Способ получения углеродного энтеросорбента

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО ЭНТЕРОСОРБЕНТА Изобретение относится к фармацевтической промышленности, а именно к энтеросорбенту медицинского назначения, используемому перорально при острых отравлениях и других эндои экзогенных интоксикациях. Достигаемый технический результат - упрощение способа,расширение ассортимента энтеросорбентов из растительного сырья, утилизация рисовой шелухи. Предлагаемый углеродный энтеросорбент получают путем карбонизации рисовой шелухи с изотермической выдержкой при 65010 С в течение 20-30 мин, а перед отмывкой проводят деминерализацию 6 М раствором соляной кислоты при 100 С в течение 4-10 ч с последующей нейтрализацией щелочью и сушкой. Вышеописанный углеродный энтеросорбент получен из отходов растительного сырья - рисовой шелухи по упрощенной технологии и обладает повышенной сорбционной способностью.(71)(73) Заявитель и патентовладелец: РЕСПУБЛИКАНСКОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ НА ПРАВЕ ХОЗЯЙСТВЕННОГО ВЕДЕНИЯ"КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АЛЬФАРАБИ"; РЕСПУБЛИКАНСКОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ НА ПРАВЕ ХОЗЯЙСТВЕННОГО ВЕДЕНИЯ Изобретение относится к фармацевтической промышленности, а именно к энтеросорбентам медицинского назначения, используемым перорально при острых отравлениях и других эндо- и 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 желудочно-кишечного 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 B01J 20/20). Способ получения данного углеродного энтеросорбента включает карбонизацию косточкового сырья с изотермической выдержкой при температуре 75010 С в течение 20-30 мин, активацию, магнитную сепарацию, обработку адсорбента острым паром при температуре 200-250 С и соотношении угля и пара, равном 1:7-10,3, 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 мин,отмывку, сушку, но в отличие от известного в качестве растительного сырья используют рисовую шелуху, изотермическую выдержку осуществляют при температуре 65010 С, а перед отмывкой проводят деминерализацию 6 М раствором соляной кислоты при 100 С в течение 4-10 ч с последующей нейтрализацией щелочью. Предусмотренные способом дополнительные приемы приводят к значительному повышению качества целевого энтеросорбента, в частности существенно повышается его адсорбционная способность, в том числе к микробным клеткам и энтеротоксину. Предлагаемый углеродный энтеросорбент 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 предлагаемый энтеросорбент на основе карбонизованной рисовой шелухи 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. Предлагаемый углеродный энтеросорбент 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 желудочно-кишечный тракт. Предлагаемый углеродный энтеросорбент 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 1,2-1,4, с содержанием минеральных примесей 1-2%, с рН водной вытяжки 5,0-5,5 с механической прочностью 89-97% рисовую шелуху подают в реактор-карбонизатор, где материал подвергают нагреву от 10 до 65010 С, двигаясь по реторте, затем она поступает в реактор изотермической выдержки, нагретый до 65010 С по всей длине. Изменяя угол наклона реактора или скорость вращения,добиваются того, чтобы карбонизованная рисовая шелуха находилась при 65010 С в течение 20-30 мин,и после чего помещают в реактор с мешалкой, обрабатывают двухкратным объемом 6 М раствора соляной кислоты и кипятят с перемешиванием в течение 6 ч. Обработку повторяют новой порцией раствора. Далее продукт нейтрализуют 3%-ным раствором едкого натра при нагревании и перемешивании раствора до рН 5,0-5,5, продукт отделяют от раствора и высушивают до воздушно-сухого состояния, в результате получают энтеросорбент с сорбционной емкостью 1,8-2,8 моль/г. Заявляемая температура карбонизации выявлена экспериментальными данными. Электрономикро-1 020323 скопический анализ сорбента, получаемого заявляемым способом, подтверждает, что при температуре карбонизации ниже 600 С углерод требуемой структуры для достижения технического результата не образуется, при температуре