Cпособ получения углеродного энтеросорбента “Инго-2

(51) 61 36/899 (2011.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ медицинского назначения,используемых перорально при острых отравлениях и других эндои экзогенных интоксикациях. Достигаемый технический результат упрощение способа, расширение ассортимента энтеросорбентов из растительного сырья,утилизация рисовой шелухи. Углеродный энтеросорбент ИНГО-2 получают путем карбонизации рисовой шелухи с изотермической выдержкой при 65010 в течение 20-30 минут, а перед отмывкой проводят деминерализацию 6 М раствором соляной кислоты при 100 в течение 4-10 ч с последующей нейтрализацией щелочью и сушкой. Вышеописанный энтеросорбент ИНГО-2 получен из отходов растительного сырья - рисовой шелухи по упрощенной технологии и обладает повышенной сорбционной способностью.(72) Мансуров Зулхаир Аймухаметович Савицкая Ирина Станиславовна Кистаубаева Аида Сериковна Бийсенбаев Махмут Ахметжанович Тулейбаева Шалпан Алиевна Николаева Антонина Федоровна(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Казахский национальный университет им. аль-Фараби Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) ПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО ЭНТЕРОСОРБЕНТА ИНГО-2 Изобретение относится к фармацевтической промышленности, а именно к энтеросорбентам медицинского назначения,используемым перорально при острых отравлениях и других эндои экзогенных интоксикациях. В настоящее время одной из актуальных проблем в области энтеросорбции является поиск удобных в применении материалов, обладающих высокими сорбционными свойствами в отношении широкого спектра токсических веществ и микроорганизмов. Использование энтеросорбентов в качестве сорбционной терапии может обеспечить решение комплексной задачи - детоксикации желудочнокишечного тракта и нормализации состояния кишечника. Известен углеродный адсорбент из косточек плодовых деревьев (Патент РФ 2105714,опубликован 12.03.1996, МПК С 01 В 31/08). Однако недостатком известного углеродного адсорбента является низкая адсорбционная емкость(например,энтеротоксин Грамотрицательных бактерий). Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения углеродного энтеросорбента из косточек плодовых деревьев (Патент РФ 2166990,опубликован 08.02.2000, МПК 0120/20). Способ получения данного углеродного энтеросорбента включает карбонизацию косточкового сырья с изотермической выдержкой при температуре 75010 в течение 20-30 мин, активацию,магнитную сепарацию, обработку адсорбента острым паром при температуре 200-250 и соотношении угля и пара, равном 17-10.3, отмывку и сушку. Недостатком способа является необходимость применения специфического сырья - плодовых косточек, для обработки которых требуется специальное оборудование, сложная технология производства сорбента и невысокая сорбционная активность в отношении микробных клеток и энтеротоксинов. Технический результат - упрощение способа,расширение ассортимента энтеросорбентов из растительного сырья, утилизация рисовой шелухи. Технический результат достигается предлагаемым способом получения углеродного энтеросорбента,включающим карбонизацию растительного сырья с изотермической выдержкой в течение 20-30 минут, отмывку, сушку, но в отличие от известного в качестве растительного сырья используют рисовую шелуху, изотермическую выдержку осуществляют при температуре 65010,а перед отмывкой проводят деминерализацию 6 М раствором соляной кислоты при 100 в течение 4-10 часов с последующей нейтрализацией щелочью. Предусмотренные способом дополнительные приемы приводят к значительному повышению качества целевого энтеросорбента, в частности существенно повышается его адсорбционная 2 способность, в том числе к микробным клеткам и энтеротоксину. ИНГО-2 может применяться в качестве