Гуминовый препарат и способ его получения Российский патент 2020 года по МПК A23L33/10 A61K35/10 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области биотехнологии, а конкретно к получению биологически активных средств, обладающих иммуномодулирующими свойствами, на основе натурального сырья, и может найти применение в качестве пищевой добавки в лечебно-профилактических целях.

Термины и определения

Гуминовые вещества являются группой природных высокомолекулярных соединений, образующихся в почвах, торфах и углях в процессе разложения растительных и животных остатков. Содержат бензоидные кольца, алифатические цепи и большой набор функциональных групп.

Гуминовые кислоты — это гуминовые вещества, представляющие собой высокомолекулярные азотсодержащие органические кислоты циклического строения. Они хорошо растворяются в слабых растворах едких и углекислых щелочей, пирофосфата натрия, щавелевокислого натрия, фтористого натрия и аммиака с образованием растворимых солей, называемых гуматами. Гуминовые кислоты очень слабо растворяются в воде и не растворяются в минеральных кислотах. Спектрографические, химические, хроматографические и рентгенографические исследования показывают, что молекулы гуминовых кислот имеют сложное строение. Основными компонентами гуминовых кислот являются ароматические и гетероциклические группы — различные азотсодержащие гетероциклы, фенолы, ароматические альдегиды и ароматические карбоновые кислоты; аминокислотные и углеводные алифатические и алициклические группы; функциональные группы, в которые входят прежде всего карбоксильные и фенолгидроксильные группы, обусловливающие кислотные свойства, а также спиртовые гидроксилы, кетонные и альдегидные группы и метоксилы. Любой препарат гуминовых кислот легко расчленяется на ряд фракций, различных по молекулярной массе и элементному составу. Молекулярная масса молекул гуминовых кислот колеблется от 4000—6000 а.е.м. до 50 000—100 000 а.е.м. при использовании метода гельфильтрации.

Фульвокислоты (фульвовые кислоты) — это гуминовые вещества, представляющие собой высокомолекулярные азотсодержащие органические кислоты. Они растворимы в воде, кислотах, слабых растворах едких и углекислых щелочей, пирофосфата натрия и водном растворе аммиака с образованием растворимых солей — фульватов. Растворяются они также во многих органических растворителях. Кислотная природа фульвокислот обусловлена карбоксильными и фенолгидроксильными группами, водород которых способен к обменным реакциям. В молекулах фульвокислот найдены ароматические и алифатические группировки, аналогичные тем, что и в гуминовых кислотах, но ароматическая часть молекулы в фульвокислотах выражена менее ярко. Фульвокислоты легко расчленяются на ряд фракций, различных по составу и молекулярной массе. Молекулярная масса различных фракций фульвокислот колеблется от 200—300 а.е.м. до 30 000—50000 а.е.м., что также подтверждает высокую степень их гетерогенности.

Под ионным серебром обычно понимают водный раствор солей серебра. При растворении в воде эти соли диссоциируют с образованием ионов серебра.

Бурый уголь является продуктом более глубокого разложения органической массы растений, чем торф. Бурый уголь внешне характеризуется полным отсутствием неразложившихся остатков растений и аморфного состояния, присущего свежедобытому торфу. Он содержит меньше воды, имеет бурый (а иногда почти черный) цвет. Элементарный его состав изменяется по сравнению с торфом в сторону увеличения содержания углерода и уменьшения кислорода. Самый молодой из бурых углей называют лигнитом. В лигнитах нет не разложившихся морфологических элементов растений, но заметно наличие структуры древесины. Леонардит - это окисленный в природных условиях лигнит, образовавшийся в результате длительного выветривания. Название леонардит используется для обозначения продуктов окисления лигнита с высоким содержанием гуминовых кислот.

Ультразвуковая кавитационная диспергация — это тонкое размельчение твердых веществ в жидкой среде под действие ультразвуковых колебаний сопровождающееся переходом в дисперсное состояние с образованием суспензии. Диспергирующее действие ультразвука связано с кавитацией — образованием и захлопыванием полостей в жидкости. Захлопывание полостей сопровождается появлением кавитационных ударных волн, которые и разрушают материал. Экспериментально установлено, что дисперсность находится в прямой зависимости от частоты ультразвуковых колебаний. Ультразвуковое диспергирование позволяет получать высокодисперсные (средний размер частиц - мкм), однородные и химически чистые смеси. При ультразвуковом диспергировании суспензий дисперсность продукта увеличивается на несколько порядков по сравнению с традиционным механическим измельчением.

Хелаты, или хелатные соединения — координационные соединения, образуемые при взаимодействии атомов или ионов с полидентатными лигандами. Для образования хелата необходим лиганд, в котором число донорных центров, образующих связь с центральным атомом, не меньше двух. Число таких центров называют дентатностью лиганда. Лиганды, образующие хелатные циклы, называются хелатирующими (хелатообразующими) реагентами. Образование химических связей между полидентатным лигандом и центральным атомом называется хелатированием или хелатообразованием. Хелаты значительно устойчивее, чем близкие по природе комплексы, образованные монодентатными лигандами. Это явление называют хелатным эффектом. Во многом благодаря наличию хелатного цикла хелаты обладают уникальными физическими, химическими и биологическими свойствами. Наиболее обширный и важный класс хелатов — хелатные комплексы металлов (металлохелаты). Способность координировать лиганды присуща металлам всех степеней окисления (Хелаты // Химическая энциклопедия. Т. 5. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. С. 224–225; Стид Дж. В., Этвуд Дж.Л. Супрамолекулярная химия. Т. 1. — М.: Академкнига, 2007. С. 38–41.)

