ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МЕТОДОМ УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИИ ЭКСТРАКТА Glycyrrhiza glabra

АННОТАЦИЯ

Извлечение водного экстракта корней Glycyrrhiza glabra при ультрафильтрации высокомолекулярных веществ на установке при скорости потока экстракта 550 л/с, температуре 50ºС и скорости проницаемости мембраны 35 л/с позволило сохранить 89,5% (по сравнению с содержанием глицирризиновой кислоты в сухом сырье) или 94,2% (по сравнению с содержанием глицирризиновой кислоты в экстракте, полученном из растения) глицирризиновой кислоты. Влияние факторов на процесс ультрафильтрации было определено с помощью математического метода планирования "Латинский квадрат". Экстракт, очищенный с помощью ультрафильтрационной установки (с содержанием сухих остатков не более 15%), в процессе сушки при температуре входящего горячего воздуха 150°С и выходящей 70°С позволил получить сухой экстракт с содержанием глицирризиновой кислоты не менее 20%.

ABSTRACT

The extraction of the water extract from the roots of Glycyrrhiza glabra during the ultrafiltration of high molecular weight substances on the installation, with an extract flow rate of 550 l/s, a temperature of 50ºC, and a membrane permeability rate of 35 l/s, allowed for the retention of 89.5% (compared to the content of glycyrrhizin acid in the dry raw material) or 94.2% (compared to the content of glycyrrhizin acid in the extract obtained from the plant) of glycyrrhizin acid. The influence of factors on the ultrafiltration process was determined using the mathematical planning method known as the "Latin Square." The extract, purified using the ultrafiltration installation (with a dry residue content of no more than 15%), during the drying process at an incoming hot air temperature of 150°C and an outgoing temperature of 70°C, yielded a dry extract containing at least 20% glycyrrhizin acid.

Ключевые слова: глицирризиновая кислота, экстракт, ультрафильтрация, распылительная сушка.

Keywords: glycyrrhizin acid, extract, ultrafiltration, spray drying.

Введение. Выделение биологически активных веществ из лекарственных растений, получение субстанций для лекарственных средств, этапный контроль технологических процессов, определение биологической активности и разработка технологий, а также оценка экономической эффективности продукции являются важными и актуальными задачами [1-4].

Одним из самых распространенных лекарственных растений в нашей стране является солодка (Glycyrrhiza), относящаяся к семейству бобовых (Fabaceae). Ее лечебные свойства известны с древних времен и продолжают использоваться до настоящего времени. В Узбекистане произрастают всего четыре вида солодки: G. glabra, G. bucharica, G. aspera и G. Laxissima [5-7].

В корнях G. glabra, помимо сапонинов (до 25%), содержится много биологически активных веществ, таких как фенольные соединения (в основном флавоноиды) – от 4 до 6%, липиды (жирные кислоты и фосфолипиды) – 4,7%, углеводы (моно- и полисахариды) – до 20%, аминокислоты и белки – до 10%, аскорбиновая кислота – 3% [8].

В литературе имеется достаточное количество информации о лечебных свойствах солодки. В частности, эксперименты показали, что экстракты корней солодки способствуют быстрому заживлению ожогов кожи и гнойных ран [9]. При лечении аллергических дерматозов получены положительные результаты от применения лекарственных средств и биологически активных добавок, приготовленных на основе корней солодки [10-12].

Цель исследования — изучить экстракцию корней Glycyrrhiza glabra с использованием очищенной воды при 60 °C и математически смоделировать получение глицирризиновой кислоты и её солей с помощью ультрафильтрации, оптимизируя параметры процесса методом "Латинский квадрат".

Материалы и методы: В качестве объекта исследования использованы корни солодки, произрастающей в Республике Каракалпакстан, на территории Республики Узбекистан. На данный момент для экстракции глицирризиновой кислоты из корней солодки в основном применяются растворы воды, этилового спирта и другие растворители в качестве экстрагентов. Мы исследовали и проанализировали влияние экстрагентов на выход глицирризиновой кислоты и флавоноидов при переработке корней солодки различными методами. Ультрафильтрация экстракта проводилась с использованием установок Carbosep (Франция) и ALPMA–404-90 (Германия) с мембранами диаметром пор 10 кДа при рН 6,0–6,5. Очищенный экстракт был высушен на установке «ZPG 150» (Китай).

Для этого 1,0 кг корней солодки размалывались до фракции 4-6 мм и помещались в экстракторы, где экстракция проводилась пять раз с использованием различных экстрагентов в одинаковых условиях. Полученные экстракты затем фильтровались и сушились, также анализировались остатки — вторичные продукты (шроты) табл.1.

