Способ получения антисептического средства

Изобретение относится к медицине и фармацевтической промышленности и может быть использовано для получения из рыбных жиров антисептического лекарственного средства, обладающего противомикробным и регенеративным действием, например, для лечения гнойно-воспалительных процессов кожи и слизистых оболочек, вызванных бактериями, микроскопическими грибами и простейшими.

Приобретение выраженной устойчивости микроорганизмов к антимикробным препаратам обусловлено появлением у них различных механизмов защиты, что значительно затрудняет эффективность лечение локальных гнойно-воспалительных процессов, вызванных бактериями, микроскопическими грибами и простейшими. На этом фоне особое значение для комплексного лечения локальных гнойно-воспалительных процессов приобретает поиск и применение безвредных антисептических препаратов, к которым возбудителями заболеваний не выработаны факторы защиты и устойчивость. Перспективным объектом для разработки антисептического препарата широкого или универсального спектра действия является жир морских рыб (Лаженцева Л.Ю. Влияние водного экстракта из липидов морских рыб на возбудителей гнойно-воспалительных заболеваний: автореферат дисс. канд. биол. наук. – Владивосток, 2000. – 24 с.).

Морские жиры известны высоким содержанием полиненасыщенных жирных кислот серии омега-3 (омега-3 ПНЖК). Эти кислоты нестабильны, легко разрушаются и деградируют на различные низкомолекулярные фрагменты. При этом, в зависимости от условий (наличие кислорода, воды белка и пр.), продукты таких деструктивных процессов могут иметь самые различные структуры. Чем их меньше в жирах, тем лучше для применения этих жиров в медицине, диетологии и промышленности. При интенсивном окислении образуются смолянистые конгломераты, являющиеся показателем полностью некачественного прогорклого жира.

Как было выяснено ранее, определенные водорастворимые низкомолекулярные продукты деградации жира обладают высокой антимикробной активностью и могут быть использованы в медицинских и других целях (патент РФ № 2185194, «Способ лечения микробной экземы», выдан 20.06.2002 г.; патент РФ № 2215533, «Способ лечения гнойно-воспалительных заболеваний нижних отделов мочеполовых путей», выдан 10.11.2003 г.).

Наибольшей активностью обладают альдегиды 4-гидрокси-2-ноненаль и 4-гидрокси-2,6-нонадиеналь (Рыбин В.Г. и др. «(2Е,6Z)-4-гидрокси-2,6-нонадиеналь – активный компонент антимикробного препарата» // Известия ТИНРО, 1999. Т. 125. С. 238-243). Альдегиды являются относительно стабильными метаболитами. Они обладают способностью взаимодействовать с белками и нуклеиновыми кислотами, изменяя при этом их функциональные свойства. Их состояние оказывает модулирующее воздействие на характер реализации повреждающего действия свободных радикалов на клетки. Таким образом, реализуется их антисептическое действие – поврежденные клетки микроорганизмов не в состоянии защитить хозяина от оксидативного стресса, вызывая его гибель (Давыдов В.В., Божков А.И. «Метаболизм эндогенных альдегидов: участие в реализации повреждающего действия оксидативного стресса и его возрастные аспекты» // Биомедицинская химия, 2003. Т. 49, № 4. С. 374-387).

Формулы активных короткоцепочечных альдегидов приведены ниже.

В 1999-2001 гг. вышли научные статьи, подтверждающие образование активных альдегидов из омега-3 ПНЖК морских жиров (Рыбин В.Г. и др. «Определение (2Е)-4-гидрокси-2,6-ноненаля в смесях продуктов окисления рыбных жиров методом высокоэффективной жидкостной хроматографии» // Известия ТИНРО, 2001. Т. 129. С. 23-33).

На данный момент не существует эффективного технологичного способа получения антисептического средства из рыбных жиров, отличающегося уменьшением времени и снижением расходов на его получение, обеспечивающего высокие выход и активность средства, который может быть использован в медицинской практике для лечения социально-значимых заболеваний.