Сокращения и условные обозначения

БАД — биологически активная добавка

ДНК — дезоксирибонуклеиновая кислота

РНК — рибонуклеиновая кислота

ВОЗ — Всемирная организация здравоохранения

а.е.м. — атомная единица массы

ЖКТ — желудочно-кишечный тракт

ПДК — предельно допустимая концентрация

ОПИСАНИЕ УРОВНЯ ТЕХНИКИ

Витамины и минеральные вещества участвуют в регуляции большинства жизненных процессов и биохимических реакций в нашем организме. Важная роль в обеспечении организма рядом витаминов (К, B12, H) принадлежит микрофлоре пищеварительного тракта. Только немногие витамины, такие как А, D, E, В12, могут накапливаться в организме. Поэтому витаминная недостаточность влечет за собой болезни витаминодефицита. Дефицит витаминов и микроэлементов может вызвать тяжелые воспалительные и гормональные нарушения.

В зависимости от количественного содержания в организме минеральные вещества подразделяются на макроэлементы и микроэлементы. Серебро относится к микроэлементам. В организме животных и человека содержание серебра составляет 20 мкг на 100 г сухого вещества. Наиболее богаты серебром мозг, легкие, печень, эритроциты, пигментная оболочка глаза и гипофиз. По данным Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ), среднее потребление серебра современным человеком составляет примерно 5 — 8 мкг в день, в то время как рекомендуемая этой же организацией эссенциальная суточная норма потребления серебра составляет 50 — 100 мкг. Однако следует помнить, что серебро относится к тяжелым металлам (группа «Б»), и его насыщенные растворы могут нанести вред организму человека. Кроме того, ионы серебра обладают высокой реакционной способностью, и при высокой концентрации способны вызывать химические ожоги слизистых оболочек и кожных покровов. При приеме 2 г солей серебра могут возникнуть токсические явления, а доза в 10 г оценивается ВОЗ как смертельная. Рекомендуемый ГУ НИИ Питания РАМН и утвержденный Роспотребнадзором уровень потребления человеком серебра - 30 мкг в сутки, а верхний допустимый уровень потребления – 70 мкг в сутки (Методические рекомендации МР 2.3.1.1915-04 от 2004 года).

Серебро — это действующий микроэлемент, который способен не только уничтожать болезнетворные микроорганизмы, но и активно влиять на функционирование органов и систем (нервной, эндокринной, ретикуло-эндотелиальной и иммунной) человеческого организма. Ионы серебра принимают участие в регуляции энергетического обмена по типу обратной связи (Chappel and Greville, 1954). Предполагается, что серебро играет важную роль в обеспечении процессов, связанных с высшей нервной деятельностью и функциями периферической нервной системы человека. Явный дефицит серебра ведет к ослаблению организма, снижению работоспособности и повышению восприимчивости к различным инфекционно-воспалительным заболеваниям. Все это является одним из доводов использования препаратов серебра в составе БАД.

Статистика подтверждает массовый и постоянный дефицит в нашей пище жизненно важных белков, витаминов, микроэлементов. Запасов этих веществ в организме нет, откладываться впрок они не могут, поэтому должны содержаться в ежедневном рационе. Большинство же современных рафинированных продуктов питания обделено этими микронутриентами, поэтому необходимы новые виды пищевых продуктов общего и специального назначения с использованием БАД. Поиск новых нетрадиционных источников для БАД является актуальной задачей. Особенно актуальной задачей является поиск природных и доступных источников исходного материала.

В последнее время активно развивается разработка препаратов на основе гуминовых веществ. Основными причинами внимания к гуминовым веществам являются низкая токсичность и широкий спектр биологической активности (Бузлама и Черных, 2010). Препараты на основе гуминовых веществ не вызывают острую и хроническую токсичность, не обладают тератогенными, эмбриотоксическими и канцерогенными свойствами (Голубева и Прохоров, 1994).

Гуминовые вещества получают из натурального сырья различного происхождения: торф, уголь, сапропель, содержащая мумиеобразные вещества горная руда, животное сырье (отходы при переработке животного сырья, кровь животных), растения. Для приготовления БАД также используются химически синтезированные гуминовые вещества.

Препараты на основе гуминовых веществ

Известна пищевая композиция для лечения вирусных и бактериальных заболеваний на основе синтетических гуминовой кислоты и фульвокислоты (Патент № US6569416). Однако в исследованиях было показано, что физиологическое воздействие химически синтезированных и природных гуминовых кислот может значительно различаться (Glover and Wood, 2005). Именно поэтому при изготовлении БАД предпочтение отдается гуминовым веществам, добытым из натуральных источников.

Известен ряд пищевых добавок на основе коммерчески доступных гуминовых кислот и фульвокислот натурального происхождения (Патенты № US20180193403; US2018168198; US5626881). Однако использование коммерческих компонентов значительно увеличивает себестоимость описанных пищевых добавок.

Известен ряд биологически активных препаратов, полученных на основе экстракта люцерны, богатой гуминовыми веществами. Например, известен биологически активный препарат на основе люцерны - «Долюцар», полученный обработкой сена люцерны экстрагентом, содержащим смесь солей микроэлементов Ва, Sn, Co, Cr, V, Zn, Fe, Se, Mn, Cu. (RU №2145863, МПК А61K 31/00,1998], который выпускался по ТУ 9199-002-12705616-01, ранее выпускался по ТУ 494К-АО42-006-97 под маркой «Эраконд»). Описанный экстракт люцерны содержит в своем составе аминокислоты, углеводы, флавоноиды, физиологически важные микроэлементы и гуминовые вещества. Экстракт обладает мощным иммуномодулирующим действием, укрепляя специфические и неспецифические факторы иммунитета организма. Он восстанавливает способность организма к саморегуляции физиологических функций. Благодаря этому экстракт обладает широким спектром действия, в частности гепато- и гемопротекторным, противоязвенным, противовоспалительным, ранозаживляющим, желчегонным, стимулирует репаративные процессы и т.д. К недостаткам известного препарата и способа его получения следует отнести сложность получения качественного сырья в промышленных объемах, а также недостаточное содержание витаминов, которые разрушаются вследствие проведения экстракции при повышенных температуре и давлении.

