Способ получения минерального комплекса

Изобретение относится к фармацевтической и пищевой промышленности и касается способа получения биологически активного вещества. Способ предусматривает взаимодействие порошка яичной скорлупы дисперсностью не более 0,09 мм с янтарной кислотой. При этом соотношение порошка яичной скорлупы с янтарной кислотой составляет 1,8:1. Взаимодействие осуществляют в водной среде при 90°С в течение 20 минут. Далее проводят фильтрование, выпаривание раствора и сушку до постоянной массы при 100°С. Изобретение позволяет получить минеральный комплекс относительно постоянного состава с повышенной биологической ценностью и биодоступностью. 3 табл.

 

Изобретение относится к фармацевтической промышленности, касается способа получения биологически активного вещества, содержащего комплекс макро- и микроэлементов яичной скорлупы в виде сукцинатов, которое может быть использовано в фармакологии, ветеринарии, медицине и пищевой промышленности в качестве лекарственного средства и/или биологически активной добавки.

Скорлупа куриного яйца, 90% которой составляет карбонат кальция, является доступным и идеальным источником кальция для организма человека. Богатый минеральный состав яичной скорлупы представлен 27 химическими элементами, в том числе медью, фосфором, серой, цинком и другими. Особенно важно содержание в порошке яичной скорлупы кремния и молибдена. Этими элементами обеднена наша повседневная пища, но они совершенно необходимы для нормального протекания биохимических процессов в организме.

Известно несколько способов получения минерального комплекса из яичной скорлупы, суть которых практически сводится к ее измельчению в различных условиях. Полученный порошок используют для изготовления биологически активных добавок к пище и обогащения пищевых продуктов (Патенты РФ: №2001135433, №97121072, №97121071, №2104012, №96119608, №2124300, №2097990, №2255604, №2205648, №2129393, №2163814, №97110199, №2262867).

Порошок яичной скорлупы получают растиранием в ступке после предварительного кипячения в воде (Рябинин, В. Зубы сильны от яичной скорлупы / В.Рябинин // Киевские ведомости "Здоровье". - 1997. - Апрель. - С.11).

Предложен способ получения мелкодисперсного (50-500 мкм) минерального комплекса (Патент РФ №2124851), основанный на измельчении высушенной яичной скорлупы в среде хладагента (жидкого азота, жидкого фреона, жидкого хладона, твердой углекислоты).

У минерального комплекса, полученного описанными методами, существуют общие недостатки:

- для усвоения полученного порошка требуется его предварительное химическое взаимодействие с хлористоводородной кислотой желудочного сока (растворение карбонатов), что не гарантирует высокой биодоступности, особенно у больных гипо- и анацидным гастритом;

- наличие в целевом продукте чужеродного белка является ограничивающим фактором при его использовании лицами с аллергическими заболеваниями и гиперчувствительностью к данному компоненту.

В качестве прототипа и аналога нами рассматривается способ получения «кальцийсодержащего агента для напитков и пищевых продуктов» (Патент JP №10014535, 20.01.1998). Авторами предложена методика получения кальциевых солей органических кислот (уксусная, глюконовая, молочная, яблочная, фумаровая, лимонная, янтарная, винная) с использованием для этой цели природных источников (раковин моллюсков, кораллов, яичной скорлупы и др.), основанная на их взаимодействии с указанными кислотами в водной среде при температуре 60-100°С с последующей очисткой раствора от механических и возможных химических примесей (тяжелые металлы).

Цитируемый метод получения кальцийсодержащего продукта имеет следующие недостатки:

- во избежание микробной контаминации конечного продукта (очищенный от примесей раствор после завершения реакции) авторы рекомендуют прокаливать исходное минеральное сырье при температуре до 700°С. Данное обстоятельство значительно увеличивает энергетические затраты, что не способствует снижению себестоимости конечной продукции. Кроме того, предложенные методы очистки целевого продукта от возможных примесей (ионный обмен, мембранная фильтрация, диализ, обратный осмос и др.) также характеризуются высокой стоимостью;

- химический состав разных серий целевого продукта, полученного из яичной скорлупы и янтарной кислоты по указанному способу, может варьировать в зависимости от соотношения исходных компонентов и длительности нагревания, о чем авторы не упоминают. Данное обстоятельство обусловливает значительные трудности при стандартизации полученного целевого продукта, разработке на него нормативной документации и практическом использовании;

- в цитируемой заявке авторами указываются априори ряд кислот, взаимодействием с которыми предположительно может образоваться целевой продукт. Следует учесть, что в каждом конкретном случае необходимы исследования по оптимизации условий взаимодействия исходных веществ. Это, к сожалению, также отсутствует в данном способе;

- предложенные авторами методы очистки целевого продукта от возможных примесей обусловливают потери микроэлементов, присутствующих в яичной скорлупе в минорных количествах. В то же время известно, что положительное действие яичной скорлупы на минеральный обмен организма реализуется именно комплексом содержащихся в ней макро- и микроэлементов (Schaafsma, A. Mineral, Amino Acid, and Hormonal Composition of Chicken Eggshell Powder and the Evaluation of its Use in Human Nutrition / A.Schaafsma [et al.] // Poultry Science. - 2000. - Vol.79. - P.1833-1838).

