Исследование эмульсий водного раствора дигидрокверцетина в масле амаранта

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Исследование эмульсий водного раствора дигидрокверцетина в масле амаранта

Исследовательская работа

Автор

Гостев А.С.

Научный руководитель

к.х.н. Офицерова Э.Х.

Москва 2018 год

АННОТАЦИЯ

Работа является продолжением исследования, которое проводится совместно с кафедрой фармацевтических препаратов Российского химико-технологического университета имени Д.И.Менделеева. Объект исследования - эмульсии на основе масла амаранта.

Как показано многими исследователями [1], косметические и лечебные эмульсионные кремы, представляющие собой дисперсные системы жироподобных веществ с водой, имеют ряд преимуществ перед чисто жировыми. Добавление воды в жировую фазу приводит к усилению степени абсорбции крема в кожу, что делает крем более эффективным. Добавление воды придаёт крему белый цвет и типичную консистенцию, увеличивает эластичность крема и его охлаждающие свойства. При этом снижения терапевтических свойств крема не происходит. Объясняется это тем, что кожа способна всасывать очень небольшое количество жира и для смягчения и снабжения её необходимыми веществами достаточен препарат, содержащий 4-7% жиров и жироподобных веществ. 

Если к тому же учесть, что жировые шарики эмульсий очень малы и легче проникают в поры кожи и межклеточное пространство, то станет ясным, насколько эмульсионные кремы лучше чисто жировых.[1] 

Технология выделения сквалена из масла амаранта такова, что в технологической цепочке используются и органические растворители, и вода, что предполагает неизбежное образование эмульсии масло-вода.

Ранее [2] было показано, что в области соотношения масло- вода от 4:16 до 8:12 эмульсии проявляют необычно большую стабильность и высокие реологические характеристики. Поэтому при дальнейшем исследовании было использовано именно такое соотношение.

В работе была предпринята попытка ввести в эмульсию новый компонент - биофлавоноид дигидрокверцетин (ДКВ), обладающий ценными, в первую очередь, антиоксидантными свойствами. Препятствием служила низкая растворимость ДКВ в воде.

С использованием спектральных методов была установлена причина такой низкой растворимости - образование коллоидных, а не истинных растворов. Препятствие было преодолено путем синтеза комплекса ДКВ с природным углеводом - арабиногалактаном (АГ). Эмульсии на основе водного раствора ДКВ - АГ и масла амаранта сохранили аномально высокую устойчивость и позволили сочетать ценные свойства ДКВ и сквалена, который содержится в масле амаранта

ВВЕДЕНИЕ

Исследование посвящено изучению эмульсий на основе водного раствора дигидрокверцетина в масле амаранта.

Объектом нашей исследовательской работы были эмульсии состава масло - водный раствор ДКВ, приготовленные на основе масла амаранта.

Цель работы - изучить возможность введения ДКВ в эмульсии на основе масла амаранта

Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:

1) Экспериментальным путем установить наилучшее соотношение эмульсии и максимальное количество ДКВ, которое можно ввести

2) Изучить, как меняются свойства эмульсии при введении раствора ДКВ

3) Найти способ повышения устойчивости эмульсии, содержащей ДКВ

1.ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Роль биофлавоноидов

В настоящее время активно изучаются механизмы действия фитопрепаратов. Исследователи уверены в положительном влиянии флавоноидов, веществ, присутствующих во всех тканях растений, на здоровье человека. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) рекомендует ежедневное потребление не менее 400 г фруктов и овощей, что предположительно может сохранить 2,7 млн жизней ежегодно вследствие предотвращения некоторых видов раковых и сердечно-сосудистых заболеваний. (см. сайт ВОЗ).

Несмотря на то, что функции биофлавоноидов не до конца изучены, их роль сложно переоценить. В растениях флавоноиды выполняют защитную функцию, поглощая излишнее ультрафиолетовое излучение, снижая концентрацию солей тяжелых металлов [3]. Также биофлавониоды участвуют в процессе фотосинтеза, образуя суберин и лингин.

