Способ микрокапсулирования спирулины и хлореллы Российский патент 2023 года по МПК C12N1/12 A61K36/05 A61K9/50 

Изобретение относится к биотехнологии и может использоваться для получения микрокапсулированного препарата, включающего спирулину и хлореллу.

В настоящее время микроводоросли спирулина (Spirulina Platensis) и хлорелла (Chlorella) широко применяются в пищевой промышленности, медицине и животноводстве, что связано с их биологическими свойствами. Они являются источником как питательных веществ, содержащих высококачественный белок, незаменимые и заменимые аминокислоты, так и витамины, микро- и макроэлементы. Включение спирулины и хлореллы в рацион повышает у животных и человека обмен веществ и естественную резистентность. Используют данные микроводоросли в виде порошков, таблеток и экстрактов.

Для повышения биодоступности спирулину подвергают нано- и микрокапсулированию, с использованием различных способов. В частности, известен способ получения нанокапсул спирулины в альгинате натрия, характеризующийся тем, что в качестве ядра нанокапсул используют спирулину, а в качестве оболочки - альгинат натрия. С этой целью порошок спирулины медленно добавляют в суспензию альгината натрия в бутаноле в присутствии поверхностно-активного вещества Е472с. Затем смесь перемешивают при 1000 об/мин, приливают 1,2-дихлорэтан и полученную суспензию отфильтровывают и сушат при комнатной температуре. При этом массовое соотношение ядро : оболочка составляет 1:1, или 1:3, или 1:5 (Патент РФ №2648816, авт. А.А. Кролевец. - 2018 г.).

Известен способ получения нанокапсул спирулины в агар-агаре, характеризующийся тем, что в качестве оболочки нанокапсул используется агар-агар, а в качестве ядра - спирулина. При выполнении данного способа порошок спирулины медленно добавляют в суспензию агар-агара в бутаноле в присутствии поверхностно-активного вещества Е472с. Затем смесь перемешивают при 1000 об/мин, приливают бутилхлорид и полученную суспензию отфильтровывают и сушат при комнатной температуре. При этом массовое соотношение ядро : оболочка составляет 1:1, или 1:3, или 1:5 (Патент РФ №2652272, авт. А.А. Кролевец. - 2018 г.).

Существует способ получения нанокапсул спирулины в конжаковой камеди. Способ характеризуется тем, что для оболочки нанокапсул используется конжаковая камедь, а ядром капсул является спирулина. Для осуществления способа порошок спирулины медленно добавляют в суспензию конжаковой камеди в бутаноле в присутствии поверхностно-активного вещества Е472с. Затем перемешивают при 1000 об/мин, приливают гексан и полученную суспензию отфильтровывают и сушат при комнатной температуре. При этом массовое соотношение ядро : оболочка составляет 1:1, или 1:3, или 1:5 (Патент РФ №2657748, авт. А.А. Кролевец. - 2018 г.).

Известен способ получения нанокапсул спирулины в гуаровой камеди, принцип которого заключается в том, что для образования оболочки нанокапсул применяется гуаровая камедь, а в качестве ядра - порошок спирулины. При этом спирулину добавляют в суспензию гуаровой камеди в бензоле в присутствии поверхностно-активного вещества Е472с, затем перемешивают при 1000 об/мин и приливают 1,2-дихлорэтан. Полученную суспензию отфильтровывают и сушат при комнатной температуре. Массовое соотношение ядро : оболочка составляет 1:1, или 1:2, или 1:3 (Патент РФ №2669356, авт. А.А. Кролевец. - 2018 г.).

Известен способ получения нанокапсул спирулины в высоко- или низкоэтерифицированном яблочном или цитрусовом пектине, характеризующийся тем, что в качестве оболочки нанокапсул используют пектин, а в качестве ядра - спирулину. Для осуществления способа порошок спирулины медленно добавляют в суспензию пектина в бутаноле в присутствии поверхностно-активного вещества Е472с. Затем перемешивают при 1000 об/мин, приливают бутилхлорид и полученную суспензию отфильтровывают и сушат при комнатной температуре. При этом массовое соотношение ядро : оболочка составляет 1:3 (Патент РФ №26724062, авт. А.А. Кролевец и др. - 2018 г.).