энтеросорбента, использование которого приводит к снижению избыточного бактериального роста Грамотрицательных бактерий в толстой кишке. При этом предлагаемый энтеросорбент не оказывает отрицательного влияния на микрофлору кишечника. Благодаря наличию развитой пористой структуры энтеросорбент на основе карбонизованной рисовой шелухи ИНГО-2 имеет высокую удельную поверхность и способен адсорбировать различные органические и неорганические вещества, в том числе микробный липополисахарид, что обеспечивает возникновение качественно новых сорбционных свойств, а именно позволяет препарату сорбировать высокомолекулярные и среднемолекулярные соединения, к которым, в частности, относятся энтеротоксины микробного происхождения. Полученный энтеросорбент ИНГО-2 обладает высокой сорбционной способностью, что связано не только с развитой внутренней поверхностью, но и с наличием в его макромолекулах различных функциональных групп. Это позволяет связывать и выводить энтеральным путем бактериальные клетки и продукты их жизнедеятельности, экзогенные и эндогенные токсины, проникающие в желудочнокишечный тракт. Энтеросорбент ИНГО-2 восстанавливает биоценоз кишечника, снижает концентрацию токсинов в крови, плазме и асцитической жидкости, другие биохимические показатели, нарушенные при экзо- и эндотоксемии. Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. Для получения углеродного энтеросорбента с соотношением суммы объемов мезо- и макропор к объему микропор 1,21,4, с содержанием минеральных примесей 1-2, сводной вытяжки 5,0-5,5 с механической прочностью 89-97 рисовую шелуху подают в реактор-карбонизатор, где материал подвергают нагреву от 10 до 65010, двигаясь по реторте,затем она поступает в реактор изотермической выдержки, нагретый до 65010 по всей длине. Изменяя угол наклона реактора или скорость вращения, добиваются того, чтобы карбонизованная рисовая шелуха находилась при 65010 в течение 20-30 минут и после чего, помещают в реактор с мешалкой, обрабатывают двухкратным объемом 6 М раствора соляной кислоты и кипятят с перемешиванием в течение 6 часов. Обработку повторяют новой порцией раствора. Далее продукт нейтрализуют 3-ным раствором едкого натра при нагревании и перемешивании раствора до 5,05,5, продукт отделяют от раствора и высушивают до воздушно-сухого состояния, в результате получают энтеросорбент с сорбционной емкостью 1,82,8 моль/г. Заявляемая температура карбонизации выявлена экспериментальными данными. Электрономикроскпический анализ сорбента,получаемого заявляемым способом, подтверждает,что при температуре карбонизации ниже 600 углерод требуемой структуры для достижения технического результата не образуется, при температуре карбонизации выше 700 поры сорбента забиваются сажей, что также снижает сорбционную емкость и степень сорбции. Таким образом,заявляемая температура карбонизации 650 является необходимой и достаточной для достижения технического результата. Активные угли содержат минеральные примеси,идентифицированные как зола по ГОСТ 12596, в количестве от 2,9 до 20. В состав минеральных компонентов входят по массе диоксид кремния 40-60, оксид алюминия -2-20, оксид железа - 320, оксиды кальция, калия, магния, натрия - 0,55, оксиды меди, никеля, марганца, хрома, кобальта- 0,01-0,2. Присутствие золы не отвечают требованиям таких областей потребления, как пищевая промышленность и здравоохранение. Для подготовки производства углеродных сорбентов из растительного сырья с пониженным до 0,2-0,5 содержанием минеральных компонентов осуществляют процесс деминерализации по общепринятым методам. Соляная кислота достаточно полно удаляет минеральные компоненты. Далее осуществляют нейтрализацию сорбента до основного характера едким натром и промыванием дистиллированной водой. По существующим данным