Некоторые из них используют в медицине в качестве препаратов капилляроукрепляющего и регулирующего проницаемость сосудов действие. На основе флавоноидов изготовляются лекарственные препараты, обладающие противовоспалительным, желчегонным, диуретическим действием (фламин, ликвиритон и др) [4].

1.2 Дигидрокверцетин (ДКВ) и его свойства

Рис.1 Структурная формула ДКВ

ДКВ, который также относится к классу биофлавоноидов, представляет собой аморфное, плохо растворимое в воде вещество светло-желтого цвета. При 20 0С растворимость дигидрокверцетина примерно 0,1 % масс.; при 90 0С - 5,20 % масс., в кипящей воде растворяется около 20 г в 100 мл воды [5]. Дигидрокверцетин проявляет себя как эффективное средство поддерживающей терапии при различных патологических состояниях, доказана его способность защищать мышцу сердца от токсических воздействий в условиях ишемии, что помогает лечению ишемической болезни сердца [6]. Также ДКВ оказывает губительной воздействие на раковые клетки, что позволяет применять его как эффективное противоопухолевое средство. Такое действие ДКВ основано на его способности нейтрализовать свободные радикалы.

1.3 Получение ДКВ

ДКВ получают из древесины лиственницы несколькими способами:

1) Растворение ДКВ в водных растворах электролитов. При этом выбрасывается большое количество сточных вод, так как растворимость ДКВ в воде очень низкая.

Извлекают ДКВ путем экстракции водного раствора. Этот способ описан в патенте РФ№2114631 [7].

2) Комплексная обработка дре6весины. Для этого используют смесь растворителей (гексан, этанол, этилацетат и диэтиловый эфир). Способ описан в патенте РФ №2165416. Недостатком этого способа является постоянное восполнение запасов растворителей, так как в процессе обработки они смешиваются. Температуры кипения их довольно близки, поэтому они образуют азеотропную смесь с водой и между собой.

3) Экстракция измельченной древесины. Древесины лиственницы мелко измельчают (меньше 0,1 мм) и растворяют ДКВ в этилацетате. Затем происходит экстракция, очистка от примесей и кристаллизация ДКВ. Способ описан в патенте РФ № 2158598.

1.4 Сквален в масле Амаранта

Рис.2 Структурная формула сквалена

Важным участником этого исследования является сквален - ненасыщенный углеводород с шестью двойными связями. Он принадлежит к классу тритерпенов и является промежуточным звеном в биосинтезе холестерина. Сквален является естественным компонентом секрета сальных желез человеческой кожи (до 12 - 14%), в связи с чем легко всасывается и проникает сквозь мембрану, а также ускоряет проникновение растворенных в нем веществ. Сквален широко используется для доставки внутри организма лекарственных эмульсий благодаря высокому поверхностному натяжению, стабилизации ибиосовместимости. Эмульсии, содержащие сквален, способствуют растворению, высвобождению лекарственного препарата, вспомогательных веществ и вакцин, а также поглощению их клетками. Сквален обладает уникальными свойствами, которые идеально подходят для создания устойчивых во времени и нетоксичных наноэмульсий.[8]

1.5 Технология получения сквалена из масла амаранта

Получение сквалена - многоступенчатый процесс. На схеме показаны основные этапы:

Рис.3 Цепочка получения свалена

Сквален из самого масла получают щелочным гидролизом. В результате глицерин и соли жирных кислот уходят в водную фазу, а сквален с растворителями остается.

Рис.4 Выделение сквалена

2.МЕТОДЫ И МАТЕРИАЛЫ

Исходные вещества:

1) масло белосеменного амаранта, предоставленное ООО “Русская олива” (г. Воронеж),

2) дигидрокверцетин 99% чистоты, предоставленный ООО “КоролевФарм” (г. Королёв)

3) арабиногалактан, предоставленный компанией «Аметис» (г. Благовещенск)

Водный раствор комплекса ДКВ - АГ готовился в ультразвуковой ванне (количества компонентов указаны в экспериментальной части). Синтез эмульсии проводился с помощью магнитной мешалки. Отбирались определенные количества водного раствора ДКВ и масла (значения представлены в экспериментальной части) и перемешивались в течение 10 минут.