Еще один биологический препарат на основе экстракта люцерны, содержащий гуминовые вещества, получен путем обработки сена люцерны экстрагентом, содержащим макро- и микроэлементы, характеризующийся тем, что он содержит Ca, K, Na, Mg, P, Fe, Zn, Sn, Co, Cr, V, Mn, Mo, Cu. Для сохранения термолабильных веществ, в том числе витаминов, при получении препарата соединяют «холодный экстракт» с «горячим экстрактом» (RU2006112034, 2007). К недостаткам данного препарата и способа его получения следует отнести сравнительно невысокую биологическую активность, трудоемкость извлечения гуминовых веществ, а также сложность получения качественного сырья в промышленных объемах. Известно биологически активное вещество "МОС ленкин" [RU №2111680, МПК А23L 1/30, 1996 г.], которое получают из предварительно измельченной горной руды одного геологического региона добычи, содержащей мумиеподобные вещества, характеризующееся следующими признаками: получают биологически активный водный экстракт из предварительно измельченной горной руды, содержащей мумиеподобные вещества, которую экстрагируют водой, экстракт декантируют, фильтруют, очищают от тяжелых элементов, концентрируют и/или сушат. Известное биологически активное вещество имеет биозащитное свойство, поддерживает состояние высокой физической и умственной работоспособности в экстремальных условиях среды обитания; повышает устойчивость при гипо- и гипертермии, гипобарии, улучшает систему кроветворения, обладает противовоспалительными, регенеративными свойствами; повышает иммуннозащитные свойства ослабленных различными болезнями людей; проявляет усиление защитных свойств организма от термического, бактериологического, химического, лучевого и др. поражений. Недостатком данного средства является высокая себестоимость из-за использования избранных мумиесодержащих горных пород, а также трудоемкость получения самого средства.

Методы выделения гуминовых вещест из бурого угля

Основной метод, которым выделяют гуминовые вещества, — щелочная экстракция растворами аммиака или гидроксидами калия или натрия. Такая обработка переводит гуминовые вещества в водорастворимые соли — гуматы и фульваты калия или натрия, обладающие высокой биологической активностью. Альтернативный способ предполагает механическое измельчение сырья с твердой щелочью, в результате чего получаются твердые, растворимые в воде гуматы и фульваты калия и натрия.

Известен способ производства гуминовой кислоты путем водно-щелочной экстракции предварительно измельченного до фракций менее 100 мкм бурого угля и перемешивание в смесителе в нормальных температурных условиях в течение 30-60 мин (Патент РФ №2051884, C05F 11/02, «Способ получения гуминосодержащего органоминерального удобрения», опубл. 10.01.96, Бюл.№1). К недостаткам этого способа следует отнести неполное извлечение гуминовых веществ из сырьевых материалов.

Известен способ получения солей гуминовых кислот, включающий дробление и измельчение исходных природных гуммитов (торфа или угля), обработку экстрагентом (раствором щелочи или органического основания) при механическом перемешивании, разделение твердой фазы (осадка) от жидкой фазы (гумата) (Патент РФ №2176631, «Способ получения гуминовых кислот»). Недостатком этого способа является невысокая эффективность, большая длительность процесса растворения гуммита и неполное извлечение гуминовой кислоты из исходного сырья, что снижает производительность.

Известен способ производства концентрата гуминовой кислоты из бурого угля, который включает измельчение бурого угля до получения микрочастиц, приготовление суспензии в слабом растворе щелочи и экстрагирование гуминовой кислоты при механическом перемешивании суспензии в реакторе-смесителе. Уголь подвергают двухступенчатому измельчению, при этом на второй ступени измельчения формируют микрочастицы с рваной поверхностью, а при перемешивании суспензии в реакторе-смесителе одновременно воздействуют на нее ультразвуком в течение 7-15 мин, далее производят разделение твердой фазы от жидкой путем осаждения нерастворимого угля-золы в отстойнике в течение 15-20 мин, а жидкую фазу подают в крекинг-реактор, вводят катализатор — соляную кислоту, осуществляют расщепление жидкой фазы на воду и гуминовую кислоту 90%-й, 70%-й и 40%-й концентраций после отстоя в течение не менее 24 часов (Патент РФ №2473527). Недостатком этого способа является неполное извлечение гуминовых веществ из исходного сырья, что снижает производительность.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технической задачей изобретения является создание препарата обладающего высокой биологической активностью, низкой себестоимостью и простотой получения препарата из доступного натурального сырья.

Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение возможности повышения усвоения клетками организма полезных веществ, выведения из клеток организма вредных веществ, улучшения работы желудочно-кишечного тракта, усиления неспецифической и специфической резистентности организма к патогенам различной природы, а также общеукрепляющее действие на организм.

Технический результат достигается тем, что гуминовый препарат содержит гуминовые вещества, представленные солями гуминовых кислот, фульвокислотами и их солями, при этом гуминовый комплекс получают из бурого угля методом ультразвуковой кавитационной диспергации.

Фульвокислоты и их соли повышают проницаемость клеточных мембран, что способствует усвоению клетками полезных веществ. Повышение проницаемости клеточных мембран также способствует проникновению в клетки солей гуминовых кислот и самих фульвокислот и их солей, которые связывают токсины различной природы, в том числе ионы тяжелых металлов, и выводят их из клеток.

Кроме того, соли гуминовых кислот, фульвокислоты и их соли, содержащиеся в препарате, улучшают работу ЖКТ за счет нормализации микрофлоры кишечника, энтеросорбирующего и антиульцерогенного действия, а также усиливают неспецифическую и специфическую резистентность организма к патогенам различной природы.

При этом масса фульвокислот и их солей составляет 10-30% гуминовых веществ, содержащихся в гуминовом препарате, а масса солей гуминовых кислот составляет 70-90% гуминовых веществ, содержащихся в гуминовом препарате. Указанное соотношение гуминовых веществ в гуминовом препарате определяется их соотношением в буром угле и способом извлечения гуминовых веществ из бурого угля. Описанный ниже способ позволяет извлекать гуминовые вещества из бурого угля максимально эффективно, что делает описанный способ экономически выгодным и снижает себестоимость заявленного гуминового препарата.

