Результат интеллектуальной деятельности: ЭНТЕРОСОРБЕНТ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

Изобретение относится к области биотехнологии, а именно к энтеросорбентам и технологии их получения, и предназначено для использования в здравоохранении для нормализации желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) и других систем организма, а также смежных отраслях народного хозяйства (ветеринарии, химии, косметологии, фармации и пищевой промышленности).

Энтеросорбенты - продукты, используемые для связывания метаболитов, токсинов и других веществ в пищеварительном тракте. Они применяются, как правило, при решении проблем оптимизации питания человека и животных, а также для снижения поступления в организм экологически вредных веществ (в том числе радионуклидов, пестицидов, тяжелых металлов), профилактики и лечения ряда заболеваний, таких как дизентерия, вирусный гепатит, лекарственных и пищевых аллергий, бронхиальной астмы, диабета, нарушения жирового обмена.

В качестве энтеросорбентов в настоящее время широко применяются различные минеральные вещества, такие, как цеолиты, бентониты, активированный уголь, микрокристаллическая целлюлоза, цеолиты, лигнины и их производные.

Наиболее известно использование в качестве энтеросорбента активированного угля (Activated charcoal) (Справочник ВИДАЛЬ. Лекарственные препараты в России. - М.: OVPEE - Астра Фарм Сервис, 2000 г. - С.Е-8), широко применяемого в химической, пищевой, фармацевтической отраслях промышленности и в медицине. Однако он обладает относительно небольшой сорбционной активностью и низкой избирательностью сорбционного действия к таким веществам, как холестерин, билирубин, мочевина, мочевая кислота, которые обычно удаляются из организма органами выделения. При его применении возможны запоры, диарея; а при длительном применении - гиповитаминозы, нарушение всасывания из желудочно-кишечного тракта питательных веществ. Активированный уголь противопоказан при язвенных поражениях желудочно-кишечного тракта, при желудочных кровотечениях.

Известен лекарственный препарат (RU 2124358, 1999) для лечения заболеваний ЖКТ с фосфатом алюминия в качестве активно действующего, однако он оказывает действие только на снижение кислотности и малоэффективен для вывода из организма токсических веществ. Известен также препарат (BG 61500, 1997), в котором в качестве энтеросорбента используют смесь гидроокиси алюминия и магния в сочетании с лизоцимом. Он обладает бактерицидными свойствами за счет присутствия лизоцима, однако не может поглощать и выводить из организма вредные токсические вещества, а также нормализовать функции желудочно-кишечного тракта.

Известно использование в качестве энтеросорбентов шунгита (RU 2423984, 2011) с содержанием диоксида кремния от 20 до 50 мас.%, при этом среднестатистический медианный размер частиц энтеросорбента составляет 15,0·10^-6 м цеолита на основе опал-кристоболитовой породы (RU 2319488, 2008). Сорбенты эффективны для использования при комбинированном радиационно-термическом поражении людей и животных, для снятия алкогольной и наркотической интоксикации, как антибактериальное средство в качестве средства для профилактики и лечения желудочно-кишечных заболеваний сельскохозяйственных животных и птиц, однако эффективность их недостаточно высока.

Одним из перспективных энтеросорбентов является глауконит. Название глауконит происходит от греческого "глаукос" - голубовато-зеленый. Глауконит - глинистый минерал переменного состава с высоким содержанием двух- и трехвалентного железа, кальция, магния, калия, фосфора, который, как правило, содержит более пятидесяти микроэлементов, среди которых медь, серебро, никель, кобальт, марганец, цинк, молибден, мышьяк, хром, олово, бериллий, кадмий и другие (http:www.saratov-bi.ru/news/2013-04-16-000000). Колебания состава связаны с изоморфными замещениями. По решению Международного номенклатурного комитета глауконитом следует называть железистую диоктаэдрическую слюду. Содержание основных компонентов обычно находится в пределах, %: Si₂ - 47-50,5; Al₂O₃ - 5-10; Fe₂O₃ - 15-22; FeO - 2-4; MgO - 3-4; CaO - 0-0,8; Na₂O - 0-0,5; K₂O - 6-8; H₂O - 7-9 (RU 2291702, 2007).

Все микроэлементы находятся в легко извлекаемой форме сменных катионов, которые замещаются находящимися в избытке в окружающей среде элементами. Этим свойством объясняются высокие сорбционные свойства глауконита по отношению к токсинам, нефтепродуктам, тяжелым металлам, радионуклидам.