Известен способ получения краски (покрытия) для днищ морских кораблей, где одним из основных компонентов являются окисленные рыбные жиры (blown oils), которые добавляют в состав краски для придания ей продолжительного фунгицидного действия, важного свойства для предотвращения обрастания днища микроводорослями (DeSesa R.J. «Uses in protective coatings» // In: «Fish oils», Connecticut: The AVI Publishing Company. 1962. Ed. Stansby M.E. P. 239-250) / Условия получения такого вязкого продукта – 80-93°С в течение 36 часов (никаких других уточняющих факторов не приведено). По-видимому, при окислении жира также происходит накопление активных альдегидных продуктов, так как сам жир такими свойствами не обладает.

Недостатками способа являются следующее:

1. Жир окисляют в очень жестких условиях, поэтому он приобретает высокую вязкость и темный цвет. Нельзя при этом говорить об однородности полученных окисленных соединений, мы лишь предполагаем, что в нем также присутствует определенное количество активных альдегидных соединений, ответственных за фунгицидные свойства.

2. Поскольку в такой смолистой массе трудно установить состав главных действующих компонентов, то применение ее для лечения любых заболеваний (наружных) у человека недопустимо, так как хорошо известно, что окисленные конгломераты неопределенного строения являются инициаторами онкологических заболеваний.

Известен способ получения средства по защите посадок картофеля или томатов от грибка вида Phytophthora infestants (фитофтороз – картофельная гниль) (патент РФ 2170509, «Защита растений с использованием рыбьего жира», выдан 30.01.1995 г.). Способ предусматривает нанесение на листву или посадочный материал рыбного жира. Возможно его использование в сочетании с приемлемым разбавителем (например, ксилолом, смешанным с продуктом реакции алкилфенола с ксилолоксидом и кальций-додецил-бензолсульфонатом) и предпочтительно с солью металла (например, меди, цинка, марганца) и/или с пестицидами, такими как фунгициды, инсектициды, акарициды, гербициды, или веществами, регулирующими рост растений, с целью усилить их действие или расширить спектр действия. Рыбий жир наносят в количестве, достаточном для того, чтобы вызвать локальную и/или систематическую сопротивляемость культуры к грибковому заболеванию. Способ позволяет защитить растения на 58-91%.

Способ имеет следующие недостатки:

1. Очевидно, что когда авторы говорят слово «жир», они на самом деле имеют в виду сложную компонентную смесь, в которой трудно предугадать, какое конкретно соединение или его производное обладает главным действующим действием.

2. Наличие рыбного жира и инициаторов его окисления – солей металлов, как мы сейчас понимаем, возможно, вызывает образование активных альдегидов. Однако сложно на самом деле определить, что именно в таком комплексе является главным ингибитором фитофторы и какой механизм такого взаимодействия. В данном случае не исключено, что животные (человек) и растительные клетки по-разному реагируют на новые условия среды и прямой параллели быть не может.

3. В описании патента есть только упоминание об эмульгаторе - кальций-додецил-бензолсульфонате, который является носителем иона Са²⁺, но данный металл в заявляемый ими перечень не входит. Никаких других упоминаний о солях металлов и их содержании в средстве ни в описании, ни в примерах, ни в формуле нет, поэтому нельзя дать оценку той роли, которая им отводится на самом деле. По крайней мере, все описание патента по практическому применению средства построено на описании воздействия рыбного жира в смесях с органическими растворителями, преимущественно ацетоном.

4. В патенте упоминают, что жиры, богатые ПНЖК, обеспечивают наибольшую степень защиты растений, но следует заметить, что в такой сложной компонентной среде (как предлагают заявители) возможно образование любых окисленных производных ПНЖК, не только короткоцепочечных альдегидов. Сами авторы не пытаются объяснить происходящие процессы, а лишь упоминают, что «рыбьи жиры, эффективно защищают сельскохозяйственные культуры от грибковых заболеваний … это удивительный результат, и механизм эффективной защиты … труден для понимания».

5. Ни о каком применении данных композиций для медикаментозного применения у человека не может быть речи.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения пищевого консерванта из природного сырья и способ приготовления рыбных продуктов с его использованием (патент РФ № 2043725, выдан 20.09.1995 г.). Способ заключается в смешении технического рыбного жира с водопроводной водой в соотношении 1:1-10, об./об., периодическом перемешивании смеси при 20°-55°С в течение 15-25 суток и отделении нижнего водного раствора (готовый препарат).

