перечисленные вспомогательные компоненты обладают существенными недостатками, а именно:

- не обеспечивают продолжительного, заранее заданного по времени высвобождения биологически активных веществ в необходимых концентрациях;

- получение стандартных готовых твердых форм с использованием защитных и пролонгирующих вспомогательных компонентов требуют использования сложных технологий и дорогостоящего оборудования;

- для обеспечения нескольких функций требуется использование сразу нескольких вспомогательных компонентов, что осложняет оценку их взаимодействия между собой и совместимость с основными действующими веществами, а также усложняет технологию производства (необходимы дополнительные стадии техпроцесса и т.п.);

- регуляция пролонгирующего эффекта обеспечивается в основном только за счет изменения концентрации вспомогательных компонентов;

- большинство вспомогательных компонентов с перечисленными свойствами являются продуктами сложного химического синтеза, т.е. не являются компонентами натурального происхождения и в определенном смысле могут являться ксенобиотиками, т.е. оказывать нагрузку на иммунную и другие системы организма.

Кроме того, перечисленные дополнительные компоненты не обладают позитивными свойствами:

- сорбцией и удалением из организма токсинов и нежелательных продуктов обмена веществ - избытка холестерина и т.п.;

- не способны обеспечить дополнительную поверхность для роста и активной деятельности бактерий нормофлоры пищеварительного тракта, пробиотических микроорганизмов;

- не являются дополнительным источником дефицитных микроэлементов.

Известны лекарственные препараты и биологически активные добавки к пище, относящиеся к классу препаратов, применяемых для коррекции микроэлементного баланса в организме и устранения микронутриентных дефицитов питания, в частности препараты, содержащие неорганические йодиды (калия и натрия йодид).

Для коррекции функции щитовидной железы применяют биологически активные добавки к пище, содержащие калия йодид, например «Антиструмин», где в качестве вспомогательных веществ для создания таблетированной формы применяются сахар-рафинад и кальций стеариновокислый.

Биологически активная добавка к пище - «Антиструмин» поглощается организмом в течение короткого периода, его применение имеет в связи с этим ряд недостатков и противопоказаний (см. Инструкцию по медицинскому применению препарата «Антиструмин» Регистрационное удостоверение в России №010076) и, кроме того, он не обладает свойствами сорбента.

Известно использование активированного угля для выполнения функций носителя - адсорбента, например, в препарате «Карболен».

Однако активированный уголь также имеет недостатки, не позволяющие эффективно использовать его в качестве носителя биологически активных веществ, т.к. он обладает большой связывающей и удерживающей способностью, что делает практически невозможным десорбцию веществ, т.е. он не способен возвращать биологически активные вещества в окружающую среду (среда желудочно-кишечного тракта для биологически активных добавок к пище; атмосфера для ароматизаторов, репеллентов и других).

3. Раскрытие изобретения

Технической задачей настоящего изобретения является обеспечение размещения биологически активных средств в природном компоненте, выполняющем одновременно несколько основных функций:

- носителя;

- наполнителя;

- защиты основных действующих веществ;

- пролонгирующей;

а также дополнительных функций:

- сорбции и выведения токсичных веществ;

- создания дополнительных поверхностей для пробиотических бактерий и бактерий нормофлоры;

- источника важных для организма микроэлементов и других нутриентов.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в качестве носителя биологически активных средств (лекарственных, ветеринарных, косметических, гигиенических, биологически активных добавок к пище) применяется карбонизованный растительный уголь, являющийся природным компонентом, выполняющим дополнительные функции: пролонгирующей, наполнителя, защиты основных действующих веществ, сорбции и выведения токсичных веществ, создания дополнительных поверхностей для пробиотических бактерий и бактерий нормофлоры, источника важных для организма микроэлементов и других нутриентов.

Растительным сырьем для получения карбонизованного растительного угля является древесина твердолиственных пород (дуб, береза и др.), или скорлупа фруктовых косточек (персика и др.), или отходы сельскохозяйственного производства злаковых - шелуха злаковых (гречневая, рисовая и др.).

В качестве примера использования карбонизованного растительного угля приводится биологически активная добавка к пище, содержащая калия йодид при следующем соотношении компонентов, мас.%:

калия йодид	0,01-0,05
карбонизованный растительный уголь	остальное

Карбонизованный растительный уголь (carbonis) - это не ископаемые угли а, в частности, древесный уголь - твердый пористый продукт, получаемый в углевыжигательных печах (БЭС Политехнический «Большая Российская энциклопедия». М., 1998, с.163, 212, 552).

