Способ получения белково-полисахаридной биоразлагаемой пленки



Способ получения белково-полисахаридной биоразлагаемой пленки
Способ получения белково-полисахаридной биоразлагаемой пленки

 


Владельцы патента RU 2604223:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" (RU)

Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к композициям гомогенных биоразлагаемых пленок, которые можно использовать для производства различных изделий промышленного, бытового и медицинского назначения. Способ получения белково-полисахаридной биоразлагаемой пленки осуществляют путем перемешивания 10%-ного водного раствора желатина с 1-2%-ным раствором альгината натрия и пластификатором - глицерином, затем в смесь добавляют сшивающий агент - 20%-ный водный раствор фермента трансглутаминазы с последующим перемешиванием на магнитной мешалке не более 2 минут, при этом температура смеси должна быть 45-55°С с последующим формированием пленки при комнатной температуре. Изобретение позволяет повысить прочность белково-полисахаридной биоразлагаемой пленки в 2 раза, растяжение в 1,4 раза, а также ускорить сроки ее биоразлагаемости. 2 табл.

 

Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к композициям гомогенных биоразлагаемых пленок, которые можно использовать для производства различных изделий промышленного, бытового и медицинского назначения.

Известна биоразлагаемая гранулированная полиолефиновая композиция, в которой используется альгинат, представляющая собой непылящие гранулы с размером 2-8 мм, перерабатываемые в пленочные изделия. Концентрат технологических и целевых добавок включает, по меньшей мере, одну биоразлагающую добавку (целлюлоза и ее производные; альгинаты, хитозан, пектин), термостабилизаторы, антиоксиданты, смазки, антистатики, пигменты, наполнители и т.д. (RU 2352597, МПК C08L 23/02, опубл. 20.04.2009 г.).

Недостатком известной композиции является значительная трудоемкость ее изготовления, так как необходимо по отдельности изготовить четыре маточные смеси, которые подают в общий смеситель, затем проводят перемешивание и гомогенизацию композиции при 150-250°С и после подводного гранулирования и сушки получают гранулированный продукт. Кроме того, биодеструкция полученных полимеров приводит лишь к снижению молекулярной массы полимера, при этом возникают низкомолекулярные фрагменты, которые полностью в окружающей природной среде не разлагаются.

Известен состав неадгезивных упругих матриц, представляющих собой лиофилизированную смесь белка, полимера, сшивающего агента и возможно пластификатора. Изобретение относится к способам изготовления эластичной желатиновой матрицы для изготовления раневых повязок, сосудистых покрытий, для включения различных фармацевтических препаратов, химических веществ и других агентов (Заявка на изобретение RU 8628800, МПК C08L 13/750, опубл. 30.05.2013 г.).

Недостатком известного состава является низкая прочность и трудоемкость изготовления.

Известна водорастворимая биодеградируемая съедобная упаковочная пленка, содержащая вкусовую основу - мясной, куриный бульон, сахарный сироп, фруктовый сок, воду, которая выбирается в зависимости от назначения пленки; структурообразователь - альгинат натрия; пластификатор - глицерин; консервант - витамин С; вкусовые добавки - эфирные масла укропа и/или чеснока, специи сухие измельченные, экстракты вина, ягод, соль (RU 2525926, МПК C08J 5/18, опубл. 20.08.2014 г.).

Недостатками известной пленки являются трудоемкость изготовления, относительно низкая прочность и деградируемость в горячей воде, не позволяющие изготавливать твердые упаковочные материалы.

Известна гомогенная термообратимая гелевая пленка, содержащая пленкообразующее количество каппа-2-каррагинана и по меньшей мере пластификатор, пленкообразователь, наполнитель и средство, регулирующее рН (RU 2341250, МПК A61K 9/48, опубл. 20.12.2008 г.).

Недостатками известного решения является то, что пленки, полученные из каппа-каррагинана, имеют проблемы, вызывающие синерезис, в производстве мягких и твердых капсул. Кроме того, изготовление известной пленки достаточно трудоемко.

Известны способ изготовления биоразлагающейся, гидрофобной и прозрачной пленки и пленка, изготовленная этим способам. Композиция пленки включает гидроколлоид - альгинат, водный растворитель (смесь воды и алифатического моноспирта С1-С6) и пластификатор, который выбирают из группы, состоящей из многоатомных спиртов, таких как глицерин, полиэтиленгликоль и сорбит, смешивают с гидроколлоидом и растворителем, формуют и сушат путем пропускания пленки через серию вращающихся нагревающих валов, обрабатывают, по крайней мере, одну сторону сухой пленки раствором дубильного вещества, а затем раствором состава, способного обеспечить желатинирование гидроколлоида, после чего ее обрабатывают микроволнами (Заявка на изобретение RU 96101157, МПК C08J 5/18, C08L 5/04).