Известен способ получения нанокапсул спирулины в каррагинане характеризирующийся тем, что для оболочки нанокапсул используется каррагинан, а в качестве ядра применяется спирулина. При этом порошок спирулины медленно добавляют в суспензию каррагинана в бензоле в присутствии 0,01 г Е472с в качестве поверхностно активного вещества. Затем перемешивают при 1000 об/мин, приливают хлороформ и полученную суспензию отфильтровывают и сушат при комнатной температуре. Массовое соотношение ядро : оболочка составляет 1:1, или 1:3, или 1:5 (Патент РФ №2650966, авт. А.А. Кролевец. - 2018 г.).

Известен способ получения нанокапсул экстракта хлореллы в пектине, предусматривающий использование для формирования оболочки нанокапсул высоко- или низкоэтерифицированного яблочного или цитрусового пектина, а для формирования ядра- хлореллу. С этой целью экстракт хлореллы добавляют в суспензию пектина в гексане в присутствии Е472с в качестве поверхностно-активного вещества и перемешивают при 1000 об/мин. Полученную суспензию отфильтровывают и сушат при комнатной температуре. При этом массовое соотношение ядро : оболочка составляет 1:3 (Патент РФ №2672065, авт. А.А. Кролевец и др. - 2018 г.).

Недостатком всех указанных выше способов является то, что при капсулировании как спирулины, так и хлореллы используются высокотоксичные и огнеопасные вещества (бутанол, бутилхлорид, гексан, бензол, дихлорэтан, хлороформ), работа с которыми требует соблюдения техники безопасности.

В качестве прототипа выбран способ получения нанокапсул экстракта хлореллы в альгинате натрия (Патент РФ №2655620, авт. А.А. Кролевец. - 2018 г.). Данный способ характеризуется тем, что для формирования оболочки нанокапсул используют альгинат натрия, а в качестве ядра - экстракт хлореллы. При этом экстракт хлореллы медленно добавляют в суспензию альгината натрия в петролейном эфире в присутствии 0,01 г Е472с в качестве поверхностно-активного вещества. Затем перемешивают при 1000 об/мин, после чего полученную суспензию отфильтровывают и сушат при комнатной температуре. При этом массовое соотношение ядро : оболочка составляет 1:3, или 1:5, или 1:1.

Недостатком способа взятого за прототип является следующее:

- в качестве ядра нанокапсул используется только хлорелла;

- размеры полученных нанокапсул варьируют в широких границах (84-295 нм), что оказывает отрицательное влияние на биологические свойства конечного продукта;

- нанокапсулы имеют низкую устойчивость к желудочной соляной кислоте;

- полученный препарат подвергается эффекту «слеживания» при хранении;

- использование в технологическом процессе петролейного эфира, являющегося токсичным и огнеопасным веществом требует соблюдения техники безопасности.

Технической задачей изобретения является получение микрокапсул спирулины и хлореллы стабильного размера с высокими показателями ценных биологических свойств, повышение безопасности процесса микрокапсулирования путем исключения из него токсичных и огнеопасных веществ, а также повышение устойчивости микрокапсул к желудочной соляной кислоте и внешним факторам при хранении (предотвращение эффекта «слеживания).

Решение технической задачи достигается тем, что 5,0 г спирулины и 5,0 г хлореллы вносят в 50,0 мл дистилированной воды и перемешивают в магнитной мешалке до однородного состояния. Полученную суспензию смешивают с равным количеством 5%-ного раствора альгината натрия и медленно через капельницы разработанного нами устройства (Патент РФ №204989. - 2020 г. Устройство для микрокапсулирования жидких веществ. Авт. Сеин О.Б. и др) вносят в 100-120 мл 0,2 М раствора кальция хлорида при одновременном перемешивании со скоростью 800-1000 об/мин. Сформировавшиеся микрокапсулы отделяют с использованием фильтра Шотта под вакуумом. Затем помещают их в 0,5%-ный раствор хитозана на 40-60 мин, извлекают и высушивают при 30-35°С. Полученные микрокапсулы представляют собой сферические и овальные частицы светло-бежевого цвета с гладкой поверхностью размером 75-94 мкм.