Целью изобретения является разработка более совершенного и лишенного указанных недостатков способа получения комплекса минералов яичной скорлупы с повышенной биологической ценностью и биодоступностью.

Общеизвестно, что неорганически связанный кальций, в частности карбонат кальция, характеризуется относительно низкой усвояемостью в сравнении с органическими солями кальция (Lyn Patrick, N.D. Comparative Absorption of Calcium Sources and Calcium Citrate Malate for the Prevention of Osteoporosis / N.D.Lyn Patrick // Altem. Med. Rev. - 1999. - Vol.4(2). - P.74-85.; Szulc, B. Comparison of bioavailability of calcium salts in rabbits / B.Szulc, H.Wojdak, WJ.Kowalski // Acta Pharm. - 2001. - Vol.51. - P.211-217.; Sakhaee, K. Meta-analysis of calcium bioavailability: a comparison of calcium citrate with calcium carbonate / K.Sakhaee [et al.] // Am. J. Ther. - 1999 (Nov). - Vol.6 (6). - P.313. и др.).

В соответствии с вышеуказанными обстоятельствами решение поставленной задачи заключается во взаимодействии измельченной яичной скорлупы с янтарной кислотой.

Янтарная кислота является биологически активным веществом комплексного действия и оказывает благоприятное влияние на метаболические процессы. Использование макро- и микроэлементов в виде сукцинатов значительно повышает биологическую ценность данной комбинации для организма. Кроме того, такое сочетание практически не приводит к анионному дисбалансу, как это имеет место, например, при введении в организм хлоридов, сульфатов или фосфатов.

Известно, что всасывание кальция клетками слизистой кишечника, а равно и процесс тканевой утилизации поступившего в кровь кальция опосредовано специфическим механизмом трансмембранного переноса, что гарантирует транспорт кальция против градиента его концентрации с затратой энергии. При этом катион должен находиться в доступной форме для транспортной системы, а именно, представлять собой водорастворимую соль. Данному условию отвечает сукцинат кальция. Энергозависимый механизм трансмембранного переноса стимулируется сукцинатом с одновременной митохондриальной аккумуляцией кальциевых ионов.

Разработанный нами способ получения минерального комплекса основывается на реакции нейтрализации порошка яичной скорлупы с янтарной кислотой в водной среде. Экспериментально установлено, что оптимальным температурным режимом, обеспечивающим приемлемую скорость реакции, является нагревание реакционной смеси до 90°С. При более высокой температуре вследствие интенсивного парообразования и выделения углекислого газа затрудняется контроль над ходом реакции. В режиме 20-60°С даже при использовании насыщенного раствора янтарной кислоты реакция в гетерогенной фазе протекает очень медленно ввиду структурных особенностей порошка яичной скорлупы, что неприемлемо при крупномасштабном производстве.

При изучении оптимальных условий проведения реакции нами было найдено соотношение янтарная кислота:яичная скорлупа, обеспечивающее максимальное содержание катионов в полученном продукте (табл.1). Определено оптимальное время нагревания смеси с учетом предложенного соотношения и экспериментально установленного режима смешивания реагентов (табл.2).

Таким образом, оптимальными условиями реакции являются: проведение процесса при температуре 90°С в течение 20 минут и соотношении янтарная кислота:скорлупа 1:1,8 соответственно, так как дальнейшее увеличение в реакционной смеси доли порошка яичной скорлупы и более длительное нагревание не приводит к увеличению содержания катионов в целевом продукте.

Следует отметить, что обеспечение микробиологической чистоты полученного предлагаемым способом продукта осуществляется без прокаливания исходной яичной скорлупы, что положительно сказывается на его себестоимости.

Измельчение яичной скорлупы следует проводить до размера частиц не более 0,09 мм, так как при более крупной дисперсности замедляется скорость реакции с соответственным увеличением длительности нагревания, что обусловливает дополнительные энергозатраты. Белковую пленку яичной скорлупы можно не отделять, так как она легко удаляется на стадии фильтрации.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Промытую водой, высушенную и измельченную яичную скорлупу (размер частиц не более 0,09 мм, влажность не более 0,5%) смешивают с водой (9-10-кратный избыток по отношению к массе скорлупы), нагретой до 90°С. В течение 5 минут к смеси добавляют рассчитанное количество янтарной кислоты. Во избежание потерь целевого продукта образующуюся пену не следует удалять. При дальнейшем перемешивании она вновь переходит в раствор. Реакционную смесь продолжают нагревать при 90°С 20 минут.