Таблица 1.

Влияние типа растворителя на выход глицирризиновой кислоты и флавоноида глабридина

Данные в таблице 1 показывают, что при экстракции глицирризиновой кислоты с использованием 0,5% раствора аммиака и 20-30% этилового спирта наблюдается значительная потеря флавоноида глабридина. При экстракции с 10% спиртом потеря глабридина была меньше, но содержание глицирризиновой кислоты также оставалось низким. Минимальная потеря глабридина и максимальное содержание глицирризиновой кислоты были достигнуты при экстракции очищенной водой при 60°C. Известно, что в процессе экстракции с использованием очищенной воды при температуре 60°C, наряду с глицирризиновой кислотой и ее солями, выделяются высокомолекулярные соединения, в основном углеводы, растворимые в воде белки и определенное количество липидов. Это, в свою очередь, приводит к снижению концентрации продукта и ухудшению его качества, что сокращает срок хранения. На основе полученных результатов сделано заключение о целесообразности экстракции глицирризиновой кислоты с использованием очищенной воды при 60°C, а затем экстракции флавоноидов из вторичных продуктов.

Для устранения этих недостатков рекомендуется предварительная механическая очистка водных экстрактов с помощью керамических мембранных ультрафильтрационных установок, таких как Carbosep (Франция) и ALPMA–404-90 (Германия). Эксперименты показали, что фильтрация через керамические мембраны с размером пор 10 кДа является наиболее эффективной.

Оптимальные условия отделения высокомолекулярных веществ определялись с помощью метода "Латинского квадрата", при этом были выбраны три основных фактора: скорость движения экстракта через мембраны (А), температура экстракции (В) и скорость прохождения веществ через поры мембраны (С). Основные значения для проверки факторов следующие:

A — скорость потока экстракта:

A1 = 500 л/с, A2 = 550 л/с, A3 = 600 л/с

B — температура в процессе ультрафильтрации:

B1 = 40°C, B2 = 50°C, B3 = 60°C

C — скорость прохождения экстракта через поры мембраны:

C1 = 25 л/с, C2 = 30 л/с, C3 = 35 л/с

Для экспериментов водный экстракт был пропущен через ультрафильтрационное устройство для очистки от высокомолекулярных соединений. Фильтрат был собран, и содержание глицирризиновой кислоты проверено аналитическими методами. Полученные результаты использовались для математического моделирования по методу "Латинского квадрата", для чего был составлен соответствующий план таблица-2.

Таблица 2.

План, выбранный для экспериментов

Эксперименты повторялись дважды, и были получены средние значения.

Результаты и обсуждение

Результаты, полученные в ходе опытов по применению различных параметров очистки экстрактов, позволили установить оптимальные условия для максимального выхода глицирризиновой кислоты, что способствует повышению эффективности фильтрации и улучшению качества конечного продукта. Полученные результаты представлены в следующей таблице-3.

Таблица 3.

Результаты проведенных экспериментов

В целях определения значимости факторов был проведен дисперсионный анализ результатов экспериментов. Для этого были установлены их исходные значения к таблица-4:

Таблица 4.

Значения рассчитанных показателей

Полученные значения F были сопоставлены с таблицей значений Фишера. Если значение F равно или больше табличного значения Фишера, то влияние данного фактора считается значимым. Таким образом, если Fтаб ≥ 4,3 по сравнению с нашими экспериментальными показателями, то мы обращаемся к таблице 5:

Таблица 5.

Значимость полученных коэффициентов

Согласно таблице 5, все факторы в наших экспериментах оказались значимыми и влияют на выход продукта. Наибольшее значение выхода было получено при сочетании факторов A₂B₂C₃: при скорости 550 л/с, температуре 50 ºC и скорости прохождения экстракта через мембрану 35 л/с удалось сохранить 89,5% глицирризиновой кислоты относительно ее содержания в сухом сырье и 94,2% относительно экстракта из растения.

Экстракция из корней G. glabra (с содержанием глицирризиновой кислоты 2,4%) проводилась при гидромодуле 1:10 с использованием очищенной воды при 60 ºC. Экстракт фильтровался через нутч-фильтр и затем очищался с помощью ультрафильтрационного устройства с керамическими мембранами размером пор 10 кДа. В колонку объемом 120 л было помещено 100 л экстракта. С помощью насоса (Н1) экстракт подавался в колонки с мембранами со скоростью 550 л/с, а с помощью второго насоса (Н2) обеспечивалась скорость прохождения через мембраны 35 л/с. Температура экстракта поддерживалась на уровне 50 ºC. По мере уменьшения объема экстракт добавлялся вновь. Фильтрованный экстракт (К2) содержал 89,5% глицирризиновой кислоты относительно содержания в сухом сырье.

