Способ получения эмульсии на основе растительных фосфолипидов
Владельцы патента RU 2406537:
Государственное учреждение Научно-исследовательский институт биомедицинской химии им. В.Н. Ореховича РАМН (RU)
Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности и касается способа получения эмульсии на основе растительных фосфолипидов путем осуществления нескольких циклов гомогенизации высокого давления фосфолипидной эмульсии. Заявленный способ позволяет получить продукт с улучшенными характеристиками и повысить стабильность готовых препаратов на их основе, за счет автоматизации процесса непрерывной рециркуляции эмульсии, с осуществлением контроля параметров получаемой эмульсии. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
В настоящее время эмульсии на основе растительных фосфолипидов находят широкое применение в фармацевтической промышленности, парафармацевтике, парфюмерно-косметической индустрии. Для всего разнообразия препаратов и средств, производимых в вышеуказанных отраслях, в условиях рыночной конкуренции все большее значение приобретает их качество. Для определенных продуктов (таких как жировое парентеральное питание и другие парентеральные продукты) вопрос качества является ключевым. Организация выпуска таких продуктов обычно связана с применением стадии гомогенизации высокого давления в технологии их получения.
Спектр растительных фосфолипидов, используемых для производства эмульсий, представлен, в основном, высоко лабильными композициями. При разрушении входящих в такие композиции веществ могут образовываться вредные для организма человека вещества и радикалы. И, что не менее важно, такие вещества так же влияют на стабильность продуктов при хранении. Как показывают исследования, проведенные при получении эмульсий, именно стадия гомогенизации вносит определяющий вклад в разрушение (окисление) растительных фосфолипидов. Таким образом, владение технологией производства (гомогенизации), минимально воздействующей на обрабатываемый продукт, не просто повышает его качество, но в некоторых случаях и является необходимым условием его выпуска.
В данном случае в качестве метода получения стабильной, стандартной по размеру капель фосфолипидной эмульсии, был выбран способ гомогенизации под высоким давлением (1000-1200 атм) с помощью гомогенизатора высокого давления. Такой метод получения раскрыт в патенте RU 2304430 С2, от 12.08.2005, в котором охарактеризован способ получения инъекционной лекарственной формы фосфолипидного препарата «Фосфоглив», предназначенного для лечения и профилактики острых и хронических заболеваний печени, в котором описана схема гомогенизации без разделения фракций, представленная на фиг.1, и содержащая гомогенизатор Г1, теплообменник Т1, емкость Е1 (входит в состав Г1) и насос HI (входит в состав Г1). Данная схема не содержит дополнительную питающую емкость Е2, что ухудшает однородность конечного продукта, теплообменник Т2 и дегазатор Д2, что ухудшает параметры окисленности и приставку управления клапаном гомогенизации П, что лишает данную схему возможности автоматизации процесса получения. Данную схему получения можно принять в качестве ближайшего изобретения.
Как видно из представленной таблицы 1 минусом этого метода является значительное окисление фосфолипида.
Также из уровня техники RU 2200544 С1, от 20.03.2003, в котором предложен способ получения стерильных перфторуглеродных эмульсий, которые могут быть использованы в качестве основы для медицинских препаратов и косметических средств, в котором применяется схема с двумя емкостями и частичным разделением фракций эмульсии, подвергаемой гомогенизации. Такой способ осуществляется следующим образом (в соответствии со схемой на фиг.2): для получения предэмульсии (микронных размеров) смесь перфторуглеродов подают струйно-капельно из верхней емкости 1 по трубопроводу 2 в нижнюю емкость 3 с эмульгатором - проксанолом (или фосфолипидами) и через трубопровод 4 подают в гомогенизатор 5 при высоком "ударном" давлении в гомогенизаторе 650-1100 атм. Предэмульсия из гомогенизатора 5 под высоким "ударным" давлением 650-1100 атм поступает через трубопровод 6 обратно в емкость 3. Первый цикл получения предэмульсии замыкается: емкость 3, трубопровод 4, гомогенизатор 5, трубопровод 6 и снова емкость 3. Получение эмульсии с более мелкими частицами ведут при новом цикле: из гомогенизатора 5 эмульсия поступает через трубопровод 7 в верхнюю емкость 1 при колеблющемся давлении в гомогенизаторе от 50 до 600 атм. Затем из емкости 1 эмульсия поступает через трубопровод 2 в нижнюю емкость 3 и трубопровод 4 в гомогенизатор 5 при колеблющемся давлении в гомогенизаторе от 50 до 600 атм. Второй цикл получения эмульсии замыкается: емкость 1, трубопровод 2, емкость 3, трубопровод 4, гомогенизатор 5, трубопровод 7 и снова емкость 1. При первом и втором цикле, а также в последующем обе емкости освобождаются полностью от эмульсии, тем самым ликвидируются так называемые "застойные зоны", где скапливаются наиболее крупные частицы эмульсии. После третьего цикла эмульгации, полностью аналогичного первому циклу за исключением давления гомогенизации, которое, начиная со второго цикла, в дальнейшем не меняется и составляет в колеблющемся режиме от 50 до 600 атм, начинается четвертый цикл эмульгации, который полностью аналогичен третьему и т.