Включение в состав гуминового препарата ионного серебра обеспечивает микробиологическую безопасность гуминового препарата и продлевает срок хранения гуминового препарата.

Кроме того, ионное серебро усиливает протекторные свойства гуминового препарата за счет воздействия ионов серебра на патогенную микрофлору кишечника.

Включение в состав гуминового препарата ионного серебра усиливает общеукрепляющее действие гуминового препарата. Благодаря взаимодействию с солями гуминовых кислот, фульвокислотами и их солями, серебро всасывается в кровь и попадает в различные системы органов человека, где функционирует как необходимый микроэлемент. Таким образом, восполняется дефицит этого микроэлемента в организме.

Концентрация ионного серебра в гуминовом препарате составляет не более 5 мг/л. Такая концентрация является достаточной для проявления дезинфицирующего действия серебра, и в то же время не является токсичной для человека.

Ключевым отличием от аналогов представленного изобретения является получение гуминовых веществ, пригодных для создания употребляемого внутрь препарата, из бурого угля — натурального и недорогого сырья, доступного в промышленных масштабах.

Особенности способа

Извлечение гуминовых веществ из натурального сырья методом ультразвуковой кавитационной диспергации позволяет увеличить выход солей гуминовых кислот, фульвокислот и их солей и получить гуминовые вещества с большим содержанием и разнообразием функциональных групп.

Для достижения технического результата способ получения гуминового препарата включает следующие этапы:

- отбирают бурый уголь, соответствующий показателям отбирают бурый уголь с содержанием гуминовых веществ не менее 50 % массы органического вещества. Такой отбор также может проводиться с учетом содержания тяжелых металлов, их концентрация в исходном веществе не должна превышать предельно допустимые концентрации, установленные для почв (ГН 2.1.7.2041-06 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве»);

- бурый уголь механически дробят в молотковой дробилке до получения фракции 0-500 мм;

- полученное вещество дробят на дезинтеграторе до получения фракции 0-200 мкм;

- полученную фракцию выщелачивают в химическом реакторе с добавлением воды, очищенной с помощью обратного осмоса, и щелочи, которую в реактор добавляют в сухом виде, при этом выщелачивание проводят в течение 8-12 часов, с дополнительной циркуляцией воздуха, что увеличивает эффективность извлечения гуминовых веществ;

- осуществляют ультразвуковую диспергацию в кавитаторе в замкнутом цикле с химическим реактором с целью механоактивации раствора, при этом реакцию осуществляют до тех пор, пока температура раствора в реакторе не достигнет 60-65°С;

- полученный продукт отстаивают в емкостях от 12 до 18 часов с целью максимального перехода гуминовых веществ из частиц угля в раствор;

- осуществляют каскадную фильтрацию через фильтр грубой очистки, затем через фильтр с диаметром отверстий 50 мкм, затем через фильтр с диаметром отверстий 20 мкм, затем через фильтр с диаметром отверстий 10 мкм;

- полученную после каскадной фильтрации ультрадисперсную взвесь центрифугируют при ускорении 6500-8000 g;

- отбирают супернатант, представляющий собой концентрированный раствор гуминовых веществ;

- супернатант разбавляют дистиллированной водой так, что масса гуминовых веществ составляет 0,5-20% массы полученного разбавленного раствора. Такая концентрация обеспечивает заявленные терапевтические эффекты гуминового препарата и в то же время остается безопасной для применения;

- в разбавленный раствор гуминовых веществ добавляют ионное серебро.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Особенности изобретения раскрыты в следующем описании. В рамках данного изобретения могут быть разработаны альтернативные варианты его реализации. Кроме того, хорошо известные элементы изобретения не будут описаны подробно или будут опущены, чтобы не перегружать подробностями описание настоящего изобретения.

Гуминовый препарат содержит соли гуминовых кислот, фульвокислоты и их соли, извлеченные из бурого угля методом ультразвуковой кавитационной диспергации, а также ионное серебро в виде цитрата серебра. Сочетание этих компонентов и метод получения гуминовых веществ, содержащихся в препарате, обеспечивают заявленный технический результат.

Повышение усвоения клетками организма полезных веществ, выведение из клеток организма вредных веществ

Фульвокислоты и их соли составляют 10-30% гуминовых веществ, содержащихся в гуминовом препарате. За счет своих небольших размеров фульвокислоты и их соли легко проникают в клетки, а их функциональные группы обеспечивают способность связывать субстраты различной природы, в том числе минералы, витамины, аминокислоты (Winkler and Ghosh, 2018; Priya et al., 2014; Grant et al., 2004). Таким образом, фульвокислоты и их соли выполняют транспортные функции, доставляя в клетку полезные вещества. Кроме того, фульвокислоты повышают проницаемость клеточных мембран, что способствует проникновению в клетки солей гуминовых кислот, имеющих большую молекулярную массу.

Соли гуминовых кислот составляют 70-90% гуминовых веществ, содержащихся в гуминовом препарате. Соли гуминовых кислот, как и фульвокислоты, обладают дезинтоксикационной активностью (Артеменко и др., 2009). За счет хелатирующих свойств карбоксильных, фенольных, карбонильных, гидроксильных и аминогрупп гуминовые кислоты способны связывать в прочные комплексы ионы тяжелых металлов (Аввакумова и др., 2006; Баженова и др., 2004; Yang and Van den Berg, 2009; Pandey et al., 2000; Орлов, 1997). Было показано, что гуминовые кислоты связывают ионы мышьяка (Buschmann et al., 2006), ионы меди и свинца (Christl et al., 2005), ионы сурьмы (Meena et al., 2004), ионы ртути (Haitzer et al., 2003), ионы кадмия (Lind and Glynn, 1999). Повышенная фульвокислотами проницаемость клеточных мембран облегчает выход из клеток токсинов в виде солей гуминовых кислот. В связи с тем, что механизм дезинтоксикационного действия гуминовых кислот и фульвокислот развивается не только на физическом уровне (адсорбция), но и на уровне физико-химических взаимодействий (комплексообразование, ионообмен), они имеют большую эффективность и больший антитоксический спектр активности по сравнению с простыми физическими адсорбентами (Kudryasheva and Tarasova, 2015; Бузлама и др., 2011).

