О технологии производства субстанции ферментного лекарственного препарата кукумазим, полученного из латекса незрелых плодов дынного дерева (Carica papaya)

АННОТАЦИЯ

В данной работе приведены результаты научных исследований по выявлению оптимальных условий процесса экстракции протеолитических ферментов (субстанция кукумазим) из латекса незрелых плодов дынного дерева с использованием метода математического планирование эксперимента по Боксу-Уильсону. Выявлены оптимальные значения основных факторов влияющие на процесс экстракции.

ABSTRACT

This paper presents the results of scientific research to identify the optimal conditions for the extraction of proteolytic enzymes (substance of kukumazim), from the latex of crude melon fruit using the Box-Wilson mathematical planning method of experiment.The optimal values of the main factors influencing the extraction process have been revealed.

Ключевые слова: дынного дерева; фермент; ультразвуковая экстракция; экстрагент; математическое планирование; гидромодуль; факторы; лекарственный препарат; Кукумазим.

Keywords: Carica papaya; enzyme; ultrasonic extraction; extractant; mathematical planning; hydromodule; factors; medicinal product; Kukumazim.

Введение. Дынное дерево (Papaine или Carica papaya) настолько древняя, что на сегодняшний день не известен его дикий предок. В настоящее время мировое производство плодов дынного дерева постоянно растёт. В больших объёмах его производят в Бразилии, Мексике, Нигерии, Индии, Индонезии и в других регионах мира. Плоды дынного дерева не только известны своими питательными свойствами, также считается, что они обладают целебными свойствами. В плодах мало калорий и они богаты природными витаминами и минералами, такими как витамин А, витамин С, тиамин, железо и др. Почти все части растения (листья, семена, плоды, кора, кожура, корни, латекс получаемый из незрелых плодов) содержат важные биологически активные вещества, которые могут быть предложены для применения в медицине. Протеолитические ферменты, содержащиеся в латексе, которую получают из незрелых плодов дынного дерева, обладают естественными пищеварительными свойствами, полезными для пищеварительной системы человека [1].

В настоящее время в мировой фармацевтической промышленности выпускают более 100 лекарственных препаратов на основе протеолитических ферментов латекса незрелых плодов дынного дерево.

Ранее сообщали, что в Институте химии растительных веществ на основе протеолитических ферментов латекса, получаемый из незрелых плодов дынного дерева, нами создан новый отечественный ферментный лекарственный препарат «Кукумазим» [2,3] обладающий высоким некрологическим, фибринолитическим и противовоспалительным действиями. Применяют его в ортопедической, травматологической, хирургической, гинекологической, офтальмологической и стоматологической практике [4-6] и нами разработана его промышленная технология производства [3].

Поиск оптимальных условий введения процесса экстракции протеолитических ферментов из латекса незрелых плодов дынного дерева проводили используя метод математического планирования эксперимента по Боксу-Уилсону [7,8], по которому возможно математическое описание процесса в оптимальной области, что позволяет управлять экспериментом, выявить рациональные режимы, варьировать одновременно все факторы, которые влияют на процесс, сокращая число опытов до минимума, получить количественные оценки основных эффектов и эффектов их взаимодействия.

Цель исследования: Основная цель данной работы является увеличение выхода протеолитических ферментов (кукумазим) на стадии экстракции латекса и оценка вклада ряда основных факторов на процесс экстракции.

Экспериментально установили, что содержания суммы протеолитических ферментов в воздушно - сухом латексе составляет 27% от его массы.

На основе априорных информации и литературных данных выбрали основные факторы, в наибольшей степени влияющие на процесс экстракции.

Факторами, существенно влияющими на процесс являются: гидромодуль процесса, частота колебаний используемого ультразвука, позволяющего ускорению процесса экстракции, продолжительность процесса экстракции и значения рН буферного раствора (трис - HCl) используемое в качестве экстрагента. Буферный раствор трис - HCl рН с различными значениями  для экстракции латекса приготовили по методике приведенный в литературе [7].

Модельные опыты проводили с 0,5 кг воздушно-сухого латекса с заложенными значениями факторов. Для проведения оптимизации процесса экстракции  использовали ½ реплику от полного факторного эксперимента типа У=2⁴ со следующим генерирующим соотношением:

Х₄=Х₁Х₂Х₃

Уровни факторов и интервалы их варьирования приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Уровни факторов и интервалы их варьирования

Составленная матрица планирования эксперимента и полученные результаты после реализации данной матрицы приведены ниже:

Таблица 2.