Отличительный особенностью предлагаемого способа является применение в технологическом процессе специального устройства для микрокапсулирования (Патент РФ №204989. - 2020 г. Авт. Сеин О.Б. и др.), включающего корпус в виде шприца-дозатора и капельниц. При этом капельницы вмонтированы в капельницедержатель, выполненный в виде полихлорвиниловой трубки, имеющей форму кольца, который с использованием тройника соединяется со шприцем-дозатором, обеспечивающим подачу микрокапсулируемого вещества в капельницедержатель. Перед использованием устройства капельницедержатель фиксируют в стакане гомогенизатора и подают в него вещество, предназначенное для капсуляции. Наличие 7 капельниц обеспечивает одновременную подачу в стакан гомогенизатора 7 одинаковых капель, что в отличие от прототипа позволяет формировать микрокапсулы примерно одинакового размера.

Используемые в качестве ядра микроводоросли спирулина и хлорелла, обладают многосторонними биологическими свойствами. В частности, спирулина богата питательными веществами, минералами и витаминами. В сухом ее концентрате содержится 60-70% протеина с полным набором аминокислот. Она является источником антиоксидантов. Один из важных компонентов спирулины - фикоцианин блокирует свободные радикалы и тем самым обеспечивает антиоксидантные эффекты. Содержащийся в спирулине хлорофилл способствует выведению из организма токсинов и шлаков.

Микроводоросль хлорелла также содержит большое количество биологически активных веществ. В состав ее клеток входят белки, аминокислоты, комплекс витаминов (группы В, С, К, РР, Е, пантотеновая кислота, фолиевая кислота, биотин). Хлорелла богата микро- и макроэлементами, в ней много хлорофилла. Использование хлореллы оказывает положительное влияние на организм, она профилактирует дисбактериоз, нормализует функциональную активность печени и кишечника, является мощным иммуномодулятором.

В настоящее время спирулину и хлореллу широко используют в качестве нутриентов и нутрицевтиков как в медицинской, так и ветеринарной практике.

Альгинат натрия, используемый для формирования оболочки микрокапсул, обладает высокими пленкообразующими способностями в связи с его выраженными коллоидными свойствами. Оболочки из альгината натрия способствуют удержанию влаги и запаха в микрокапсулируемых препаратах.

Помещение сформировавшихся микрокапсул в 0,5%-ный хитозан позволяет значительно укрепить и сохранить их структуру, это связано со свойствами хитозана. Являясь линейным полисахаридом, хитозан способен образовывать большое количество водородных связей, поэтому он обладает выраженным сорбирующим и радиопротекторным действием, способствует выведению из организма тяжелых металлов, уменьшает содержание холестерина и отложение липидов. Хитозан способен создавать эластичные полимерные пленки без трещин, которые обладают избирательной проницаемостью. Учитывая свойства хитозана, его использовали для сохранения структуры микрокапсул и повышения эластичности их оболочки.

Результатом предлагаемого способа является получение микрокапсул в альгинате натрия, имеющих стабильные размеры и высокие показатели ценных биологических свойств.

Пример получения микрокапсул спирулины и хлореллы с использованием предлагаемого способа. Для получения комплексного микрокапсулированного препарата вносили 5,0 г спирулины и 5,0 г хлореллы в 50,0 мл дистилированной воды и перемешивали в магнитной мешалке до однородного состояния. Полученную суспензию смешивали с равным по объему количеством 5%-ного раствора альгината натрия и медленно через капельницу устройства вносили в 120 мл 0,2 М раствора кальция хлорида при одновременном перемешивании со скоростью 1000 об/мин. Сформировавшиеся микрокапсулы отделяли с использованием фильтра Шотта под вакуумом. Затем помещали их в 0,5%-ный раствор хитозана на 60 мин, извлекали и высушивали при 30-35°С. Было получено 10 г порошкообразного препарата микрокапсул, сферической формы, светло-бежевого цвета с гладкой поверхностью. Размеры микрокапсул находились в пределах 75-94 мкм.

Пример апробации полученного микрокапсулированного комплексного препарата, включающего спирулину и хлореллу

Изготовленный микрокапсулированный препарат апробировали в условиях ветеринарной клиники Курской государственной сельскохозяйственной академии имени И.И. Иванова. С этой целью было сформировано с соблюдением принципа аналогов 4 группы кроликов породы советская шиншилла 4-месячного возраста по 7 голов в каждой.

Кролики 1-й контрольной группы получали только основной рацион. Кроликам 2-й опытной группы скармливали дополнительно с основным рационом микрокапсулированную спирулину, полученную с использованием способа-прототипа. Кроликам 3-й опытной группы скармливали с рационом микрокапсулированную хлореллу, полученную с использованием способа-прототипа. Кролики 4-й опытной группы получали с рационом микрокапсулированный комплексный препарат хлореллы со спирулиной, полученный по разработанному способу.