Известный способ позволяет получить пленку с устойчивыми физическими и механическими характеристиками. Однако существенными недостатками способа являются высокие затраты энергии на его проведение и длительность по времени, значительное количество дополнительных технологических операций, обеспечивающих физико-механические свойства готовой пленки, такие как обезвоживание, дополнительное гидрирование, обработка микроволнами, а также обработка, по крайней мере, одной стороны сухой пленки раствором дубильного вещества, а затем раствором состава, способного обеспечить желатинирование гидроколлоида, что приводит к увеличению стоимости пленки. Применение в качестве пластификатора полиэтиленгликоля нежелательно, так как он потенциально токсичен для иммунной системы, может содержать остатки свинца и мышьяка.

Известен состав основы для лекарственных пленок, содержащий желатин, глицерин и воду (RU 2147874, МПК A61K 9/70, A61L 15/00, опубл. 27.04.2000).

Использование предлагаемой основы позволяет получать пленки с хорошими биофармацевтическими и физическими свойствами. Недостаком является низкая механическая прочность и растяжимость.

Наиболее близкими по технической сущности являются неадгезивные эластичные желатиновые матрицы, изготовленные из желатина, альгината, полиэтиленгликоля и 1-этил-3-[3-диметиламинопропилкарбодиимида](ЕБС)/N-гидроксисукцинимида (NHS), используемого в качестве сшивающего агента (СА Заявка №200900997 от 15.06.2005, МПК A61L 15/32).

Недостатком известного решения является неэластичность, относительно низкая прочность, а также применение сшивающего агента химического происхождения.

Технический результат заключается в увеличении прочности и растяжения белково-полисахаридной биоразлагаемой пленки, а также ускорении сроков биоразлагаемости при сохранении характеристик, не уступающих упаковочным полиэтиленовым пленкам.

Сущность изобретения заключается в том, что способ получения белково-полисахаридной биоразлагаемой пленки осуществляют путем перемешиванием желатина, альгината натрия, пластификатора и сшивающего агента с последующим формированием пленки при комнатной температуре. 10%-ный водный раствор желатина смешивают с 1-2%-ным раствором альгината натрия и пластификатором - глицерином, затем в смесь добавляют сшивающий агент - 20%-ный водный раствор фермента трансглутаминазы с последующим перемешиванием на магнитной мешалке не более 2 минут, при этом температура смеси должна быть 45-55°С.

Желатин, являясь продуктом переработки коллагена, распространенного в природе белкового вещества, образует главную составную часть соединительной ткани позвоночных, особенно в коже, оссеине костей и в сухожилиях. По аминокислотному и элементарному составу желатин близок к коллагену. Главнейшие кислоты: глицин (около 27%), пролин (около 16%), оксипролин (около 14%), глутаминовая кислота (около 12%), аргинин (около 9%), лизин (около 5%). Желатин набухает в воде и при нагревании от 30 до 60°С растворяется; при охлаждении раствор желатина образует студень (гель), который при нагревании опять переходит в раствор. Оптимальные пропорции растворения желатина в воде находятся в пределах 1:10-1:50. Температура застудневания и прочность студня зависят от концентрации раствора и качества желатина. Основными критериями качества желатина являются вязкость раствора, прочность студня, температура его плавления и застудневания, измеренные при определенных условиях [Артеменко А.И. Справочное руководство по химии / А.И. Артеменко, В.А. Малеванный, И.В. Тикунова - М:. Высшая школа. 1990. - 124 с.]. Благодаря функции гелеобразователя возможно его использование в получении биоразлагаемых полимеров. При недостатке желатина прочность пленок уменьшается.