д. до 8-9 циклов. В течение всего процесса получения эмульсии осуществляют охлаждение при температуре от +20 до +50°С в емкостях 1 и 3 и в самом гомогенизаторе 5 в связи с тем, что увеличение температуры эмульсии во время гомогенизации приводит к укрупнению частиц эмульсии, что недопустимо. После получения субмикронной перфторуглеродной эмульсии со средним размером частиц 0,025 мкм эмульсия поступает с помощью насоса в фильтрационную стерилизационную систему 8 с диаметром пор фильтра 0,2 мкм для фильтрации и стерилизации и отсечения крупнодисперсных частиц с последующим заливом в емкость 9 с электролитным раствором. Недостатком такого способа получения является то, что он предназначен для получения только ультрадисперсных эмульсий перфторуглеродов, не подверженных окислению, и четкого контроля температуры и оптической плотности не предусматривается.
Таким образом, вопрос разработки способа получения фосфолипидных эмульсий, обеспечивающего улучшение характеристик циклически обрабатываемого на гомогенизаторе высокого давления продукта, имеет большую важность. Предметом изобретения является способ получения эмульсий на основе растительных фосфолипидов с использованием устройства для его осуществления.
Заявленный способ получения эмульсий на основе фосфолипидов отличается от прототипа тем, что в схему гомогенизации (фиг.3) добавлено дополнительное устройство управления клапаном гомогенизации 5, позволяющее автоматизировать процесс получения наноэмульсий, за счет контроля показаний датчиков оптической плотности эмульсии до и после гомогенизатора, а также датчиков температуры процесса. Также обязательным элементом является наличие в схеме дополнительной емкости 4 и мембранного дегазатора 6, позволяющего удалять растворенные газы, которые влияют на качество гомогенизации.
Предлагается при гомогенизации использовать следующую технологическую схему (фиг.3), на которой возможна реализация заявленного способа получения эмульсий. Главной задачей, решаемой с помощью данной установки, является предотвращение смешения двух порций эмульсии, прошедшей и не прошедшей очередной этап гомогенизации. Решение данной задачи позволяет получать наноэмульсии с наибольшей скоростью (что уменьшает окисление), имеющие наиболее узкое распределение частиц по размерам (что увеличивает стабильность продукта).
Немаловажной особенностью установки является ее автоматизация, позволяющая проводить непрерывную рециркуляцию эмульсии при использовании одной загрузки любого объема. Это уменьшает потери препарата на стадии гомогенизации и улучшает его качество. Также следует подчеркнуть масштабируемость представленной установки.
Схема (фиг.3) содержит два теплообменника: один 8 перед емкостью 3 приемно-разделительного устройства, второй 7 - после емкости 4 приемно-разделительного устройства. В первом жидкость охлаждается до комнатной температуры, во втором - нагревается до операционной температуры (также возможен вариант, когда жидкость охлаждается до более низкой температуры). Теплообменники располагаются на наименьшем геометрическом расстоянии от гомогенизатора 1 (гомогенизатор дополнительно снабжается приставкой управления клапаном гомогенизации 2). Такое расположение теплообменников позволяет максимально снизить окисление фосфолипида, происходящее в емкостях, где происходит смешение его с воздухом. Данный вариант экономически более оправдан, так как в этом случае отсутствуют особые требования к конструкции емкостей. Для предотвращения значительного окисления в ходе самого процесса гомогенизации и улучшения параметров процесса перед попаданием в гомогенизатор на пути раствора фосфолипидов (между 4 и 7) устанавливается мембранный дегазатор 6 для удаления пузырьков воздуха и растворенного кислорода. При корректной работе гомогенизатора подмес воздуха в раствор фосфолипида до клапана гомогенизации невозможен, а значит, отсутствует необходимость в дополнительных средствах предотвращения окисления. Также указанная выше система термообработки позволяет установить датчик светопропускания после 8, что позволяет сделать систему автоматического регулирования с большой устойчивостью. Емкости и трубопроводы между 7 и 8 теплоизолированы. Теплообменники соединяются с использованием теплового насоса.