Размер частиц измерялся на анализаторе частиц Zetasizer NANO в РХТУ им. Д.И.Менделеева.

Ультразвуковое дробление производилось в ультразвуковой ванне ПСБ-2835-05 в РХТУ им. Д.И.Менделеева.

3.ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Ранее было показано, что эмульсии на основе масла амаранта и воды в соотношении 4:16, 6:14, 8:12 обладают аномально высокой устойчивостью и высокими реологическими характеристиками

Рис.5 Исследование реологии водных эмульсий масла амаранта

Причиной этого служит, по-видимому, образование мицелл. Фосфолипиды, содержание которых в масле амаранта необычайно высоко, в результате гидрофобного взаимодействия окружают своими неполярными хвостами сквален, стабилизируют его и образуют мицеллу.

Рис.6 Мицеллы

Именно образование мицелл является, по-видимому, причиной другой аномалии в поведении этих эмульсий: обычно эмульсии на основе растительных масел и воды расслаиваются на водную и масляную фазы, но эмульсии на основе масла амаранта ведут себя иначе. В первые несколько часов происходит активное выделение значительной части масла из эмульсии, однако водная часть остается в эмульсии. Она становится при этом более упругой.

Целью дальнейшего исследования этих необычных эмульсий было расширить диапазон их свойств введением раствора дигидрокверцетина - биофлавоноида, ценные свойства которого перечислены в литературном обзоре.

Это можно было сделать, используя вместо воды водный раствор ДКВ.

Дигидрокверцетин, благодаря его антиоксидантным свойствам, использовался, в частности, в составе крема «Капиллар».

Рис.7 Состав крема

Крем представляет собой сложную композицию, полный состав крема приводится ниже:

вода, гидрогенизированное касторовое масло PEG40, глицерин, масло растительное, масло макадамии, гидрогенизированный полиизобутен, скипидар живичный, камфора, масло мятное, масло пихтовое, дигидрокверцетин, гидроксиэтилакрилат/натрийакрилоилдиметилтаурат сополимер, натрия гидроксид, лимонен, линалоол, цитраль.

По крайней мере два компонента - гидрогенизированное касторовое масло и сополимер гидроксиэтилакрилат - натрийакрилоилдиметилтаурат выполняют в этой композиции роль стабилизаторов эмульсии.

Можно предположить, что использование стабильной эмульсии на основе масла амаранта позволило бы упростить состав композиции, исчезла бы необходимость вводить в нее стабилизаторы.

Раствор ДКВ готовили на водной бане (подробнее процесс описан в экспериментальной части), затем добавляли его к маслу амаранта. Были приготовлены 11 эмульсий с разными соотношениями масло амаранта/водный раствор ДКВ: 3 эмульсии 4:16 (приложение рис.12,15,18,21,24), 4 эмульсии 6:14 (приложение рис.13,16,19,22,25) и 4 эмульсии 8:12 (приложение рис.14,17,20,23,26). В две крайние справа эмульсии 4:16 был добавлен арабиногалактан (АГ).

Однако в первых опытах после приготовления эмульсии с добавлением ДКВ наблюдалось мгновенное расслоение эмульсии. Следовательно, дигидрокверцетин выступает в качестве дестабилизатора эмульсии.

Нужно было проверить природу полученного нами раствора ДКВ. Это было сделано с помощью эффекта Тиндаля. Эффект Тиндаля - это свечение неоднородной среды вследствие рассеяния проходящего через нее света. Эффект Тиндаля характерен для коллоидных систем.

дигидрокверцетин амарант масло сквален

Рис.8 Эффект Тиндаля

При пропускании луча света через приготовленный нами раствор мы ясно наблюдали этот эффект. Таким образом, частицы ДКВ в растворах, которые считались истинными растворами, -- это не единичные молекулы дигидрокверцетина, а молекулярные ассоциаты, растворы же ДКВ -- это не молекулярные, а коллоидные дисперсии.