Используемые в эксперименте препараты скармливали животным индивидуально с болюсами из хлебных мякишей. Дачу препаратов проводили один раз в день в течение 10 дней подряд. Условия содержания и кормления кроликов контрольных и опытных групп были одинаковыми. Рацион включал сено и зерновую смесь.

У всех кроликов брали кровь с использованием вакуумных пробирок (Weihai, Китай) до начала и на 10-й день эксперимента.

В крови определяли общие гематологические показатели (СОЭ, гематокрит, эритроциты, лейкоциты, гемоглобин) с использованием общепринятых методик и автоматического анализатора Abacus Vet.

Биохимические компоненты крови исследовали с применением наборов Био-Ла-тест (Чехия), Клини-Тест (Россия) и анализатора ILAB-650.

Результаты исследований показали, что все используемые препараты не оказывали отрицательного влияния на организм подопытных животных. Поведенческие реакции, клинические и гематологические параметры у кроликов всех групп соответствовали физиологическим нормам. При этом у кроликов, получавших хлореллу в комплексе со спирулиной (4-я группа), содержание эритроцитов и гемоглобина превышали соответствующие показатели у кроликов 2-й и 3-й опытных групп и контрольных животных (табл. 1).

Исследование биохимических компонентов крови (табл. 2) свидетельствует о более высокой интенсивности метаболизма в организме кроликов опытных групп. В то же время у кроликов 4-й опытной группы отмечалось более высокое содержание по сравнению с животными других групп общего белка, альбуминов, общего кальция и каротина. При этом ферментативная активность аминотрансфераз (ACT, АЛТ) не превышала нормативные значения, что свидетельствует об отсутствии «нагрузки» на печень и токсичности изготовленного препарата.

Таким образом комплексный микрокапсулированный препарат, включающий хлореллу и спирулину, оказывает выраженное стимулирующее действие на обмен веществ. Это можно объяснить относительно высоким содержанием исследуемых биохимических компонентов в заявляемом микрокапсулированном препарате, что связано с более низкой их потерей во время процесса микрокапсулирования.

Предлагаемый способ не сложный в технологическом исполнении и его можно использовать для микрокапсулирования спирулины и хлореллы в больших производственных объемах.

Изобретение относится к биотехнологии. Предложен способ микрокапсулирования спирулины и хлореллы, включающий смешивание спирулины и хлореллы в равном количестве магнитной мешалкой с добавлением дистиллированной воды до однородного состояния; полученную суспензию смешивают с равным по объему количеством 5%-ного раствора альгината натрия и с использованием устройства для микрокапсулирования жидких веществ медленно вносят в 100-120 мл 0,2 М раствора кальция хлорида при одновременном перемешивании со скоростью вращения магнитной мешалки 800-1000 об/мин. Сформировавшиеся микрокапсулы отделяют фильтрованием на фильтре Шотта под вакуумом, помещают их в 0,5%-ный раствор хитозана на 40-60 мин, извлекают и высушивают при 30-35°С. Изобретение обеспечивает сохранение структуры микрокапсул хлореллы и спирулины и повышение их ценных биологических свойств. 2 табл., 1 пр.

Способ микрокапсулирования спирулины и хлореллы, включающий микрокапсулирование микроводорослей в оболочке из альгината натрия, отличающийся тем, что в качестве ядра микрокапсул используют спирулину и хлореллу, которые по 5,0 г смешивают с добавлением 50,0 мл дистиллированной воды магнитной мешалкой до однородного состояния, затем полученную суспензию смешивают с равным по объему количеством 5%-ного раствора альгината натрия и с использованием устройства для микрокапсулирования жидких веществ посредством его шприца-дозатора через 7 капельниц, установленных в кольцеобразном капельницедержателе, соединенном со шприцем-дозатором, медленно вносят в 100-120 мл 0,2 М раствора кальция хлорида при одновременном перемешивании со скоростью вращения магнитной мешалки 800-1000 об/мин, сформировавшиеся микрокапсулы отделяют фильтрованием на фильтре Шотта под вакуумом, помещают их в 0,5%-ный раствор хитозана на 40-60 мин, извлекают и высушивают при температуре 30-35°С.