было определено, что только показатель,равный 5,5-8,0,обеспечивает высокие адсорбционные свойства. Таким образом,новизна заявленного изобретения по сравнению с существующим уровнем техники состоит в ином приеме карбонизации и использовании нового вида растительного сырья. Сочетание свойств сырья обеспечивает необходимые сорбционные характеристики, которые наряду с задаваемыми условиями карбонизации и последующей обработки создают развитую пористую структуру гранул сорбента, развиваемую далее в ходе термической переработки материала. Испытание готового продукта на сорбционную активность проводят по гостированной методике адсорбционная активность по метиленовому голубому - ГОСТ 4453 - 74. Удельную поверхность измеряют методом тепловой десорбции аргона. Сорбцию ЛПС проводят следующим образом в 40 мл раствора ЛПС с концентрацией 1 нг/мл вносят 1 г стерильного карбонизованного материала и полученные образцы встряхивают на шейкере со скоростью 110 об/мин при комнатной температуре(200,7). Затем отбирают пробы раствора для определения концентрации ЛПС. Концентрацию ЛПС в среде определяют фотометрически на микропланшетах при помощи детекционного набора-1000(, Швейцария) и фотометрического сканера ( -., США). Оптическую плотность реакционной смеси измеряют при длине волны 405 нм на микропланшетах,используя фотометрический сканер (- ., США). Для вычисления концентрации ЛПС строят калибровочную кривую в диапазоне 0,1-1/(10-100 пкг/мл). Количество адсорбированных клеток микроорганизмов определяют по разности концентрации клеток исследуемых штаммов в исходной среде и надосадке по результатам высева на агаризованные среды после инкубации с сорбентом. Изучение влияния сорбентов на микрофлору кишечника животных в экспериментахпроводили на 3-х группах белых беспородных крыс по 10 особей в каждой. В первую группу контроль входили интактные животные вторая группа получала энтеросорбент из рисовой шелухи(ИНГО-2) третья группа получала сорбент прототип из зауглероженных персиковых косточек(ЗПК). Изобретение иллюстрируется примерами конкретного выполнения способа и примерами испытания полученного энтеросорбента. Пример 1. 50 г (500 см 3) рисовой шелухи насыпают в форму и помещают в реактор. Карбонизацию осуществляют без доступа воздуха в статическом режиме при повышении температуры 10 в минуту до 650 изотермической выдержкой 30 минут. После этого карбонизат дробят в виде порошка с размером частиц не более 0,2 мм, или в виде гранул размером 0,2-1,0 мм. (мас.). Из полученного углеродного сорбента выделяют фракцию 0,2-0,6 мм и помещают в реактор с мешалкой, обрабатывают двухкратным объемом 6 М раствора соляной кислоты и кипятят с перемешиванием в течение 6 часов. Обработку повторяют новой порцией раствора. Далее продукт нейтрализуют 3-ным раствором едкого натра при нагревании и перемешивании раствора до 5,05,5, продукт отделяют от раствора и высушивают до воздушно-сухого состояния, в результате получают энтеросорбент с сорбционной емкостью 1,8-2,8 моль/г. Пример 2. В таблице 1, приведены результаты определения удельной поверхности, пористости и адсорбционной активности карбонизованных сорбентов ИНГО-2 иЗПК. Сорбент ИНГО-2 обладает большей удельной поверхностью - 910 м 2 /г, нежели сорбент ЗПК 238 м 2/г. Сравнение пористости сорбента ИНГО-2 и ЗПК показывает, что в образце ЗПК пористость составляет 0,21 см 3/г, а в образцах ИНГО-2 2,10 см 3/г. Поглощение метиленового голубого карбонизованными сорбентами составляет ИНГО-2- 270 мг/г и ЗПК - 234 мг/г, соответственно. Таблица 1 Удельная поверхность, пористость и адсорбционной активности сорбентов ИНГО-2 и ЗПК Характеристика Тип сорбента ИНГО-2 ЗПК Пористость, см 3 /г 2,10 см 3 /г 0,21 см 3 /г 3 Удельная поверхность, м 2 /г Адсорбционная активность метиленовому