Для более точной идентификации агрегатов в растворе с ДКВ мы использовали прибор «ZetasizerNANO», который позволяет производить анализ характеристик частиц.

При исследовании воднорго раствора ДКВ получен визуально прозрачный раствор. Однако при пропускании света наблюдается его рассеивание, что свидетельствует о их коллоидно-дисперсном состоянии.

Отобранный контрольный образец раствора ДКВ на наносайзере показал пик d = 79,73 нм. После обработки в течение 1-й минуты в ультразвуковой ванне отобрали раствор и поместили в наносайзер, наблюдали пик d= 60,43 нм.

Рис.9 Измерение размера частиц после обработки ультразвуком

После 3 минут обработки ультразвуком пика не наблюдалось. Раствор после ультразвуковой ванны просветили лазером, эффект Тиндаля не наблюдался. Можно сделать вывод о том, что агрегаты были разрушены и раствор стал истинным.

Этот раствор выдерживали в течение 2 дней, после чего вновь наблюдался выраженный эффект Тиндаля - светящаяся полоса. Проверка образца на наносайзере показала наличие пика d1 = 206,8. Это позволяет сделать вывод о том, что: наблюдается релаксация - частицы снова агрегируются и раствор возвращается к исходному коллоидному состоянию.

Рис.10 Размер частиц через 2 дня после обработки ультразвуком

Для решения проблемы низкой растворимости мы решили добавить к эмульсии арабиногалактан, поскольку известно, что в природе многие флавоноиды содержатся в растениях в комплексе с сахарами.

Рис.11 Структурная формула арабиногалактана

Арабиногалактан относится к классу полисахаридов и добывается из древесины лиственницы, как и дигидрокверцетин, где он выполняет защитные функции.

Арабиногалактан является антиоксидантом и пробиотиком, стимулирует защитные механизмы кожи. Используя разное соотношение АГ и ДКВ, мы стремились увеличить количество вводимого в эмульсию ДКВ. Соотношение компонентов приведено в экспериментальной части.

В отличие от чистого дигидрокверцетина, данный комплекс легко растворялся в воде и позволил ввести в эмульсию в 4 раза большее количество ДКВ.

При этом в спектре наблюдали пик d = 3,65 нм.

ДКВ-АГ, где СДКВ = 0, 45 г/л, d = 3,65 нм

Рис.12 Размер частиц после добавления АГ

Из полученных результатов можно сделать вывод, что растворимость дигидрокверцетина (ДКВ) может быть усилена в результате его комплексообразования с арабиногалактаном (АГ) . Нам удалось повысить содержание ДКВ в эмульсии в 4 раза.

4.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Сначала было необходимо приготовить водный раствор ДКВ (1,5% по массе). Растворимость ДКВ в воде не сильно повышается с увеличение температуры раствора, но для получения максимальной концентрации растворение ДКВ проводилось в водяной бане.

После этого был отмерен нужный объем масла амаранта для каждой серии опытов. Для приготовления эмульсий использовалось соотношение 4:16, 6:14, 8:12 (масло/раствор ДКВ). Как было показано ранее, эмульсии на основе этих соотношений наиболее устойчивы.

Далее смесь перемешивалась с помощью магнитной мешалки в течение 10 минут. После этого проводилось наблюдение за процессом расслоения эмульсий.

Для ультразвукового дробления был приготовлен водный раствор ДКВ с концентрацией 0,3 г/л и помещен в ультразвуковую ванну. После завершения работы аппарата образец был помещен в наносайзер для измерения размера частиц.С экрана компьютера была снята нужная информация.

Для ультразвукового дробления водного раствора ДКВ и АГ был приготовлен раствор с концентрацией ДКВ 0,45 г/л и с концентрацией АГ 4 г/л. После этот раствор повестили в наносайзер «ZeasizerNANO» и сняли с экрана компьютера нужные данные.