Растительное сырье (древесина твердолиственных пород, косточки плодовых деревьев и шелуха злаковых) является природным углеродсодержащим материалом, который, будучи подвергнут карбонизации, обладает присущими только ему свойствами, которые до настоящего времени не использовались.

Карбонизованный растительный уголь - самостоятельный физический продукт с присущими только ему свойствами, использовался исключительно в качестве топлива и для производства активированного угля.

Активированный (активный) уголь - адсорбент, носитель каталитических добавок, поглотитель вредных веществ из желудочно-кишечного тракта (БЭС Политехнический «Большая Российская энциклопедия». М., 1998 с.21).

Основные сравнительные характеристики карбонизованного растительного угля и активированного карбонизованного древесного угля на примере древесины твердолиственных пород:

Продукт	Объем пор, %	Суммарный объем пор, см3/г	Удельная поверхность, м2/г
Макропоры	Мезопоры	Микропоры
Карбонизованный растительный уголь	87 и более	1-2	10-11	1,4	450
Активированный карбонизованный растительный уголь	30-80	5-20	15-50	1,8	800

Адсорбционная активность карбонизованного растительного угля по метиленовому голубому составляет менее 30% от аналогичного показателя активированных углей (ГОСТ 4453-74 марки ОУ-А) и других углей, используемых для получения детоксикационных лекарственных препаратов типа «Активированного угля в таблетках», «Карболена» и других.

Макропоры выполняют роль транспортных ячеек (микроконтейнеров) для биологически активных веществ, микроорганизмов, защищают биологически активные вещества и пролонгируют их эффективное действие.

Мезопоры обладают низкой адсорбционной способностью в отношении средне- и высокомолекулярных соединений, вирусов; не снижают активность и не связывают биологически активные вещества; снижают риск побочных эффектов и обеспечивают использование длительных курсов применения.

Микропоры обладают сниженной адсорбционной активностью в отношении низкомолекулярных соединений.

Сущность заявляемого изобретения в том, чтобы, используя свойство карбонизованного растительного угля, обеспечивать возможность размещения в его макропорах основных действующих веществ в процессе приготовления стандартных готовых сухих форм препаратов и возможность высвобождения основных действующих веществ в организм при внутреннем или наружном применении, что определяет новое, ранее неизвестное и не используемое свойство карбонизованного растительного угля как носителя для средств с широким спектром назначений для применения в медицине, в частности фармации.

Карбонизованный растительный уголь сохраняет пористую структуру исходного материала. Преобладающие в нем макропоры имеют цилиндрическую (сосудистую, трахеидую) форму, повторяющую строение проводящих тканей древесины.

Система макропор выполняет функцию проведения (доставки) адсорбантов к супермикропорам и микропорам и не обладает способностью к необратимой фиксации молекул адсорбантов, т.е. макропоры не обладают собственно адсорбционной активностью. Заполнение макропор (и, частично, мезопор) высокомолекулярными соединениями (ВМС) обеспечивает блокирование транспорта средне- и низкомолекулярных соединений к сорбирующим порам.

Таким образом, адсорбент с загруженной с помощью ВМС системой макропор утрачивает адсорбционную активность.

Однако по мере высвобождения макропор, которое может происходить путем вымывания и выхода ВМС в окружающую среду или при утилизации ВМС в пищеварительном тракте, восстанавливается транспортная (проводящая) функция макропор. Соответственно восстанавливается адсорбционная активность и емкость микропористой структуры сорбента.

Следовательно, для получения «идеального» носителя БАВ необходим сорбент-переносчик со слаборазвитой структурой сорбционного пространства, который мог бы выполнять функции временного хранения, транспортирования, целевой доставки и высвобождения макромолекул действующих компонентов. При этом после «разгрузки» поверхности карбонизованного растительного угля он смог бы выступить уже в роли собственно сорбента за счет свободной и доступной системы микропор.

Наиболее близким к «идеальному» носителем для высокомолекулярных БАВ и микроорганизмов может являться карбонизованный уголь из твердолиственной древесины (развитая структура макропор не менее 85%, объем мезопор в 5-6 раз меньше, не более 2%, объем микро- и супермикропор в 1,5-2 раза меньше, около 10%), причем макропоры могут пронизывать его насквозь (в зависимости от степени измельченности).

Большинство же активированных углей, получаемых по стандартным технологиям из торфа, ископаемых углей, косточек фруктов, лузги зерновых обладают низкой макропористостью и высокой мезо- и микропористостью. Поэтому они способны выступать только в роли сорбентов и не способны транспортировать высокомолекулярные БАВ.