Матрица планирования эксперимента

Результаты опытов представили в виде уравнения регрессии:

Y=b₀+b₁x₁+b₂x₂+b₃x₃+b₄x₄+b₅x₁x₂

где: b₀,  b₁,b₂, b₃, b₄, b₅ - коэффициенты регрессии определяются они по формуле:

где i – номер опыта (i=1,2,3,4…8)

j- номер фактора (j=1,2,3,4…8)

N- число опытов, поставленных в независимых условиях.

Подставляя рассчитанные значения коэффициентов в уравнение, получаем:

Y=72,65+3,2x₁+4,1x₂+1,4x₃+0,81x₄

Ниже в табл. 3 приведены результаты расчёта дисперсии воспроизводимости.

Из полученных данных вычесляли дисперсию воспроизводимостью

Таблица 3.

Расчёт дисперсии воспроизводимости

Определяли число степеней свободы

F=N-(K+1) =8-(4+1) =3

Проверку адекватности модели производим по критерию Фишера:

F_расч=

F_расч=0.02 ≤ F_табл(2:8:0.05)=4.5

В данном конкретном случае F_расч.< F_табл; следовательно, модель адекватно описывает линейное приближение к оптимуму.

Далее, производили проверку значимости коэффициентов регрессии.

Рассчитывали дисперсию коэффициента регрессии.

Определяли доверительный интервал

t – значение критерия Стьюдента при 5% ном уровне значимости

Установлено, что основные влияющие факторы на процесс экстракции протеолитических ферментов из латекса незрелых плодов дынного дерева являются гидромодуль экстракции, частота ультразвуковой колебаний, продолжительность процесса экстракции и рН экстрагента.

Абсолютная величина коэффициентов уравнения больше чем ; это показывает, что все коэффициенты уравнения значимы.

На втором этапе опытов осуществляли программу крутого восхождения – движения по градиенту для линейного приближения к оптимуму. Вычисления и результаты связанные с отысканием направления крутого восхождения приведены ниже (табл. 4).

Таблица 4.

Расчет крутого восхождения

Вывод: Таким образом, оптимальными условиями экстракции протеолитических ферментов из латекса незрелых плодов дынного дерева являются: значение рН экстрагента 7,1, частота колебания ультразвука при экстракции 25 кГц; продолжительность экстракции - 20 мин. и гидромодуль процесса 1:10. При этих условиях для почти полного истощения сырья требуется 2-3 контакта фаз при общем гидромодуле 1:10.

Выход продукта составил 97,9 % от содержания в воздушно-сухом латексе.

Список литературы:

1. Зузук М., Куцик Р.В., Куровец Л.М. Папайя — дынное дерево (Carica papaya L.) (Аналитический обзор) // 2001. Ивано-Франковская Государственная Медицинская Академия «Провизор» № 13-14. 
2. Межлумян Л.Г., Касымова Т.Д., Юлдашев П.Х., Рахимова Ш.Х., Сагдуллаев Ш.Ш., Абдуллаев Н.Д., Хушбактова З.А., Джахангиров Ф.Н. Способ выделения суммы протеолитических ферментов из латекса незрелых  плодов дынного дерева Carica papaya// Патент РУз   IAP 05420.
3. Рахимова Ш.Х., Сагдуллаев Ш.Ш. Разработка нового технологического подхода к извлечению цистеиновых протеиназ из латекса папайи // Химия и химическая технология.-  2016.- № 4. C.61-65.
4. Косс В.В., Толстых Р. А. Лечебный комплекс нехирургических методов лечения межпозвонковой грыжи 2-3 стадии (при частичном либо полном пролапсе) // хирургическая практика .- 2018 .- №2 .- C. 22-27.
5. Бейдик О.В., Антонова Т.Н., Степухович С.П., Саккалла Х., Немаляев С.А., Мандров Д.В. Опыт применения препарата Карипазим в лечении дегенеративно-дистрофических заболеваний опорно-двигательного аппарата // Гений Ортопедии.- 2007.- №2,  C.76-78.
6. Пенджиев А.М. Применение протеолитических энзимов папайи (Carica papaya L.) в медицинской практике // Химико-фармацевтический журнал. – М., 2002. – № 6. -P.32-34.
7. Кочетов Г.А. Практическое руководство по энзимологии// М.: Высш. школа,-1980.- 272 с.  
8. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грамовский В.В., Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. Москва изд. Наука  1971г-286 стр.
9. Ботиров Р.А., Саноев З.И. Математическое планирование процесса экстракции алкалоида донаксина из растения Аrundo donax L // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. 2018. № 7 (49).