голубому, мг/г Таким образом, пористость сорбента ИНГО-2 увеличивается в 10 раз по сравнению с сорбентом ЗПК, а удельная поверхность сорбента ИНГО-2 увеличивается более, чем в 3,8 раза по сравнению с сорбентом ЗПК, поглощение метиленового голубого карбонизованными сорбентами составляет в ИНГО 21,15 раз больше чем в сорбенте ЗПК. Пример 3. Эксперименты по адсорбции ЛПС на сорбенте ИНГО-2 показали очень высокую эффективность энтеросорбента для связывания ЛПС(фиг. 1). Кинетика адсорбции ЛПС свидетельствует о том,что наибольшее количество ЛПС в буферном растворе адсорбировалось на ЗПК в течение первых 40 минут, а на ИНГО-2 уже в течение первых 20 минут. Полученные кинетические и адсорбционные данные демонстрируют преимущество сорбента ИНГО-2 для избирательной сорбции энтеротоксина,так как ЛПС на этом материале полностью сорбируется в течение первых 20 мин адсорбционного процесса. Таким образом, использование заявляемого способа позволяет получать продукт для энтеросорбции с новыми потребительскими свойствами, у которого сорбционная способность в отношении энтеротоксина ЛПС повышена по сравнению с ЗПК. Пример 4. Сорбционная активность в отношении микробных клеток энтеросорбента ИНГО-2 и ЗПК приведена в таблице 2. Изучение эффективности сорбции микроорганизмов показало,что,во-первых,энтеросорбент ИНГО-2 обладает более высокими сорбционными характеристиками в отношении микробных клеток, нежели ЗПК. Во-вторых, что особенно важно,емкость сорбции клеток Грамотрицательных бактерий на порядок выше, чем Грамположительных. Полученная информация о сорбционных свойствах ЗПК по отношению к Грамотрицательным бактериям позволяет считать ее использование перспективным и очень важным,особенно в условиях роста уровней резистентности микробов к антибактериальным средствам. Таблица 2 Эффективность сорбции клеток Грамотрицательных и Грамположительных бактерий на ИНГО-2 и ЗПК Штаммы тест-организмов Исходная Емкость сорбции клеток (в 108 на 1 г сорбента) концентрация клеток ИНГО-2 ЗПК х 109 Грамположительные бактерии В результате исследования влияния энтеросорбента ИНГО-2 на животных было установлено, что энтеросорбент ИНГО-2 не обладает острой и хронической токсичностью. Однако для успешного применения энтеросорбентов необходимо было определить отсутствие негативного влияния на нормофлору. В связи с этим в работе проводилось исследование влияния ИНГО-2 на показатели микробного состава толстой кишки экспериментальных животных. Таблица 3 Динамика изменения микрофлоры кишечника экспериментальных животных, получавших сорбенты 25 мг/кг В связи с этим открывается возможность применения этого сорбента для коррекции микрофлоры при дисбактериозах, связанных с повышением популяционного уровня Грамотрицательных энтеробактерий. Пример 5. В таблице 3 приведены результаты экспериментов по определению влияния сорбентов на микрофлору кишечника животных в экспериментах. Сорбенты вводили перорально в дозе 25 мг/кг в течение 7 дней. Продолжение таблицы 3 ИНГО-2 5,1 х 1010 0,0 1,3 х 106 0,4 1,3 х 102 0,5 2,0102 0,1 1,9 х 102 0,2 10 6 2 2 ЗПК 6,310 0,2 1,3 х 10 0,1 1,6 х 10 0,6 2,3 х 10 0,1 1,2 х 102 0,1 10 6 2 2 7 ИЖ 6,9 х 10 0,8 6,010 0,2 2,610 0,8 2,410 0,9 1,4 х 102 0,4 10 6 2 2 ИНГО-2 6,5 х 10 0,5 5,710 0,8 1,4 х 10 0,9 1,2 х 10 0,3 1,3 х 102 0,5 10 6 2 2 ЗПК 7,0 х 10 0,5 5,510 0,4 1,7 х 10 0,1 1,4 х 10 0,2 1,4 х 102 0,1 Примечание ИЖ - интактные животные ИНГО-2 - животные, получавшие зауглероженную рисовую шелуху ЗПК - животные, получавшие зауглероженные персиковые косточки. Пример 6. В таблице 4, приведены результаты экспериментов по определению влияния сорбентов на микрофлору кишечника животных в экспериментах. Сорбенты вводили перорально в дозе 100 мг/кг в течение 7 дней. В результате исследования влияния энтеросорбента ИНГО-2 на