Данные структурные особенности карбонизованной твердолиственной древесины характеризуют ее как субстанцию, способную к образованию временных комплексов с крупными органическими структурами, в т.ч. с микроорганизмами. При этом степень комплексообразования настолько низка, что обеспечивает образование слабосвязанных ассоциатов за счет заполнения макропор. В этом случае образование комплексов является обратимым процессом, поэтому может выполнять в первую очередь функцию доставки макромолекул (белков, ферментов, полисахаридов, микроорганизмов и др.), аналогичную временному пребыванию БАВ в носителе.

Свойства, проявляемые карбонизованным растительным углем, обеспечивают выполнение ряда функций:

1. Носителя (но не адсорбанта и не иммобилизатора) высокомолекулярных БАВ - основных действующих компонентов комбинированных препаратов.

2. Замедлителя (пролонгирование) высвобождения преобразования в активную форму БАВ (провитамины и т.п.) с целью акцентирования их эффекта в нижних отделах пищеварительного тракта или снижения резкости действия (защита от преждевременной активизации предшественников БАВ).

3. Связующего (адсорбция) за счет освобождающейся структуры макропор для доступа к микропорам и выведения из организма токсинов или избытков метаболитов, образующихся при интенсивном разрушении посторонних вредных бактерий (дисбактериозы кишечника) под воздействием пробиотических микроорганизмов или пребиотических компонентов желудочно-кишечного тракта.

4. Создания дополнительных поверхностей для пробиотических бактерий и бактерий нормофлоры.

5. Источника важных для организма микроэлементов и других нутриентов.

Регуляция пролонгирующих, защитных и иных функций для достижения требуемых показателей в стандартных готовых твердых формах (лекарственного назначения и БАД) осуществляется путем изменения адсорбционной активности, измельченности (гранулометрического состава) карбонизованного растительного угля (древесина твердолиственных пород или скорлупа фруктовых косточек или шелуха злаковых) на стадиях его получения, а также путем модифицирования, например, с помощью поверхностно-активных веществ или другими известными способами.

4. Осуществление изобретения

Применение карбонизованного растительного угля поясняется на примере биологически активного средства, а именно биологически активной добавки к пище, содержащей карбонизованный растительный уголь и калия йодид, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

калия йодид	0,01-0,05
карбонизованный растительный уголь	остальное

Биологически активная добавка может представлять собой форму мелко или крупнодисперсного порошка, что определяется физико-механическими характеристиками карбонизованного древесного угля.

Это всего лишь один из примеров пищевых и лечебно-профилактических препаратов, в составе которых может применяться с функцией носителя, карбонизованный растительный уголь.

В качестве углеродной основы биологически активной добавки к пище использовали карбонизованный растительный уголь со следующими физическими характеристиками:

№	Карбонизованный растительный уголь	Wмп	S
1	Из березовой древесины	0,18	450±15
2	Из скорлупы косточек персика	0,21	575±10
где: Wмп - объем микропор (см3/г), S - удельная поверхность (м2/г).

Приготовление раствора калия йодида осуществляли в соответствии со стандартными правилами (Коростелев П.П. «Приготовление растворов для химико-аналитических работ», 2-е изд., перераб. и доп. М.: Наука, 1964).

Вещество - калия йодид, в количестве 1,3081 г, перекристаллизованное из этилового спирта и высушенное при температуре 400-500°С, растворяют в дистиллированной воде и доводят объем раствора в мерной колбе до 1 л. В 1 мл раствора содержится 1 мг йода (основной раствор А).

Затем разбавлением раствора А готовят рабочий раствор Б. 100 мл раствора А переносят в мерную колбу вместимостью 500 мл и доводят до метки дистиллированной водой.

В 1 мл рабочего раствора Б содержится 0,2 мг йода.

Навеску карбонизованного растительного угля с указанными выше параметрами, в количестве 10 г, взвешивают с точностью до 0,01 г и переносят в стеклянную емкость. На поверхность навески равномерно по всей площади наносят 10 мл раствора Б, содержащего 2 мг йода. Смесь хорошо перемешивают и распределяют тонким слоем по сосуду, затем ее выдерживают и высушивают до сыпучего состояния.

При указанных параметрах пористой структуры карбонизованного растительного угля калия йодид хорошо адсорбируется и удерживается на его поверхности.

Определение истинного количества нанесенного на карбонизованный растительный уголь калия йодида и возможности его выделения в раствор проводят по следующей методике.

К карбонизованному растительному углю с калия йодидом добавляют 75 мл дистиллированной воды и нагревают раствор до 36°С. Затем в этот раствор вносят 2-3 капли раствора соляной кислоты с концентрацией 0,1 н. и хорошо взбалтывают. После охлаждения раствор фильтруют через бумажный фильтр с черной лентой и определяют в нем содержание йода по известным общепринятым методикам.