Схема 1. Прохождения экстракта через ультрафильтрационное устройство

К1 — колонка для экстракта, К2 — колонка для сбора аликоват части экстракта, К3 — колонка для сбора остаточной части экстракта, Н1 — первый насос, Н2 — второй насос, М1 — керамические мембраны.

Очищенный экстракт был высушен с помощью установки «ZPG 150» (Китай), работающей в режиме GMP, которая позволяет сушить 200 л раствора в час. Исследования по сушке наших экстрактов проводились на этой установке.

В установке «ZPG 150» раствор подавался через вращающийся барабан с регулируемыми скоростями, что позволяло учитывать различные факторы, влияющие на процесс. Очищенный экстракт из корней солодки подавался на установку для распылительной сушки со скоростью 90 л/ч. При этом скорость вращения барабана составляла 9000 об/мин, а скорость подачи горячего воздуха — 1500 кг/ч. Эти условия обеспечили достижение оптимальных результатов по выходу активных компонентов, что подтверждает эффективность выбранной методики для получения качественного продукта.

Заключение: В процессе сушки очищенного экстракта (с содержанием сухих остатков не более 15%) при входной температуре горячего воздуха 150°С и выходной температуре 70°С был получен сухой экстракт, содержащий не менее 20% глицирризиновой кислоты, что соответствует требованиям нормативно-технической документации.

Продукт, полученный с использованием ультрафильтрации, имеет в два раза большее содержание глицирризиновой кислоты по сравнению с продуктом, полученным без применения этого метода, что было подтверждено методом высокоэффективной жидкостной хроматографии.

Список литературы:

1. Абжалелов Б.Б., Кужамбердиева С.Ж., Асемов А.Б., Мустафа А.Т. Получение глицирризиновой кислоты из солодкового корня // Международный журнал экспериментального образования. – 2016. – № 5-1. – С. 100-104.
2. М.В. Леонова, «Экстракционные методы изготовления лекарственных средств из растительного сырья» // Самара-2012, С.112
3. Р.А.Ботиров, Г.Э.Саидова, Д.К.Муталова, А.И.Саноев и.др.,  / Изучение факторов, влияющие на процесс экстракции суммы водорастворимых полисахаридов из бутонов растения Capparis spinosa // Universum: технические науки электрон. научн. журн. 2022. №12(105). 4 том. C. 63-68.
4. Ботиров Р.А., Муталова Д.К., Валиев Н.В., и.др., Постадийный контроль производства субстанции стахидрина из растений Capparis spinosa L // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2020. № 11(77). С. 42-45.
5. Куркин В.А., Егоров М.В. Стандартизация корней солодки голой и лекарственного препарата «Солодки экстракт жидкий» // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 6(6). – С. 1232-1236.
6. Viswanathan V., Pharande R., Gupta P., et al., Inhalable liposomes of Glycyrrhiza glabra extract for use in tuberculosis: formulation, in vitro characterization, in vivo lung deposition, and in vivo pharmacodynamics studies. Drug Dev. Ind. Pharm. -2019. – № 45. – С. 11-20.
7. Сенников А., Тоживаев К.Ш., и.др., / Flora of Uzbekistan vol.3. // Ташкент 2020. том 3. - С.717.
8. Саноев А.И., Мукаррамов Н.И., Халилов Р.М., Сагдуллаев Ш.Ш.  Сверхкритическая экстракция глабридина из шрота Glycyrrhiza glabra производств глицирризиновой кислоты или ее солей. // Фармацевтик журнал – 2019 № 4. – С. 72-77.
9. Brovchenko B.V. Improvement of quality control methods for crushed raw materials and licorice preparations. Dissertation for the degree of candidate of pharmaceuticals sciences. Moscow. Russia. 2020. 169 p.
10. Саноев А.И., Сагдуллаев Ш.Ш., Халилов / Р.М. Комплексная технология переработки корня Glycyrrhiza glabra // AGRO INFORM  – 2021 № 2. – С. 3-6.
11. Isaev Yu. T., Rustamov S. A., Askarov I. R. "Bulletin of the Perm State Pharmaceutical Academy". Perm. Russia. -2018 №22. C.34-35.
12. Саноев А.И., Халилов Р.М., Сагдуллаев Ш.Ш. «Потери глабридина при экстракции глицирризиновой кислоты и её солей из корней солодки» Респ. науц-т-кая конф. на тему «Возраст интеллектуальной молодежи XXI века», 24 апреля 2020 г. С.128-129.