Известно применение глауконита в качестве реагента при обработке напитков с целью их осветления (RU 94021998, 1996), в литейных формовочных смесях в качестве вещества, предназначенного для увеличения податливости смеси, с целью улучшения качества литейных стержней и форм /SU 1388184, 1988); для уменьшения жесткости воды, удобрения почв, изготовления красок (СЭС, Москва, "Советская энциклопедия", 1990 г., стр.313). В растениеводстве он применяется для уменьшения содержания пестицидов в растениях, улучшения всхожести семян, увеличения биологической массы растений, в качестве комплексного удобрения постепенного действия для многих культур (риса, проса, пшеницы, картофеля, кукурузы, томатов и других), для увеличения зеленой массы однолетних трав, для улучшения водно-физического режима почвы, активизации жизнедеятельности почвенной микрофлоры, повышения всхожести и урожайности бобовых, корнеплодов, томатов, огурцов (Атлас нетрадиционных видов агрохимического минерального сырья СССР / Мин-во геологии СССР; Всесоюз. науч.-исслед. ин-т геологии и нерудных полезных ископаемых; Сост. П.О. Абламитов, А.И. Буров, И.С. Гузиев и др.: Под ред. У.Г. Дистанова, А.С. Филько, В.Ф. Семенова. - М.: Недра, 1989, 64 с., Сродных О.Э., Ковальчук А.И. Опытно-исследовательские работы по использованию опал-кристоболитовых пород для выращивания растений / Отчет. НПО "Среднеуральское" (УралНИИсельхоз) ИГГ РАН, Екатеринбург, 1998). Исследованиями, проведенными на лабораторных животных учеными Уральской государственной академии ветеринарной медицины, установлено, что глауконит не обладает токсическим действием и по классификации химических веществ по степени опасности в соответствии с ГОСТ 12.1.007.76 относится к классу 4 - незначительно опасных веществ (Мальцева Л.Ф., Сунагатуллин Ф.А., Овчинников А.А., Ращектаев С.А. Раздражающее и аллергизирующее действие глауконита Карийского месторождения // Мат. Докл. Всеросс. Конф., посвящ. 20-летию Уральс. филиала ВНИИВСГЭ. - Москва, Челябинск. - 1999. - с.115-116,. Сунагатуллин Ф.А., Овчинников А.А., Ращектаев С.А., Мальцева Л.Ф. Острая и хроническая токсичность глауконита // Мат. Докл. Всеросс. конф., посвящ. 20-летию Уральск. Филиала ВНИИВСГЭ. - Москва, Челябинск. - 1999, - с.152-154).

В настоящее время в медицине и ветеринарии глауконит используется, в основном, в качестве компонента различных комплексных препаратов, используемых в ветеринарии и медицине. Так, предлагается его использование в составе кормовой добавки, содержащей глауконит и пробиотик «Биоспорин» (RU 2319391, 2008) для повышения защитных сил и естественной резистентности организма свиней.

Взвесь глауконита в водном растворе агара предлагается для лечения телят, больных диспепсией (RU 2188652, 2002). Для профилактики и лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта предлагается препарат "Токси-БиоВит" (RU 2475254, 2012), содержащий стерилизованную культуральную жидкость ряда микроорганизмов, 50,0-55,0% глауконита и вспомогательные вещества.

Недостатком данных препаратов является нестабильность при хранении, вызванная большим удельным весом глауконита, а также недостаточная эффективность, обусловленная недостаточно высокой развитостью поверхности глауконита.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является энтеросорбент (RU 2204396, 2003), состоящий из концентрата глауконита, применяемый в качестве активно действующего вещества для профилактики и лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта. Он может быть применен как самостоятельно, так и в составе: лекарственных препаратов для лечения заболеваний ЖКТ и кормов для профилактики заболеваний ЖКТ у животных. Применяется глауконитовый концентрат в виде порошков, взвесей, эмульсий, однако взвеси глауконита нестабильны в связи с высокой плотностью минерала.

Наиболее близким к заявляемому способу получения энтеросорбента является технология, по которой глауконит получают измельчением на мельнице, отбирают фракцию с величиной частиц 0,01-0,1 мм (RU 2188652, 2002) с последующим приготовлением в 0,5% водном растворе агара.

Недостатками известных энтеросорбентов на основе глауконита и способа их получения являются проблема их суспензирования в чистом виде и нестабильность полученной суспензии вследствие его высокой плотности, а также недостаточная эффективность получаемого препарата.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание нового энтеросорбента на основе глауконита, обладающего повышенной сорбционной способностью в виде устойчивой водной суспензии глауконита, не требующей особых условий хранения (в том числе и замораживания-оттаивания).