Улучшение работы желудочно-кишечного тракта

Положительное влияние гуминового препарата на работу ЖКТ, прежде всего, связано с тем, что соли гуминовых кислот, фульвокислоты и их соли, содержащиеся в гуминовом препарате, нормализуют микрофлору кишечника. Так, исследование на животных показало, что употребление солей гуминовых кислот и солей фульвокислот приводит к уменьшению количества Proteobacteria phyla, связанных с воспалениями кишечника, и Firmicutes, способствующих развитию метаболического синдрома. В то же время наблюдается увеличение количества Variovorax, Lactococcus и Lactobacillus, которые способствуют нормализации пищеварения. Также наблюдается уменьшение количества Serratia и Acinetobacter, способных вызывать тяжелые инфекционные заболевания у больных со сниженной резистентностью (Gao et al., 2017). В исследовании на людях с использованием гуминосодержащего препарата Activomin® было показано, что общее количество бактерий в кишечнике участников увеличивалось на 12%. При этом сохранялись разнообразие и профиль микрофлоры (Swidsinski et al., 2017). В другом исследовании применяли леонардит в качестве пребиотика в рамках экспериментального лечения синдрома раздраженной толстой кишки. Через 4 недели пациенты, принимавшие данный пребиотик в совокупности с пробиотиком, отмечали снижение общего ощущения болезни и тошноты (P <0,007). Через ≥52 недели частота ремиссий составила от 81,5% до 100% (P <0,003) (Bittner уе фдюб 2007).

Соли гуминовых кислот, фульвокислоты и их соли обладают энтеросорбирующим, гастропротекторным и антидиарейным действием. За счет макроколлоидных свойств соли гуминовых кислот и соли фульвокислот способны образовывать на поверхности слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта барьерный слой, удерживать воду и предотвращать ее потери через кишечник, обеспечивая защиту слизистой оболочки от различных агрессивных факторов (Попов и Бурак, 1998; Tombacz, 1999). Кроме того, соли гуминовых кислот, фульвокислоты и их соли способны ускорять процесс заживления язвенных дефектов слизистой оболочки ЖКТ (Абушинова и др., 2001).

Также следует отметить гепатопротекторную активность солей гуминовых кислот, которая реализуется за счет дезинтоксикационных и антиоксидантных свойств, способности являться индукторами микросомальных ферментов, влиять на метаболические процессы и повышать синтез полиаминов, участвующих в процессах биосинтеза белка в гепатоцитах (Бузлама и Черных, 2010). Экспериментально показано, что гуминовые кислоты и их соли являются биопротекторами, защищающими печень от видимых деструктивных изменений, вызванных действием повреждающих факторов и функциональных перегрузок (Китапова и Зиганшин, 2015).

Усиление неспецифической и специфической резистентности организма к патогенам различной природы

Соли гуминовых кислот и фульвокислот, содержащиеся в препарате, усиливают неспецифическую и специфическую (иммунитет) резистентность организма к патогенам различной природы (Inglot et al., 1999). Экспериментальные данные показывают, что гуминовые кислоты и их соли, а также фульвокислоты и их соли обладают противовирусной активностью, которая действует на многочисленные ДНК- и РНК-вирусы типа вируса простого герпеса 1-го и 2-го типа (HSV-1, HSV-2), цитомегаловирусы, вирус гриппа типов А и В, вирус Коксаки, вирус иммунодефицита человека (van Rensburg et al., 2002), вирус геморрагической лихорадки, коронаровирус атипичной пневмонии (Klöcking, 2002; Klöcking et al., 2002).

По данным экспериментальных исследований, гуминовые кислоты и их соли, фульвокислоты и их соли проявляют антибактериальные (Бокучава и Микая, 2004; Исматова и др., 2006; Anesio et al., 2004; Kodama et al., 2008) и фунгицидные свойства (Федько, 2005). Наиболее вероятным механизмом данных видов активности является нарушение метаболизма белков и карбоангидратов по каталитическому механизму, а также способность образовывать межионные связи с высокомолекулярными субстратами микроорганизмов (Бузлама и Черных, 2010). В одном исследовании говорится о воздействии фульвокислоты на 8 патогенных или условно патогенных организмов: Streptococcus faecalis, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Streptococcus pyogenes, Klebsiella pneumoniae, Proteus mirabilis, Candida albicans. Большая часть микроорганизмов оказалась чувствительна к фульвокислоте при ее концентрации 15 мг/мл, а Enterococcus faecalis и Klebsiella pneumoniae при концентрации 5 мг/мл (van Rensburg et al., 2000). В другом исследовании показано, что гумат натрия задерживает рост Trichophyton rubrum, Trichophyton mentagrophytes и Microsporum canis в концентрациях 15,6–31,2 мкг/мл, а также проявляет ингибирующее действие в отношении Aspergillus niger при концентрации 1 мг/мл (Исматова и др., 2007).

Сочетание иммуномодулирующего, дезинтоксикационного, антибактериального и противовирусного действия обусловливает способность гуминовых кислот и их солей, фульвокислот и их солей неспецифически повышать резистентность организма (Бузлама и Черных, 2010).

Включение в состав гуминового препарата ионного серебра повышает его протекторные свойства. Ионы серебра обладают бактерицидным, бактериостатическим, противовирусным, противогрибковым действием в отношении более чем 500 видов патогенных микроорганизмов (Abebe et al., 2015; Landsdown, 2010). Бактерицидный эффект серебра связан с тем, что ионы серебра проникают в бактериальные клетки и нарушают несколько процессов, включая образование дисульфидной связи, метаболизм и гомеостаз железа, что приводит к появлению активных форм кислорода и повышению проницаемости мембран грамотрицательных бактерий (Morones-Ramirez et al., 2013). Активность препаратов серебра напрямую зависит от концентрации ионов в растворе: при концентрации Ag+ 1 мг/мл кишечная палочка погибает через 3 мин, при 0,5 мг/л — через 20 мин, при 0,2 мг/л — через 50 мин, при 0,05 мг/л — через 2 ч. Чувствительность к серебру у патогенных микроорганизмов выше, чем у непатогенных (Белеванцев и Бондарчук, 1994), что позволяет применять серебро для лечения инфекционных заболеваний и профилактики дисбактериоза.