животных было установлено, что энтеросорбент ИНГО-2 не обладает острой и хронической токсичностью. Однако для успешного применения энтеросорбентов необходимо было определить отсутствие негативного влияния на нормофлору. В связи с этим в работе проводилось исследование влияния ИНГО-2 на показатели микробного состава толстой кишки экспериментальных животных. Лабораторные животные были разделены на 6 группы (по 10 животных в каждой) 1 - интактные животные 2- животные, получавшие энтеросорбент ИНГО-2 в дозе 100 мг/кг в течение 7 суток 3 - животные, получавшие ЗПК в дозе 100 мг/кг в течение 7 суток. Таблица 4 Динамика изменения микрофлоры кишечника экспериментальных животных, получавших сорбенты 100 мг/кг Группы животных Лабораторные животные были разделены на 6 групп (по 10 животных в каждой) 1 - интактные животные 2 - животные, получавшие энтеросорбент ИНГО 2 в дозе 25 мг/кг в течение 7 суток 3 - животные, получавшие ЗПК в дозе 25 мг/кг в течение 7 суток. Исследования выполнялись на белых беспородных крысах, которым перорально вводили сорбенты в дозах 25 мг/кг в течение 7 дней. Перед введением сорбента производился посев фекалий интактных животных на дифференциально-диагностические среды для определения содержания основных групп индигенных бактерий. Определяли количество лактобацилл, бифидобактерий, условно-патогенных энтеробактерий,стафилококков,дрожжевых грибков рода . Эти данные, а также результаты, полученные после определения состава кишечной микрофлоры у крыс, получавших ИНГО 2 и ЗПК в указанных дозах на 3, 7 сутки после начала экспериментов, представлены в таблице 3. ЗПК 6,3 х 10100,3 7,1 х 1060,8 2,21020,2 1,9 х 1020,2 1,11020,4 Примечание ИЖ - интактные животные ИНГО-2 - животные, получавшие зауглероженную рисовую шелуху ЗПК - животные, получавшие зауглероженные персиковые косточки. Исследования выполнялись на белых беспородных крысах, которым перорально вводили сорбенты в дозах 100 мг/кг в течение 7 дней. Перед введением сорбента производился посев фекалий интактных животных на дифференциальнодиагностические среды для определения содержания основных групп индигенных бактерий. Определяли количество лактобацилл,бифидобактерий,условно-патогенных энтеробактерий,стафилококков,дрожжевых грибков рода . Эти данные, а также результаты, полученные после определения состава кишечной микрофлоры у крыс, получавших ИНГО 2 и ЗПК в указанных дозах на 3, 7 сутки после начала экспериментов, представлены в таблице 4. Установлено, что на 7-е сутки после введения ИНГО-2 в использованных дозах заметного влияния этого сорбента на качественный и количественный состав микрофлоры толстого кишечника экспериментальных животных не отмечается(р 0,05). И, хотя впервые 3 дня происходило снижение титра всех анализируемых групп 5 микроорганизмов в 2-8 раз, но в дальнейшем исследуемые параметры возвращались к исходному параметру, т.е. не обнаружено статистических различий в микробном паспорте фекалий у интактных и опытных животных. Таким образом, заявляемый энтеросорбент ИНГО-2 обеспечивает более эффективное лечебно-профилактическое на организм человека или животного действие при острых отравлениях и других эндо- и экзогенных интоксикациях за счет более высокой колонизационной активности в кишечнике, а также имеет более длительные сроки хранения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ получения углеродного энтеросорбента,включающий карбонизацию растительного сырья с изотермической выдержкой в течение 20-30 минут,отмывку, сушку, отличающийся тем, что в качестве растительного сырья используют рисовую шелуху, изотермическую выдержку осуществляют при температуре 65010, а перед отмывкой проводят деминерализацию 6 М раствором соляной кислоты при 100 в течение 4-10 часов с последующей нейтрализацией щелочью.