Способ имеет следующие недостатки:

1. Использование технического рыбного жира приводит к тому, что качественные и количественные параметры исходного сырья могут различаться в десятки и даже сотни раз, поскольку ГОСТ 1304-76 «Жиры рыб и морских млекопитающих технические» предполагает величину кислотного числа от 1 до 20 мг КОН/г жира, а по перекисному числу никак жир не регламентирует и оно в технических жирах составляет 100-200 и более единиц. То есть исходный жир, в большинстве случаев, содержит продукты глубокого перекисного окисления, включая смоляные образования (в дальнейшем это отражается на окраске конечного продукта). Использование таких не стандартизированных жиров в технологическом процессе не рационально, так как в каждом конкретном случае необходимо предварительное исследование возможности применения партии жира для получения антимикробного средства.

2. Очень важным загрязнителем технического жира является белок из тканей рыбы. Его вместе с водой может содержаться от 0,4 до 1,0%. На производстве для его удаления применяют процедуру промывки жира водой, но этим белок трудно удалить – нужна сушка, фильтрация и пр. Содержащийся белок является активатором не регулируемых окислительных реакций, при этом продукты его деградации будут переходить в водный слой при осуществлении процесса и формировать устойчивый неприятный запах гниения в готовом препарате. Однако наибольший ущерб присутствующий белок наносит активности средства, так как значительная часть образующихся активных альдегидов – 4-гидрокси-2-ноненаль и 4-гидрокси-2,6-нонадиеналь – необратимо связываются с молекулами белка или его деградировавшими остатками.

3. Поскольку вышеперечисленные факторы очень сильно влияют на активность получаемого антимикробного средства, то логично, что авторы выбрали соотношение жир-вода, начиная с 1:1, по объему. Тем самым авторы не могут гарантировать получение из технического рыбного жира значительных количеств препарата.

4. Применение в процессе водопроводной воды также является определенным недостатком, так как, в зависимости от региона, она имеет тот или иной минеральный состав, как правило, сильно различающийся. Минеральный состав воды может влиять на замедление процесса накопления активных веществ, способствовать образованию стойких эмульсий и, в целом, быть дополнительным фактором, который необходимо учитывать при реализации процесса.

5. Температурный режим получения средства – до 55°С – требует использования специального аппарата с рубашкой для подогрева, а учитывая, что процесс продолжается 15-25 суток, экономически не выгоден.

6. Добавление соли (NaCl), до 3%, при осуществлении способа – превентивная мера, обязанная обеспечить хотя бы минимальную стабилизацию белка от гниения и, в дальнейшем, помогает расслаиванию образующихся липид-белковых эмульсий. Никаких других технологических нагрузок (ускорение процесса образования короткоцепочечных альдегидов, снижение температуры процесса и др.) добавление соли не несет. Соль нужно рассматривать только как доступный и надежный стабилизатор/консервант при хранении антимикробного средства в дальнейшем.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, – разработка эффективного и экономичного способа получения из жиров морских рыб антисептического препарата.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в получении максимально высокого качества целевого продукта с уменьшением времени и снижением расходов на его получение, обеспечивающий высокие выход и активность средства с высокой антимикробной активностью.

Поставленная задача решается тем, что способ получения антисептического средства, включающий в себя обработку рыбного жира водным раствором натрия хлорида при перемешивании и отделение водного слоя, отличается тем, что используют пищевой рыбный жир и 0,05-2,50% раствор натрия хлорида в дистиллированной воде, и дополнительно используют соединения поливалентных металлов, при их содержании в водной среде 0,02-2,50 ч./млн, при этом, продолжительность процесса получения антисептического средства составляет 10-15 суток при температуре 18-25°С. Кроме того, в качестве соединения поливалентных металлов используют соединения меди, или железа, или хрома, или никеля.

Исследованиями было установлено, что единственным предсказуемым по химическим свойствам источником рыбного жира могут быть только жиры, произведенные по ГОСТ 8714-72 «Жир пищевой из рыбы и морских млекопитающих». Именно такая стандартизация гарантирует не превышение кислотного числа более 4 ед. и перекисного числа более 10 ед. Технология получения пищевого жира предполагает процессы сушки и фильтрации (с активированной глиной), что исключает присутствие белковых веществ. При получении антисептического средства отсутствие белка в исходном жире является одним из главных условий получения качественного продукта.