Фунгицидное действие ионов серебра продемонстрировано, например, на грибах вида Candida albicans: при микробной нагрузке 100 000 клеток на один литр гибель грибов наступает через 30 минут после добавления в раствор серебра до концентрации 0,1 мг/л (Мосин и Игнатов, 2012).

Ионы серебра обладают способностью инактивировать вирусы оспы, гриппа А1, В, некоторые энтеро- и аденовирусы, оказывать терапевтический эффект при лечении вирусного энтерита (Мосин и Игнатов, 2012).

Как уже упоминалось выше, фульвокислоты, содержащиеся в описываемом препарате, повышают проницаемость мембран, что дополнительно облегчает проникновение ионов серебра в клетки микроорганизмов, что усиливает терапевтический эффект серебра. Кроме того, будучи связанным с гуминовыми веществами, серебро легко проникает из кишечника в кровь и попадает в различные системы органов человека, где функционирует как необходимый микроэлемент. Таким образом восполняется дефицит этого микроэлемента в организме. Стоит отметить, что при приеме только ионного серебра в терапевтических дозах, оно практически не покидает пределы ЖКТ. В то же время, гуминовые вещества обладают хелатирующим действием по отношению к ионам серебра (Li et al., 2018, Environ Pollut.) и за счет своих дезинтоксикационных свойств не позволят ионам серебра накапливаться в организме, что исключает отравление серебром.

Общеукрепляющее действие на организм

Одним из физиологических эффектов солей гуминовых кислот, фульвокислот и их солей, обусловливающих общеукрепляющее действие препарата, является противовоспалительный эффект. Этот эффект обусловлен антагонизмом с медиаторами воспаления, стабилизацией мембран липосом и ингибированием лизосомальных ферментов (Junek et al., 2009; Joone and van Rensburg, 2004; Хрипович и др., 2003; Юдина и др., 2002). Показано, что калиевая соль гуминовой кислоты, значительно снижает высвобождение противовоспалительных цитокинов, интерлейкинов, а также ингибирует классический и альтернативный пути активации системы комплимента (van Rensburg and Naude, 2009).

Антиоксидантные свойства солей гуминовых кислот, фульвокислот и их солей также вносят вклад в общеукрепляющее действие препарата (Vašková et al., 2011). Антиоксидантная активность реализуется за счет восстановительных свойств, прямого захвата свободных радикалов, повышения активности ферментов антиоксидантной защиты, участия в восстановлении эндогенных антиоксидантов и способности к хелатирующему действию (Aeschbacher et al., 2010).

Кроме того, соли гуминовых кислот, фульвокислоты и их соли, входящие в состав препарата, регулируют процессы окислительного фосфорилирования, что нормализует обменные процессы на клеточном уровне. Гуминовые вещества обладают выраженным антигипоксическим действием, предотвращая разобщение окислительного фосфорилирования, нормализуя процессы энергопродукции в митохондриях головного мозга и печени (Гостищева и др., 2008). Благодаря этому повышается устойчивость организма в условиях гипоксии (Китапова и Зиганшин, 2015).

Подробное раскрытие способа получения препарата

Использование натурального сырья позволяет получить гуминовые вещества с большим содержанием и разнообразием функциональных групп вместе с витаминами, аминокислотами и минералами. Выделяемые в виде солей гуминовых кислот и фульвокислот минералы включают в себя азот общий (N), фосфор (P), калий общий (К), натрий общий (Na), кальций (Ca), магний (Mg), железо (Fe), марганец (Mn), цинк (Zn) и медь (Cu).

В качестве сырья для получения гуминового комплекса используют бурый уголь. Бурый уголь легко доступен практически в неограниченных количествах, так как является побочным продуктом добычи каменного угля. Это делает его использование экономически выгодным по сравнению с другими натуральными источниками гуминовых веществ. Кроме того, бурый уголь является одним из наиболее богатых источников гуминовых веществ. Гуминовые вещества составляют от 20% до 90% массы органического вещества бурого угля (Кухаренко Т.А., 1972).

В качестве сырья используют бурый уголь, окисленный в естественных условиях, благодаря хранению на открытом воздухе. Перед извлечением гуминовых веществ бурый уголь проходит токсикологический анализ и радиологический анализ с целью определения содержания тяжелых металлов, а также анализ содержания гуминовых веществ. Тщательный анализ качества сырья перед обработкой позволяет использовать его для эффективного извлечения качественных гуминовых веществ. Для извлечения гуминовых веществ отбирают бурый уголь, в котором гуминовые вещества составляют не менее 50 % массы органического вещества, а содержание тяжелых металлов не превышает ПДК, установленных для почв (ГН 2.1.7.2041-06 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве»).

Метод с применением ультразвуковой кавитационной диспергации позволяет наиболее полно и качественно извлекать гуминовые вещества из бурого угля. Эффективность описанного ниже метода делает его экономически выгодным, что, в конечном итоге, приводит к снижению себестоимости гуминового препарата. Метод включает в себя следующие этапы:

- бурый уголь сначала механически дробят в молотковой дробилке до получения фракции 0-500 мм, а затем дробят на дезинтеграторе до получения фракции 0-200 мкм;

- полученную фракцию выщелачивают в химическом реакторе с добавлением воды, очищенной с помощью обратного осмоса, и щелочи, которую в реактор добавляют в сухом виде. В качестве щелочи используют смесь гидроксида натрия и карбоната натрия в равных долях. Показано, что использование гидроксида натрия увеличивает содержание гуминовых веществ в экстракте в 1,6-1,8 раз по сравнению с использованием гидроксида калия (Шкуратник и Шульгин, 2009). Выщелачивание проводят в течение 8-12 часов, с циркуляцией воздуха. Дополнительное окисление кислородом воздуха приводит к увеличению экстрагируемости гуминовых веществ (Savel’eva et al., 2015);