Процесс получения эмульсии фосфолипида с помощью заявленного способа происходит следующим образом.
Предварительно подготовленный к гомогенизации высокого давления продукт (макроэмульсию) подают в емкость 4. Эмульсия проходит через дегазатор 6, теплообменник 7 (для подогрева до температуры гомогенизации) и подается в гомогенизатор высокого давления 1, который снабжен устройством управления клапаном гомогенизации 2 (для автоматизации процесса гомогенизации). В процессе гомогенизации происходит разогрев эмульсии, в связи с чем сразу после этого процесса гомогенизации эмульсия попадает в теплообменник 8 для охлаждения до минимально возможной температуры. После теплообменника эмульсия попадает в емкость 3 и накапливается в ней до тех пор, пока из емкости 4 не будет выкачена предыдущая порция эмульсии. Снижение уровня жидкости в емкости 4 до минимально заданного уровня приводит к открыванию перекрывающего клапана 5 между емкостями 3 и 4. После опорожнения емкости 3 перекрывающий клапан закрывается и накапливает следующую порцию эмульсии. Так обработка проводиться в течение необходимого количества циклов, число которых находится в интервале от 10 до 30. Необходимое количество циклов гомогенизации, при котором достигается необходимое качество эмульсии, определяется экспериментально и предпочтительно составляет от 15 до 25 циклов гомогенизации. Эмульсия с последнего цикла гомогенизации накапливается в емкости 4, после чего подается на фильтрацию.
Экспериментальные данные.
Для указанной технологической схемы (фиг.3) было проведено определение уровня окисленности продукта при различных технологических параметрах на примере фосфолипида. Для сравнения приведены данные экспериментов, проведенных по способу без разделения фракций и с разделением фракций во время гомогенизации.
В эксперименте использовались загрузки фосфолипидной эмульсии, рассчитанные исходя из соотношения: для приготовления 1 литра фосфолипидной эмульсии необходимо в 875 мл воды, качеством «для инъекций», растворить 200 г мальтозы фармакопейного качества и в полученный раствор поместить 50 г растительного фосфолипида.
Полученная взвесь фосфолипида в растворе мальтозы передается на первичную гомогенизацию (перемешивается в роторном смесителе с образованием макроэмульсии). А потом полученный раствор передается на процесс гомогенизации в гомогенизаторе высокого давления.
В качестве гомогенизатора высокого давления использовали гомогенизатор высокого давления APV 2000. В экспериментах по гомогенизации варьировали температуру обрабатываемой эмульсии и давление клапана гомогенизации. Качество эмульсии контролировали по показаниям датчиков оптической плотности. Для процесса гомогенизации использовалось от 10 до 25 циклов, что позволяло получить эмульсии фосфолипида с заданными параметрами. Для каждого сочетания параметров использовали наиболее оптимальное число циклов, определяемое экспериментально. О величине перекисного окисления продукта судили по величине индекса окисленности, который представляет собой отношение поглощения света при длинах волн (λ) 233 и 215 нм, J. Степень окисленности измерялась в момент получения и через 4 дня. Образец для исследования через 4 дня хранили в стерильном виде.
Результаты опытов приведены в таблице 2. Оказалось, что через 4 дня степень окисленности увеличивается. Это, вероятно, связанно с радикальным механизмом реакции окисления. И такое изменение, вероятно, свидетельствует о присутствии в полученном растворе не детектируемых используемым способом инициаторов или промежуточных продуктов окисления. Из приведенной таблицы видно, что технологическая схема с разделением позволяет получать раствор со сниженной конечной степенью окисленности.