В экспериментах по получению антисептического средства соединения поливалентных (2+ - 6+) металлов – меди, железа, хрома или никеля – ускоряют образование низкомолекулярных активных альдегидов, которые определяют проявляющуюся антимикробную активность. При этом заявляемые концентрации поливалентных металлов в водной среде обеспечивают не хаотичное протекание реакции окисления ПНЖК с образованием окисленных деградировавших структур с малопредсказуемыми биологическими свойствами, а направляют окисление в сторону накопления короткоцепочечных альдегидов, в первую очередь 4-гидрокси-2-ноненаля и 4-гидрокси-2,6-нонадиеналя, что подтверждается исследованием противомикробной активности.

Было установлено, что концентрация соединений металлов (в пересчете на чистый металл) должна составлять в водном растворе от 0,02 до 2,50 ч./млн. Снижение этого показателя ниже установленного предела приводило к уменьшению антимикробной активности средства (менее 40 тыс. ед.), а увеличение более 2,50 к получению окисленных структур не установленного характера и, также, снижению активности готового препарата.

Ввиду того, что при производстве антисептического средства используются строго характеризуемые по параметрам компоненты – пищевой жир, дистиллированная вода и соединения поливалентных металлов, и процесс может быть регулируемым, были найдены оптимальные соотношения жир-вода – 1:10-15, В итоге, в 1,5 раза увеличивается выход антисептического средства при использовании качественного сырья и понимании процессов, происходящих при технологии его получения.

Уменьшение водного слоя менее 10 частей влекло за собой неоправданное уменьшение получения целевого продукта, а увеличение более 15 частей – снижение активности препарата.

Применение в процессе дистиллированной воды обеспечивало изначальное отсутствие минералов в системе, что гарантировало добавляемым соединениям поливалентных металлов их истинную концентрацию в водном растворе.

Содержание соли (NaCl) при проведении процесса составляло в водном слое от 0,05 до 2,50%. Эти показатели являлись оптимальными при хранении антисептического средства после его получения. Минимальная концентрация соли в водном растворе – 0,05%, ее уменьшение приводило к снижению активности препарата при хранении. Максимальная граница – 2,50%; повышение концентрации сверх этого предела уже никак не отражалось на сохранности препарата и приводило лишь к дополнительным расходам. Реализуемый в способе подход – работа с чистыми веществами – позволил обоснованно снизить концентрацию стабилизатора в 1,2-10 раз.

Оптимальным временем протекания процесса является 10-15 суток. Снижение времени ниже предельного значения уменьшало активность антисептического раствора (менее 40 тыс. ед.), а увеличение более 15 суток уже не отражалось на повышении активности препарата.

Температура технологического процесса, при которой происходит получение антисептического средства по данному способу, соответствует комнатной – 18-25°С (распространенной в большинстве производств). Такая температура не предполагает нагрева аппарата производства антисептического раствора и облегчает тиражирование данной операции в любых производственных условиях.

При получении антисептического средства важным технологическим решением является проведение всей процедуры получения средства при медленном перемешивании смеси. Это обеспечивает достаточное поступление кислорода для окислительных процессов и, в то же время, эффективный обмен между жировой и водной фракцией, обеспечивающий постоянный поток низкомолекулярных липидов в водную среду.

Способ осуществляют следующим образом.

Готовят смесь из 10 кг пищевого рыбного жира по ГОСТ 8714-72 и 100-150 л 0,05-2,50%-ного раствора NaCl в дистиллированной воде (соотношение жир-вода 1:10-15 об./об.) с предварительно растворенными в ней соединениями поливалентных (2+ - 6+) металлов – меди, железа, хрома или никеля, таким образом, что концентрация металлов в водной среде составляет 0,02-2,5 ч./млн (ppm, part per million). Смесь интенсивно перемешивают в реакторе и выдерживают 10-15 суток при температуре 18-25°С и медленном перемешивании. После завершения процесса нижний водный слой сливают из реактора в стерильные герметичные стеклянные емкости. Полученный водный раствор прозрачный, светло-желтого цвета со специфическим невыраженным запахом, без прогорклости.

Содержание липидов в водном растворе (антисептическом средстве) колеблется в пределах 0,025-0,033%.