В результате на 1 кг карбонизованного растительного угля расходуется 1 л раствора калия йодида, в котором содержится 261,5 мг калия йодида или, в пересчете на ион йода, 200 мг йода.

Соответственно в 1 г карбонизованного растительного угля содержится 250 мкг йода или 0,02 вес.%, при 0,01 вес.% содержится 100 мкг йода на 1 г карбонизованного растительного угля, а при 0,05 вес.% - 500 мкг йода на 1 г карбонизованного растительного угля.

Этот диапазон перекрывает тот интервал, который необходим для компенсации йоддефицита в организме человека.

Рекомендуемая суточная потребность в йоде для человека составляет 100-200 мкг/сутки.

Следовательно, суточную потребность организма в йоде способны обеспечить 2 г или 0,4 г указанного йодсодержащего препарата при концентрациях 0,01% или 0,05% соответственно.

Для создания стандартных готовых твердых форм биологически активного калия йодид содержащего препарата в виде таблеток могут быть использованы формообразующие вещества (например, растительное связующее: крахмал или сахароза, или фруктоза, или микрокристаллическая целлюлоза, или их смесь) при следующем соотношении, мас.%:

калия йодид	0,01-0,05
карбонизованный растительный уголь	75,0-85,0
формообразующие вещества	остальное

Способы получения комплексов карбонизованного растительного угля с биологически активными веществами могут быть осуществлены путем:

- насыщения из растворов биологически активных веществ с последующим досушиванием;

- получения грануляционных смесей (жидких, густых, пастообразных и иных) с последующей грануляцией и досушиванием (при необходимости);

- получения модифицированных форм карбонизованного растительного угля с помощью поверхностно-активных веществ, олиго- и полисахаридов и другими способами обработки с последующим смешиванием или насыщением основными действующими веществами и вспомогательными компонентами;

- смешивания с другими ингредиентами.

Таким образом, поставленная техническая задача решается применением карбонизованного растительного угля в качестве многофункционального компонента биологически активных средств на примере создания калия йодид содержащего препарата.

При этом достигается новое качество этого препарата, в котором благодаря носителю - карбонизованному растительному углю калия йодид эффективно десорбируется (вымывается) из него при попадании препарата в пищеварительный тракт, и освободившийся от калия йодида карбонизованный растительный уголь выполняет вторичную функцию, а именно - функцию адсорбента токсических веществ, содержащихся в организме и их выведение из организма.

Также возможными вариантами применения карбонизованного растительного угля могут быть следующие:

- защита другого лабильного компонента (белки, бактерии и др.) от разрушающего воздействия кислотной среды желудка и ферментов химуса;

- замедление (пролонгирование) высвобождения и преобразования в активную форму биологически активных веществ (провитамины и т. п.) с целью акцентирования их эффекта в нижних отделах пищеварительного тракта;

- сорбция токсинов или избытков метаболитов, образующихся при интенсивном разрушении посторонних вредных бактерий (дисбактериозы кишечника);

- создание дополнительных поверхностей для адгезии и размножения дружественных бактерий, активизированных под действием пребиотиков, или внесенных с карбонизованным углем;

- иммобилизация и транспорт ферментов для компенсации ферментодефицитов, улучшения пищеварения и полноты переваривания пищи.

Применение карбонизованного растительного угля в качестве многофункционального компонента может быть использовано не только для биологически активных добавок к пище, но и применительно к:

- лекарственным средствам;

- противопаразитарным и глистогонным препаратам;

- гигиеническим препаратам;

- репеллентам;

- ветеринарным средствам;

- средствам бытовой химии (ароматизаторы и дезодораторы воздуха), в виде различных форм:

- порошкообразных;

- таблетированных;

- капсулированных;

- гранулированных и прочих.

Карбонизованный растительный уголь в качестве многофункционального компонента может составлять в биологически активных препаратах в мас.% как максимальное содержание до 99,9 в периоде, так и минимальное содержание от 0,01, в зависимости от необходимой концентрации биологически активной составляющей препарата и его назначения.

Остальное - может быть вспомогательным веществом или группой веществ, выполняющих функции получения готовых форм препаратов (таблетки, капсулы, гранулы).

1. Применение карбонизованного растительного угля в качестве носителя биологически активных средств.

2. Применение по п.1, отличающееся тем, что в качестве карбонизованного растительного угля используют уголь из древесины твердолиственных пород, или из скорлупы фруктовых косточек, или из шелухи злаковых.

3. Биологически активная добавка к пище, содержащая карбонизованный растительный уголь по п.1 и калия йодид в соотношении компонентов, мас.%:

Калия йодид	0,01-0,05
Карбонизованный растительный уголь	Остальное