Так же было проведено определение уровня окисленности продукта при различных масштабах. Лабораторная установка, рассчитанная на получение 300 мл эмульсии, была сравнена с опытно-промышленной, рассчитанной на загрузку 40 литров эмульсии. Результаты (табл.3) показывают, что описанные принципы в полной мере работают при производстве в опытно-промышленном масштабе.
Заявленный способ получения эмульсии на основе растительных фосфолипидов позволяет получить продукт, обладающий улучшенными характеристиками и пониженным содержанием продуктов окисления. Такой эффект стал возможным при использовании в схеме получения устройства 2, а также дегазатора 6. Полученную эмульсию можно использовать в фармакологии для получения лекарственных средств.
| Таблица 1 | |||||
| Индекс окисленности фосфатидилхолина на разных стадиях получения наночастиц | |||||
| Стадия | Исходн. сырье | Первичная гомогенизация | Гомогенизация высокого давления | Ультрафильтра- ция |
Лиофилизация |
| Индекс | |||||
| Окисленности, | 0,198 | 0,205 | 0,382 | 0,385 | 0,411 |
| А233/А215 | |||||
| Изменение | |||||
| индекса | - | 0,007 | 0,177 | 0,003 | 0,026 |
| окисленности |
| Таблица 2 | |||||
| Окисленность препаратов при гомогенизации. | |||||
| № | Условия | Технолог. схема без разделения | Технолог. схема с разделением | ||
| J, сразу | J, через 4 дня | J, сразу | J, через 4 дня | ||
| 1 | 800 бар, | ||||
| 41-44°С, | 0,4062 | 0,5364 | 0,381 | 0,4315 | |
| 22 цикла | |||||
| 2 | 800 бар, | ||||
| 47-49°С, | 0,4052 | 0,5295 | 0,3851 | 0,4291 | |
| 22 цикла | |||||
| 3 | 1000 бар, | ||||
| 41-44°С, | 0,474 | 0,6224 | 0,4467 | 0,5116 | |
| 14 циклов | |||||
| 4 | 1000 бар, | ||||
| 47-49°С, | 0,4742 | 0,6453 | 0,4513 | 0,5065 | |
| 14 циклов | |||||
| 5 | 1200 бар, | ||||
| 41-44°С, | 0,4424 | 0,6391 | 0,4368 | 0,5081 | |
| 11 циклов | |||||
| 6 | 1200 бар, | ||||
| 47-49°С, | 0,443 | 0,6308 | 0,435 | 0,5105 | |
| 11 циклов |
| Таблица 3 | |||
| Сводная таблица окисленности препаратов при гомогенизации | |||
| № | Условия | Лабораторная установка | Опытно-промышленная установка |
| Индекс окисленности | Индекс окисленности | ||
| 1 | 800 бар, 41-44°С, 22 цикла | 0,381 | 0,401 |
| 2 | 1000 бар, 41-44°С, 14 циклов | 0,447 | 0,438 |
| 3 | 1200 бар, 41-44°С, 11 циклов | 0,437 | 0,431 |
1. Способ получения эмульсии на основе растительных фосфолипидов путем осуществления нескольких циклов гомогенизации высокого давления фосфолипидной эмульсии, заключающийся в том, что предварительно полученную путем смешения фосфолипида с водным раствором мальтозы макроэмульсию подают в питающую емкость 4, соединенную перекрывающим клапаном 5 с накопительной емкостью 3, из емкости 4 макроэмульсия поступает через мембранный дегазатор 6, теплообменник 7 и насос 9 в гомогенизатор высокого давления 1, после которого эмульсия через охлаждающий теплообменник 8 попадает в накопительную емкость 3 и накапливается в ней при закрытом перекрывающем клапане 5 до опорожнения питающей емкости 4, снижение уровня макроэмульсии в которой до опорожнения приводит к открыванию перекрывающего клапана 5, в результате чего эмульсия из накопительной емкости 3 поступает в питающую емкость 4 на следующий цикл гомогенизации, заполнение которой приводит к закрытию клапана 5 и накоплению эмульсии в накопительной емкости 4, при этом устройство 2 управления клапаном гомогенизации гомогенизатора высокого давления 1 через манометр клапана гомогенизатора связано с датчиками температуры и оптической плотности для контроля качества эмульсии.
2. Способ по п.1, где осуществляют от 10 до 30 циклов гомогенизации, предпочтительно от 15 до 25 циклов гомогенизации.