Антимикробное действие: 1 мл средства (по данным экспериментов) содержит 41,2-49,5 тысяч единиц антимикробного действия (ЕД).

Способ проиллюстрирован следующими примерами.

Пример 1. Способ получения антисептического средства из жира сельди тихоокеанской

Готовят смесь из 10 кг пищевого жира тихоокеанской сельди и 100 л 1,00%-ного раствора NaCl в дистиллированной воде (соотношение жир-вода 1:10 об./об.) с предварительно растворенной в ней соли меди (2+) – CuCl₂⋅2H₂0 (5,4 мг) таким образом, что концентрация ионов меди в водной среде составляет 0,02 ч./млн (ppm). Смесь интенсивно перемешивают в реакторе, выдерживают 12 суток при температуре 20°С и медленном перемешивании. После завершения процесса нижний водный слой сливают из реактора в стерильные герметичные стеклянные емкости. Полученный водный раствор прозрачный, светло-желтого цвета со специфическим невыраженным запахом, без прогорклости.

Содержание липидов в водном растворе (антисептическом средства) – 0,029%.

Антимикробное действие: 1 мл средства содержит 41,5 тысяч единиц антимикробного действия (ЕД). В 1 мл антисептического средства при экспозиции в течение 6-24 ч происходит гибель 1 млрд клеток микроорганизмов - возбудителей воспалительных процессов кожи и слизистых оболочек. Минимальная ингибирующая концентрация антисептического средства, обеспечивающая гибель 1 млрд клеток, находится в зависимости от вида микроорганизма, что позволяет разведение препарата физиологическим раствором для достижения необходимого антимикробного действия (табл. 1).

Таблица 1 – Разведение антисептического средства, обеспечивающего гибель 1 млрд клеток возбудителей воспалительных процессов на коже и слизистых оболочках

Пример 2. Способ получения антисептического средства из жира сардины иваси

Готовят смесь из 10 кг пищевого жира сардины тихоокеанской (иваси) и 150 л 2,50%-ного раствора NaCl в дистиллированной воде (соотношение жир-вода 1:15 об./об.) с предварительно растворенной в ней соли меди (2+) – Cu(NO₃)₂⋅3H₂0 (484,7 мг) таким образом, что концентрация ионов меди в водной среде составляет 0,85 ч./млн (ppm). Смесь интенсивно перемешивают в реакторе, выдерживают 10 суток при температуре 18°С и медленном перемешивании. После завершения процесса нижний водный слой сливают из реактора в стерильные герметичные стеклянные емкости. Полученный водный раствор прозрачный, светло-желтого цвета со специфическим невыраженным запахом, без прогорклости.

Содержание липидов в водном растворе (антисептическом средстве) – 0,031%.

Антимикробное действие: 1 мл препарата содержит 42,8 тыс. ЕД. Результаты тестирования антимикробного действия препарата, как в Примере 1.

Пример 3. Способ получения антисептического средства из жира анчоуса

Готовят смесь из 10 кг пищевого жира анчоуса и 120 л 2,00%-ного раствора NaCl в дистиллированной воде (соотношение жир-вода 1:12, об./об.) с предварительно растворенной в ней соли железа (3+) – FeCl₃ (627,4 мг) таким образом, что концентрация ионов железа в водной среде составляет 0,60 ч./млн (ppm). Смесь интенсивно перемешивают в реакторе, выдерживают 14 суток при температуре 22°С и медленном перемешивании. После завершения процесса нижний водный слой сливают из реактора в стерильные герметичные стеклянные емкости. Полученный водный раствор прозрачный, светло-желтого цвета со специфическим невыраженным запахом, без прогорклости.

Содержание липидов в водном растворе (антисептическом средстве) – 0,030%.

Антимикробное действие: 1 мл препарата содержит 41,2 тыс. ЕД. Результаты тестирования антимикробного действия препарата, как в Примере 1.

Пример 4. Способ получения антисептического средства из жира тихоокеанских лососей

Готовят смесь из 10 кг пищевого жира лосося и 150 л 1,75%-ного раствора NaCl в дистиллированной воде (соотношение жир-вода 1:15, об./об.) с предварительно растворенной в ней соли железа (3+) – Fe(NO₃)₃⋅6H₂O (1842,2 мг) таким образом, что концентрация ионов железа в водной среде составляет 1,96 ч./млн (ppm). Смесь интенсивно перемешивают в реакторе, выдерживают 15 суток при температуре 19°С и медленном перемешивании. После завершения процесса нижний водный слой сливают из реактора в стерильные герметичные стеклянные емкости. Полученный водный раствор прозрачный, светло-желтого цвета со специфическим невыраженным запахом, без прогорклости.