Необходимо строго соблюдать последовательность добавления реагентов. Для проведения реакции используется емкость вместимостью в 6-7 раз больше объема реакционной смеси. Далее к раствору добавляют избыток воды температурой 20°С, необходимый для растворения образовавшегося сукцината кальция. После растворения смесь очищают фильтрованием, фильтрат выпаривают. Полученный сухой остаток высушивают до постоянной массы при 100°С и измельчают. Получают целевой продукт в виде белого порошка.

Пример

В колбе на 2 л смешивают 36 г порошка яичной скорлупы (размер частиц не более 0,09 мм, влажность не более 0,5%) с 300 мл воды температурой 90°С. К смеси небольшими порциями при постоянном перемешивании в течение 5 минут добавляют 20 г янтарной кислоты. Нагревание продолжают в течение 20 минут, при необходимости добавляя воду с учетом испарения. Затем в колбу добавляют 1350 мл воды температурой 20°С и перемешивают в течение часа для растворения образовавшегося сукцината кальция. С целью очистки раствора от возможных механических примесей его фильтруют, а фильтрат выпаривают досуха. Полученный остаток высушивают до постоянной массы при 100°С и измельчают.

Содержание суммы катионов в пересчете на кальций, установленное комплексонометрическим титрованием, составляет 22,42-22,71% в разных сериях целевого продукта. Данное обстоятельство свидетельствует об относительном постоянстве состава минерального комплекса, полученного предлагаемым методом.

Преимуществом полученного минерального комплекса также является отсутствие в его составе чужеродного для организма белка и продуктов его возможного частичного гидролиза, что подтверждено отрицательными качественными реакциями (ксантопротеиновая реакция с концентрированной кислотой азотной и реакция с нингидрином соответственно).

Данные элементного анализа приведены в табл.3.

Предлагаемый способ позволяет получать с минимально необходимыми энергозатратами минеральный комплекс яичной скорлупы, отличающийся относительным постоянством состава, повышенной биологической ценностью и биодоступностью.

Таблица 1 Определение оптимального соотношения реагентов
Соотношение кислота янтарная:скорлупа	Содержание катионов в пересчете на кальций, %	Метрологические характеристики (n=6)
1:1	18,55	ε=1,00%
1:1,1	19,23	ε=1,02%
1:1,2	20,15	ε=1,20%
1:1,3	20,84	ε=1,58%
1:1,4	21,36	ε=1,05%
1:1,5	22,03	ε=1,07%
1:1,6	22,26	ε=1,30%
1:1,7	22,52	ε=1,27%
1:1,8	22,70	ε=1,41%
1:1,9	22,71	ε=1,46%
1:2	22,69	ε=1,23%

Таблица 2 Определение оптимального времени нагревания смеси
Время нагревания смеси, мин	Содержание катионов в пересчете на кальций, %	Метрологические характеристики (n=6)
5	22,18	ε=0,12%
10	22,39	ε=0,54%
15	22,58	ε=0,87%
20	22,71	ε=1,11%
25	22,72	ε=0,92%

Таблица 3 Содержание элементов в полученном комплексе
Элемент	Содержание в яичной скорлупе, %	Содержание в полученном комплексе, %	Предел обнаружения, %
Алюминий	0,006	0,01	0,001
Барий	0,03	0,03	0,02
Бор	-	0,006	0,003
Железо	0,006	0,006	0,001
Кальций	≈30	≈21	0,01
Кремний	0,03	0,1	0,001
Литий	0,003	0,003	0,003
Магний	1,0	1,0	0,001
Марганец	0,0005	0,001	0,0003
Медь	0,0003	0,0006	0,00003
Молибден	0,0001	0,0002	0,00003
Натрий	0,1	0,2	0,01
Никель	0,0001	-	0,0001
Свинец	-	следы	0,0006
Серебро	-	0,00001	0,00001
Стронций	0,06	0,1	0,01
Фосфор	0,6	0,3	0,03
Цинк	0,002	0,003	0,002

Способ получения минерального комплекса, отличающийся тем, что целевой продукт получают взаимодействием порошка яичной скорлупы дисперсностью не более 0,09 мм с янтарной кислотой при их соотношении 1,8:1 соответственно в водной среде при 90°С в течение 20 мин с последующим фильтрованием, выпариванием раствора и сушкой до постоянной массы при 100°С.