Альгинат натрия представляет собой полисахарид, состоящий из остатков D-маннуроновых и L-гулуроновой кислот, соединенных между собой. В карбоксильных группах водород замещен на натрий. Соотношение полимерных цепей и определяет свойства альгината. При добавлении в воду альгинаты обладают уникальными гелеобразующими свойствами. На способности образовывать гели, т.е. работать как загустители, желирующие вещества основано их применение [Подкорытова А.В. О составе и физико-химических свойствах альгиновой кислоты и альгинатов из бурых водорослей // Труды ТИНРО. Исследования по технологии рыбных продуктов. - Владивосток, 1973. - Вып. 4. - С. 86-89]. Альгинатный гель термически необратим, выдерживает охлаждение, замораживание и сохраняет свои свойства при оттаивании. При образовании геля сначала полисахаридные цепочки соединяются между собой при помощи водородных мостиков, а потом эти цепочки, связываясь с ионами металлов формируют ячеистую структуру. В середине каждой ячейки - ион металла. [Кирьянов А.Т., Иванников А.Т. Альгинат-содержащие добавки с сорбционными свойствами // Второй международный симпозиум "Питание и здоровье: биологически активные добавки к пище": Сб. тезисов. - Москва, 25-27 апреля 1996]. Такая структура способствует образованию прочных связей при получении пленочных композиционных смесей.

Фермент трансглютаминаза обладает уникальными свойствами - связывает простые и сложные белки, образует ковалентные связи между свободными аминогруппами (свободных либо из боковых цепей лизина) и гамма-карбоксамидными группами глутамина, способствуя внутри- и межмолекулярному перекрестному сшиванию белковых молекул. Ковалентные связи трансглютаминазы устойчивы к протеолизу. Оптимальное разведение фермента трансглютаминазы с водой - 20% раствор. При большем количестве трансглютаминазы увеличивается прочность пленок, но они становятся ломкими даже при увеличении количества пластификатора (глицерина).

Глицерин отвечает за пластичность и гибкость пленок. При его недостатке пленки не растягиваются, при сгибании легко ломаются. При избытке глицерина пленки плохо отделяются от поверхности, становятся липкими, вязкими.

Пример. Желатин растворяют в воде в пропорциях 1:10 при температуре 60°С. Затем 10%-ный водный раствор желатина смешивают с 1-2%-ным водным раствором альгината натрия и глицерином. Затем добавляют 20%-ный водный раствор сшивающего агента - фермента трансглутаминазы.

Белково-полисахаридную биоразлагаемую пленку получают при следующем соотношении компонентов, мас.%:

1-2%-ный водный раствор альгината натрия 19,3-38,5
10%-ный водный раствор желатина 38,5-57,7
20%-ный водный раствор
фермента трансглутаминазы 16,1-19,2
Глицерин остальное

Фермент сшивает компоненты пленки очень быстро, поэтому после его внесения суспензию перемешивают на магнитной мешалке не более 2 минут. Температура смеси должна быть 45-55°С, так как это оптимум действия фермента трансглутаминазы. Получившуюся массу осторожно выливают в посуду с горизонтальным дном. Количество массы зависит от требуемой толщины. Пленку формируют в течение 20-24 часов при комнатной температуре. В результате получают однородную, слегка мутную пленку. Пленка гибкая - при сгибе не образуется трещин, при разгибании пленка принимает исходное состояние. Пленка не имеет запаха, может принимать различные формы в зависимости от формы сосуда, в который заливают раствор.

Прочность и растяжение белково-полисахаридных биоразлагаемых пленок в МПа (Н/мм2) определяли в соответствии с ГОСТ 17035-86 и ASTM с использованием универсальной испытательной машины с электромеханическим приводом XLW (PC) Auto (ГОСТ 7855-84; ASTM). Толщину пленок определяли на автоматическом толщиномере высокого разрешения CHY-C2. Оценку биоразложения пленок проводили в почвенной среде.

В табл. 1 приведен состав полученных пленок; в табл. 2 - результаты испытаний полученных пленок.

По сравнению с известным решением предлагаемое позволяет повысить прочность белково-полисахаридной биоразлагаемой пленки в 2 раза, растяжение в 1,4 раза, а также ускорить сроки ее биоразлагаемости.

Способ получения белково-полисахаридной биоразлагаемой пленки путем перемешиванием желатина, альгината натрия, пластификатора и сшивающего агента с последующим формированием пленки при комнатной температуре, отличающийся тем, что 10%-ный водный раствор желатина смешивают с 1-2%-ным водным раствором альгината натрия и пластификатором - глицерином, затем в смесь добавляют сшивающий агент - 20%-ный водный раствор фермента трансглутаминазы с последующим перемешиванием на магнитной мешалке не более 2 минут, при этом температура смеси должна быть 45-55°С.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к области биохимии. Предложен композитный материал, композитный продукт, применение композитного материала (варианты), способ получения литейных форм, способ получения деревянных панелей, способ связывания наполнителей для получения композитного материала и двухкомпонентный клей.
Изобретение относится к композиции клея, включающей сою, аддукт амин-эпихлоргидрина (АЭ) и изоцианат, где аддукт АЭ включает полиамидоамин-эпихлоргидриновый полимер (ПАЭ); изоцианат включает поли(гексаметилендиизоцианат) (пГДИ) или поли(метилендифенилдиизоцианат); соотношение сухая масса аддукта АЭ/сухая масса изоцианата составляет от 10:1 до 1:1 и соотношение соя/общее содержание компонента аддукта АЭ и изоцианатного компонента в композиции составляет от 1:2 до 10:1.