Приготовление эмульсий на основе комплекса ДКВ - АГ включало следующие стадии:

Готовили водную фазу: в 20 мл воды, растворяли АГ и ДКВ, концентрации которых представлены в таблице.

Далее водную фазу помещали в ультразвуковою ванну и под действием ультразвукового поля в течении 4-х минут диспергировали наш водный раствор.

После диспергирования, в водную фазу V=20 млдобавляем масляную V=30 мл (масло амаранта), перемешиваем в течение 10 минут.

Составы образцов

Табл. 1 Состав образцов

Все три образца эмульсии, получились густыми и нетекучими. Рассслоение эмульсий не наблюдалось в течении 48 часов.

ВЫВОДЫ

1. Продолжая исследование эмульсий на основе масла амаранта, мы изучили возможность введения в них водного раствора ценного биофлавоноида - дигидроквертицина.

2. Использование спектральных методов позволило установить причину малой растворимости ДКВ в воде - образование коллоидного, а не истинного раствора

3. Ультразвуковое воздействие на раствор ДКВ не привело к уменьшению размера частиц и увеличению растворимости ДКВ в воде.

4. Увеличение растворимости ДКВ было достигнуто при образовании комплексов ДКВ с природным углеводом - арабиногалактаном.

4. Удалось сочетать устойчивость эмульсий на основе масла амаранта и ценные свойства вещества, введенного в неё.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Каспаров Г. Н. Основы производства парфюмерии и косметики. М.: Агропромиздат; 1988. 287 с.: ил.

2. Файзуллина А.Р., Руцкой И.А. Эмульсии на основе масла амаранта и их использование в лекарственных препаратах будущего. Московский городской конкурс проектных и исследовательских работ, муниципальный этап.

3. УминскийА.А, Хвастеен Б.Х., Баканева В.Б. Биохимия флаваноидов и их значение в медицине.Пущино: Фотон-век, 2007. 264 с.

4.Boly, R. Quercetininhibits a large panel of kinases implicated in cancer cell biology. Int. J. Oncol., 2011. Vol. 38. P.833 - 842.

5. Малков, Ю.А. Технология получения экстрактивных веществ из древесины лиственницы . канд. техн. наук: Иркутск, 2006. 128 с.

6. Промышленное производство медицинских препаратов и биологически активных добавок из древесины и коры лиственницы. Фундаментальная наука в интересах развития химической и химико-фармацевтической промышленности: /материалы 2 научно - практического семинара./ Пермь. 2004. С.85-88.

7. Пат. 2114631 Российская Федерация, МПК А61К35/78, С07D311/32 Способ выделения дигидрокверцетина [электронный ресурс] / Тюкавкина Н.А. [и др.] (РФ) - №97111748/14 Заявл. 22.07. 1997; опубл. 10.07.1998. - Режимдоступа: www.freepatent.ru

8. Reddy L. H., Couvreur P. Squalene: A natural triterpene for use in disease management and therapy //Advanced Drug Delivery Reviews. 2009. Vol. 61, №. 15. P. 1412-1426.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Рис.13 Эмульсии 4:16 после приготовления

Рис.14 Эмульсии 6:14 после приготовления

Рис.15 Эмульсии 8:12 после приготовления

Рис.16 Эмульсии 4:16 через 1 день

Рис.17 Эмульсии 6:14 через 1 день

Рис.18 Эмульсии 8:12 через 1 день

Рис.19 Эмульсии 4:16 через 2 дня

Рис.20 Эмульсии 6:14 через 2 дня

Рис.21 Эмульсии 8:12 через 2 дня

Рис.22 Эмульсии 4:16 через 3 дня

Рис.23 Эмульсии 6:14 через 3 дня

Рис.24 Эмульсии 8:12 через 3 дня

Рис.25 Эмульсии 4:16 через 4 дня

Рис.26 Эмульсии 6:14 через 4 дня

Рис.27 Эмульсии 8:12 через 4 дня

Размещено на Allbest.ru