Содержание липидов в водном антисептическом растворе – 0,032%.

Антимикробное действие: 1 мл препарата содержит 43,1 тыс. ЕД. Результаты тестирования антимикробного действия препарата, как в Примере 1.

Пример 5. Способ получения антисептического средства из жира сайры

Готовят смесь из 10 кг пищевого жира из сайры и 135 л 2,25%-ного раствора NaCl в дистиллированной воде (соотношение жир-вода 1:13,5, об./об.) с предварительно растворенном в ней соединении хрома (6+) – K₂Cr₂O₇ (248,3 мг) таким образом, что концентрация ионов железа в водной среде составляет 0,65 ч./млн (ppm). Смесь интенсивно перемешивают в реакторе, выдерживают 10 суток при температуре 21°С и медленном перемешивании. После завершения процесса нижний водный слой сливают из реактора в стерильные герметичные стеклянные емкости. Полученный водный раствор прозрачный, светло-желтого цвета со специфическим невыраженным запахом, без прогорклости.

Содержание липидов в водном антисептическом растворе – 0,033%.

Антимикробное действие: 1 мл препарата содержит 44,6 тыс. ЕД. Результаты тестирования антимикробного действия препарата, как в Примере 1.

Пример 6. Способ получения антисептического средства из жира печени трески

Готовят смесь из 10 кг пищевого жира из печени трески и 140 л 1,0%-ного раствора NaCl в дистиллированной воде (соотношение жир-вода 1:14, об./об.) с предварительно растворенной в ней соли хрома (3+) – Cr(SO₄)₃ (2639,7 мг) таким образом, что концентрация ионов хрома в водной среде составляет 2,50 частей/миллион (ppm). Смесь интенсивно перемешивают в реакторе, выдерживают 11 суток при температуре 25°С и медленном перемешивании. После завершения процесса нижний водный слой сливают из реактора в стерильные герметичные стеклянные емкости. Полученный водный раствор прозрачный, светло-желтого цвета со специфическим невыраженным запахом, без прогорклости.

Содержание липидов в водном растворе (антисептическом средстве) – 0,031%.

Антимикробное действие: 1 мл препарата содержит 49,5 тыс. ЕД. Результаты тестирования антимикробного действия препарата, как в Примере 1.

Пример 7. Способ получения антисептического средства из жира печени минтая

Готовят смесь из 10 кг пищевого жира из печени минтая и 100 л 1,5%-ного раствора NaCl в дистиллированной воде (соотношение жир-вода 1:10, об./об.) с предварительно растворенной в ней соли никеля (2+) – NiCl₂ (551,9 мг), таким образом, что концентрация ионов никеля в водной среде составляет 2,50 ч./млн (ppm). Смесь интенсивно перемешивают в реакторе, выдерживают 15 суток при температуре 23°С и медленном перемешивании. После завершения процесса нижний водный слой сливают из реактора в стерильные герметичные стеклянные емкости. Полученный водный раствор прозрачный, светло-желтого цвета со специфическим невыраженным запахом, без прогорклости.

Содержание липидов в водном растворе (антисептическом средстве) – 0,030%.

Антимикробное действие: 1 мл препарата содержит 45,9 тыс. ЕД. Результаты тестирования антимикробного действия препарата, как в Примере 1.

Как видно из вышеприведенных примеров, заявляемый способ позволяет получить целевой продукт хорошего качества с высоким выходом, при этом способ является технологически не сложным и экономически выгодным.

Таким образом, разработан эффективный способ получения антисептического средства из рыбных жиров, отличающийся уменьшением времени (до 1,6 раза) и снижением расходов на его получение, обеспечивающий высокий выход (в 1,5-10 раз) и антимикробную активность средства (в 1,1-2,0 раза), которое может быть использовано в медицинской практике для лечения местных воспалительных заболеваний кожи и слизистых оболочек, вызванных бактериями, микроскопическими грибами и простейшими.