Изобретение относится к композициям биоразлагаемых пленок и может быть использовано в фармацевтике, медицине, ветеринарии, пищевой или косметической промышленности, а также для изготовления оберточной пищевой пленки, капсул, упаковочных материалов.

Группа изобретений относится к клеевой композиции и способу ее получения, к полиамидоамин-эпигалогенгидриновой смоле (ПАЭ), а также к способу получения композиционного материала на основе древесины, ламината, фанеры, древесностружечной плиты, древесноволокнистой плиты.

Изобретение относится к меховой промышленности и может быть использовано при отделке овчинно-шубного и пушно-мехового полуфабриката. .

Изобретение относится к смеси привитых сополимеров для использования в качестве добавки в химических материалах, а также при освоении, эксплуатации, комплектации подземных месторождений нефти и природного газа и в случае глубоких скважин.
Изобретение относится к химической и пищевой промышленности, в частности к получению биоразлагаемых пластмасс, и может быть использовано для изготовления формованных или пленочных изделий различного назначения, в том числе пищевого.
Изобретение относится к текстильной промышленности, в частности к комбинированным способам получения нетканых материалов с использованием пропитки жидким связующим.

Изобретение относится к технологии получения формованных изделий из биологически распадающихся полимеров и может быть использовано при производстве упаковочного материала или волокнистых материалов - пряжи, нетканых или текстильных изделий.

Изобретение относится к композициям для мелового покрытия бумаги, содержащим в качестве адгезионного связующего белок, и особенно к композициям, содержащим модифицированный растительный белок в качестве адгезионного связующего.

Изобретение относится к улучшенному способу получения быстрорастворимого альгината натрия путем обработки альгината натрия раствором модифицирующего агента. При этом в качестве модифицирующего агента используют водорастворимую соль кальция, в количестве, соответствующем соотношению 4-20 мг кальция на 1 г альгиновой кислоты, содержащейся в альгинате натрия, и обработку ведут в условиях, исключающих растворение альгината натрия.

Изобретение относится к производству лекарственных форм в виде микрокапсул, содержащих фосфолипидные мицеллы (липосомы), в частности к технологии создания оболочек различного состава для таких микрокапсул, обладающих заданными свойствами.

Изобретение относится к полимерно-минеральным композициям, преимущественно для строительных целей, применяемым, например, при монтаже и ремонте строительных конструкций и деталей на основе цементов, бетонов и других силикатных материалов, в частности, в качестве замазок, для тепло- и гидроизоляции сооружений, резервуаров и их отдельных частей, трубопроводов и т.п.

Изобретение относится к химии и технологии высокомолекулярных природных соединений, а именно, к способу получения коллаген-альгинатного материала, и может быть использовано в медицине в качестве покрытий для ран и ожогов и т.
Данное изобретение относится к биологически разлагаемому пластику, обладающему повышенной скоростью биологического разложения. Биологически разлагаемый пластик с повышенной скоростью биологического разложения отличается тем, что он содержит: (а) примерно от 0,1 до 40% масс.

Изобретение направлено на разработку биоразрушаемого материала с улучшенной способностью к разрушению в биологической среде, повышенной способностью к восстановлению формы после деформации материала и улучшенной эластичностью.
Изобретение относится к полимерной композиции, содержащей по меньшей мере два сложных полиэфира, обладающей улучшенными механическими свойствами, в частности хорошим балансом между пределом прочности на разрыв, модулем упругости и относительным удлинением при разрыве, и особенно подходит для изготовления промышленных изделий, таких как, например, пленки, изготовленные литьевым формованием изделия, термоформуемые изделия или вспененные изделия.

Изобретение относится к медицине, а именно к эндоваскулярной хирургии, и раскрывает биоразрушаемую частицу для эмболизации и способ получения стерилизованной биоразрушаемой частицы.

Изобретение относится к биорассасывающимся полимерным смесям, которые могут использоваться для получения медицинских устройств. В изобретении раскрыты новые биорассасывающиеся полимерные смеси.
Наверх