- осуществляют ультразвуковую диспергацию в кавитаторе в замкнутом цикле с химическим реактором с целью механоактивации раствора. Под действием ультразвука в растворе происходит образование и схлопывание полостей, сопровождаемое появлением кавитационных ударных волн, которые разрушают частицы бурого угля до размера порядка микрометра. Показано, что при ультразвуковой обработке щелочного раствора угля выход гуминовых кислот в среднем приблизительно на 5 % выше, чем при обычном отстаивании при комнатной температуре (Будаева с соавт., 2009). Кавитация приводит к нагреву раствора, и температуру раствора используют как индикатор прохождения реакции ультразвуковой диспергации. Ультразвуковую диспергацию осуществляют до тех пор, пока температура раствора в реакторе не достигнет 60-65°С;

- полученный продукт отстаивают в емкостях от 12 до 18 часов для достижения максимума перехода гуминовых веществ из микрочастиц угля в раствор. Прирост выхода гуминовых веществ при ультразвуковой обработке наблюдается в первые 10 мин, а затем концентрация гуминовых веществ в щелочном растворе растет очень медленно (Будаева с соавт., 2009).

- осуществляют каскадную фильтрацию через фильтр грубой очистки, затем через фильтр с диаметром отверстий 50 мкм, затем через фильтр с диаметром отверстий 20 мкм, затем через фильтр с диаметром отверстий 10 мкм;

- полученную после каскадной фильтрации ультрадисперсную взвесь центрифугируют при ускорении 6500-8000 g и отбирают супернатант, представляющий собой концентрированный раствор гуминовых веществ.

Далее проводят химический анализ полученного супернатанта для определения в нем соотношения гуминовых веществ. Соотношение гуминовых веществ в полученном супернатанте позволяет судить о качестве выделения гуминовых веществ. Если масса фульвокислот и их солей составляет 10-30% массы гуминовых веществ, содержащихся в супернатанте, а масса солей гуминовых кислот составляет 70-90% массы гуминовых веществ, содержащихся в супернатанте, то качество выделения гуминовых веществ считают удовлетворительным, а полученный супернатант используют для дальнейшей работы. Также проводят анализ полученного супернатанта для определения содержания в нем тяжелых металлов. Хотя при отборе сырья выбирают бурый уголь содержащий тяжелые металлы в пределах ПДК, однако следует учитывать, что ПДК, установленные для тяжелых металлов в почвах, сильно отличаются от ПДК для тех же элементов в питьевой воде. Кроме того, способность гуминовых веществ хелатировать ионы тяжелых металлов может приводить к тому, что при извлечении из бурого угля гуминовых веществ параллельно будут извлекаться и тяжелые металлы. В результате полученный супернатант может быть обогащен тяжелыми металлами. Применение полученного супернатанта для приготовления препарата, принимаемого внутрь, накладывает строгие ограничения. Для приготовления гуминового препарата используют супернатант, в котором содержание тяжелых металлов не превышает ПДК, установленные для питьевой воды (СанПиН 2.1.4.1074-01).

Для получения гуминового препарата полученный супернатант, в котором фульвокислоты и их соли составляют 10-30% массы гуминовых веществ, а соли гуминовых кислот составляют 70-90% массы гуминовых веществ, и содержание тяжелых металлов не превышает ПДК для питьевой воды, разбавляют дистиллированной водой так, что масса гуминовых веществ составляет 0,5-20% массы полученного разбавленного раствора. Дневная доза гуминового препарата составляет 1-4 мл и содержит от 5 мг до 800 мг гуминовых веществ. Данное количество гуминовых веществ обеспечивает заявленные терапевтические эффекты, и в то же время позволяет избежать побочных эффектов, которые могут проявляться при передозировке гуминовыми веществами. Исследования на мышах и крысах показали, что антитоксическое действие солей гуминовых кислот проявляется при дозировке 0,1 мг/кг массы животного (Бузлама и др., 2011). В экспериментах in vitro показано, что гуминовые вещества эффективно связывают ртуть при концентрации 0,1 мг/мл (Haitzer et al., 2003), свинец и медь — при концентрации 1 мг/мл, причем способность гуминовых веществ связывать ионы тяжелых металлов не меняется при повышении концентрации гуминовых веществ (Christl et al., 2005). Исследования на мышах показывают, что гуминовые вещества, выделенные из торфа, эффективно связывают и выводят из организма кадмий при дозировке 0,5 мг/кг массы животного (Lind and Glynn, 1999). Гепатопротекторные свойства солей гуминовых кислот проявляются при дозировке 20 мг/кг массы животного (Maslinski et al., 1993). Антимикробное действие фульвокислот наблюдается при концентрации 5-15 мг/мл (van Rensburg et al., 2000). Противогрибковые свойства гумата натрия проявляются при концентрациях от 15 мкг/мл до 1 мг/мл (Исматова и др., 2007). Однако как и многие биологически активные вещества, гуминовые вещества могут вызывать побочные эффекты при передозировке. Так, высокие концентрации гуминовых веществ могут нарушать внутриклеточный Ca²⁺-гомеостаз, ионные и фазовые равновесия (Yang et al., 1994), а также распределение микроэлементов в организме. При дозировке солей гуминовых кислот 150 мг/кг массы животного, у подопытных крыс возникали нарушения функций почек и печени (Afifi et al., 2013). В другом исследовании на мышах показано, что употребление внутрь гуминовой кислоты в дозировке 100 мг/кг массы животного приводит к развитию хромосомных нарушений в клетках кишечника (Bernacchi et al., 1996). Таким образом, заявленная концентрация гуминовых веществ в гуминовом препарате, с одной стороны, перекрывает диапазон концентраций, для которых описаны терапевтические эффекты, а с другой стороны, находится заведомо ниже того уровня концентраций, которые могут приводить к негативным последствиям для организма. Еще одна причина для ограничения концентрации гуминовых веществ связана с тем, что высокая концентрация гуминовых веществ может негативно влиять на органолептические свойства гуминового препарата, а именно — придавать гуминовому препарату неприятные вкус и запах.