Технический результат в отношении сорбента достигался в результате создания энтеросорбента, представляющего собой 40-80% суспензию в воде фракции 1,0-10 мкм глауконита, активированного ультразвуковым кавитационным воздействием.

Суспензия с концентрацией глауконита менее 40% не позволяет использовать сорбционные возможности сорбента в максимальном объеме, суспензия с концентрацией глауконита более 80% - нестабильна при хранении. Использование более крупнозернистой фракции снижает устойчивость суспензии, использование частиц с размером менее 0,1 мкм затруднено по технологическим причинам.

Технический результат в отношении способа получения энтеросорбента заключается в измельчении глауконита с содержанием породы от 20 до 95% на шаровой мельнице с отбором фракции 0,001-0,01 мм, смешении ее с водой и обработкой полученной смеси ультразвуком с частотой 15-25 кГц в течение 2-5 минут.

Частота ультразвука 15-25 кГц подобрана экспериментально, исходя из технических возможностей автора. Обработка менее 2 минут снижает получаемую удельную поверхность энтеросорбента, проведение обработки более 5 минут не дает существенного эффекта.

В результате получена устойчивая суспензия, характеризуемая высокими сорбционными свойствами за счет увеличения удельной поверхности гранул глауконита, удобством и эффективностью применения в виде суспензии и возможностью хранения в широком диапазоне температур от минус 30 до плюс 50°C.

Использование ультразвука при диспергировании обусловлено специфическими кавитационными явлениями, сопровождающими распространение ультразвуковых колебаний в жидких средах (ru.wikipedia.org/wiki/Кавитация). При этом в жидкости образуются газовые пузырьки (полости), в которых, как считают, возникают электрические разряды, происходит ионизация молекул и атомов, повышение давления и температуры. Газовые (кавитационные) пузырьки легче образуются на границе жидкого с твердым, энергично воздействуя на поверхность последнего. В процессе ультразвуковой обработки происходит изменение поверхности суспензированного минерала, причем получаемые в этом случае тонкодисперсные продукты резко отличаются как по составу, так и по разветвленности поверхности.

Наличие слоистой структуры глауконита, в отличие от цеолитов, для которых характерна каркасная структура, приводит к тому, что часть внутримолекулярных сил не уравновешена взаимодействием с ионами, содержащимися в растворе или воздухе. В результате они скапливаются на активных поверхностях пластиночек, составляющих кристалл, так что после проведения кавитационной обработки значительно увеличивается площадь активной поверхности сорбента.

Сущность и преимущества способа иллюстрируются следующими примерами.

Пример 1. Глауконит измельчают на шаровой мельнице, отбирают до размера 1-10 мкм, затем подвергают магнитной сепарации на магнитных барабанных сепараторах типа СМБМ производства НПО "Эрга" с регулируемой индукцией, от 200 до 250 мТл и градиентом поля - от 50 до 70 мТл/см для отбора породы, содержащей от 20 до 95% содержания глауконита.

Затем в емкость заливается очищенная вода и засыпается подготовленный глауконит в пропорциях по массе 70/30-40/60-50/50-80/20-85/15, а затем смесь подвергают воздействию ультразвуком частотой 15-25 кГц, длительность обработки 2-5 мин. Мощность ультразвука 3 Вт/см². Влажность получаемой суспензии лежит в диапазоне от 25 до 65%.

Сорбционная активность полученного энтеросорбента, ионитовая суспензия (ИС), определяется удельной поверхностью, обуславливающей его активность. Удельная поверхность сорбента при сорбции азота, рассчитанная по методу БЭТ (метод предложен Брунауэром, Эмметом и Тейлором), приведена в таблице 1.

Пример 2. Определение адсорбционной активности проводили по отношению к красителю метиленовому синему (маркеру низкомолекулярных токсинов) и к красителю конго красному. Полученные результаты приведены в таблице 2:

По результатам экспериментов следует, что ИС по адсорбционной активности существенно превосходит сорбционную активность промышленно выпускаемых аналогов.

Суспензия, состоящая из природного диспергированного глауконита, обладает высокой энтеросорбирующей способностью, неспецифическим дезинтоксикационным действием и пробиотической активностью. Он связывает и выводит из организма патогенные бактерии и бактериальные токсины, лекарственные препараты, яды, соли тяжелых металлов, алкоголь, аллергены, а также избыток некоторых продуктов обмена веществ, в том числе билирубина, холестерина, мочевины, метаболитов, ответственных за развитие эндогенного токсикоза. В отличие от антибактериальных средств не приводит к развитию дисбиоза. Она не токсична, не всасывается, полностью выводится из кишечника в течение 24 часов.