В разбавленный раствор гуминовых веществ добавляют ионное серебро до концентрации не более 5 мг/л. Концентрация ионного серебра не более 5 мг/л достаточна для дезинфицирующего действия серебра, и в то же время не является токсичной для человека, согласно экспериментальным данным (Morones-Ramirez et al., 2013). Указанная концентрация ионного серебра признана безопасной ВОЗ и соответствует нормам СанПиН 2.1.4.1074-01 ("Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения" с изменениями на 2 апреля 2018 года). В качестве ионного серебра в описываемом гуминовом препарате используют цитрат серебра как одну из наименее токсичных для человека форм серебра. Помимо описанного выше терапевтического действия, ионное серебро обеспечивает микробиологическую безопасность гуминового препарата. Если емкость с гуминовым препаратом, закрытая на производстве в стерильных условиях, будет открыта в нестерильных условиях для использования, в гуминовый препарат могут попасть микроорганизмы. Ионы серебра, содержащиеся в гуминовом препарате, проникают в клетки микроорганизмов, где противодействуют их ферментативным системам, что предотвращает рост и размножение микроорганизмов, и продлевает срок хранения гуминового препарате.

Описанные в тексте данной заявки варианты реализации последовательности действий в способе и составе препарата, подтверждены испытаниями в лабораториях заявителя, но не являются единственно возможными и приведены с целью наиболее наглядного раскрытия сути изобретения.

Заявляемое изобретение является технологичным и простым в использовании и изготовлении.

Изобретение относится к области биотехнологии, а именно к получению биологически активных средств, обладающих иммуномодулирующими свойствами, на основе натурального сырья, и может найти применение в качестве пищевой добавки в лечебно-профилактических целях. Пищевой гуминовый препарат содержит гуминовые вещества, представленные солями гуминовых кислот, фульвокислотами и их солями, при этом гуминовый препарат получают из бурого угля методом ультразвуковой кавитационной диспергации. Масса гуминовых веществ составляет 0,5-20% общей массы препарата. Пищевой гуминовый препарат дополнительно включает ионное серебро в количестве не более 5 мг/л. Изобретение касается также способа получения пищевого гуминового препарата. Техническим результатом является обеспечение возможности повышения усвоения клетками организма полезных веществ, выведения из клеток организма вредных веществ, улучшения работы желудочно-кишечного тракта, усиления неспецифической и специфической резистентности организма к патогенам различной природы, а также общеукрепляющее действие на организм. 3 н. и 10 з.п. ф-лы.

1. Пищевой гуминовый препарат, содержащий воду и гуминовые вещества, полученные из бурого угля методом ультразвуковой кавитационной диспергации, при этом масса гуминовых веществ составляет 0,5-20% общей массы препарата, при этом гуминовые вещества включают соли гуминовых кислот, фульвокислоты и их соли.

2. Пищевой гуминовый препарат по п. 1, отличающийся тем, что включает дополнительно ионное серебро.

3. Пищевой гуминовый препарат по п. 1, отличающийся тем, что масса фульвокислот и их солей составляет 10-30% массы гуминовых веществ, содержащихся в гуминовом препарате.

4. Пищевой гуминовый препарат по п. 1, отличающийся тем, что масса солей гуминовых кислот составляет 70-90% массы гуминовых веществ, содержащихся в гуминовом препарате.

5. Пищевой гуминовый препарат, содержащий воду и гуминовые вещества, а также ионное серебро, при этом масса гуминовых веществ составляет 0,5-20% массы полученного разбавленного раствора, масса фульвокислот и их солей составляет 10-30% массы гуминовых веществ, масса солей гуминовых кислот составляет 70-90% массы гуминовых веществ, концентрация ионного серебра составляет не более 5 мг/л.

6. Пищевой гуминовый препарат по п. 5, отличающийся тем, что гуминовые вещества получают из бурого угля методом ультразвуковой кавитационной диспергации.

7. Способ получения пищевого гуминового препарата, включающий следующие этапы:

- отбирают бурый уголь, в котором гуминовые вещества составляют не менее 50% массы органического вещества,

- механически дробят бурый уголь до получения фракции 0-500 мм;

- дробят полученное вещество на дезинтеграторе до получения фракции 0-200 мкм;

- выщелачивают полученную фракцию в химическом реакторе с добавлением воды;

- осуществляют ультразвуковую диспергацию в кавитаторе в замкнутом цикле с химическим реактором;

- отстаивают полученный продукт в емкостях от 12 до 18 ч;

- осуществляют каскадную фильтрацию;

- осуществляют центрифугирование полученной ультрадисперсной взвеси;

- осуществляют отбор супернатанта;

- супернатант разбавляют дистиллированной водой так, что масса гуминовых веществ составляет 0,5-20% массы полученного разбавленного раствора.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что для выщелачивания используют воду, предварительно очищенную с помощью обратного осмоса.

9. Способ по п. 7, отличающийся тем, что выщелачивание проводят в течение 8-12 часов с дополнительной циркуляцией воздуха.

10. Способ по п. 7, отличающийся тем, что ультразвуковую диспергацию в кавитаторе в замкнутом цикле с химическим реактором осуществляют до тех пор, пока температура раствора в реакторе не достигнет 60-65°С.

11. Способ по п. 7, отличающийся тем, что каскадную фильтрацию осуществляют сначала через фильтр грубой очистки, затем через фильтр с диаметром отверстий 50 мкм, затем через фильтр с диаметром отверстий 20 мкм, затем через фильтр с диаметром отверстий 10 мкм.

12. Способ по п. 7, отличающийся тем, что центрифугирование ультрадисперсной взвеси осуществляют при ускорении 6500-8000 g.

13. Способ по п. 7, отличающийся тем, что в разбавленный раствор гуминовых веществ добавляют ионное серебро.