карбонизации выше 700 С поры сорбента забиваются сажей, что также снижает сорбционную емкость и степень сорбции. Таким образом, заявляемая температура карбонизации 650 С 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 - 4060%, оксид алюминия - 2-20%, оксид железа - 3-20%, оксиды кальция, калия, магния, натрия - 0,5-5%,оксиды меди, никеля, марганца, хрома, кобальта -0,01-0,2%. Присутствие золы не отвечают требованиям таких областей потребления, как пищевая промышленность и здравохранение. Для подготовки производства углеродных сорбентов из растительного сырья с пониженным до 0,20,5% 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 рН, 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 липополисахаридов (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)С. Затем отбирают пробы раствора для определения концентрации ЛПС. Концентрацию ЛПС в среде определяют фотометрически на микропланшетах при помощи детекционного набора QCL-1000Co., США). Оптическую плотность реакционной смеси измеряют при длине волны 405 нм на микропланшетах,используя фотометрический сканер (Bio-Rad Co., США). Для вычисления концентрации ЛПС строят калибровочную кривую в диапазоне 0,1-1 EU/ml (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 экспериментах in vivo проводили на 3 группах белых беспородных крыс по 10 особей в каждой. В первую группу контроля входили интактные животные; вторая группа получала предлагаемый углеродный энтеросорбент из рисовой шелухи; 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 С в минуту до 650 С изотермической выдержкой 30 мин. 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 ч. Обработку повторяют новой порцией раствора. Далее продукт нейтрализуют 3%-ным раствором едкого натра при нагревании и перемешивании раствора до рН 5,0-5,5, продукт отделяют от раствора и высушивают до воздушносухого состояния, в результате получают энтеросорбент с сорбционной емкостью 1,8-2,8 моль/г. Пример 2. В табл. 1 приведены результаты определения удельной поверхности, пористости и адсорбционной активности карбонизованных сорбентов предлагаемого углеродного энтеросорбента и ЗПК. Сорбент предлагаемого углеродного энтеросорбента обладает большей удельной поверхностью 910 м 2/г, нежели сорбент ЗПК - 238 м 2/г. Сравнение пористости сорбента предлагаемого углеродного энтеросорбента и ЗПК показывает, что в образце ЗПК пористость составляет 0,21 см 3/г, а в образцах предлагаемого углеродного энтеросорбента - 2,10 см 3/г. Поглощение метиленового голубого карбонизованными сорбентами составляет у предлагаемого углеродного энтеросорбента - 270 мг/г и ЗПК - 234 мг/г соответственно. Таблица 1 Удельная поверхность, пористость и адсорбционной активности сорбентов предлагаемого углеродного энтеросорбента и ЗПК Таким образом, пористость сорбента предлагаемого углеродного энтеросорбента увеличивается в 10 раз по сравнению с сорбентом ЗПК, а удельная поверхность сорбента предлагаемого углеродного энтеросорбента увеличивается более чем в 3,8 раза по сравнению с сорбентом ЗПК, поглощение метиленового голубого карбонизованными сорбентами в предлагаемом углеродном энтеросорбенте 1,15 раз больше чем в сорбенте ЗПК. Пример 3. Эксперименты по адсорбции ЛПС на сорбенте предлагаемого углеродного энтеросорбента показали очень высокую эффективность энтеросорбента для связывания ЛПС (см. чертеж). Кинетика адсорбции ЛПС свидетельствует о том, что наибольшее количество ЛПС в буферном растворе адсорбировалось на ЗПК в течение первых 40 мин, а на предлагаемом углеродном энтеросорбенте уже в течение первых 20 мин. Полученные кинетические и адсорбционные данные демонстрируют преимущество предлагаемого углеродного энтеросорбента 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 предлагаемого углеродного энтеросорбента и ЗПК приведена в табл. 2. Изучение эффективности сорбции микроорганизмов показало, что, во-первых, предлагаемый углеродный энтеросорбент 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 зауглероженной рисовой шелухи 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 предлагаемом углеродном энтеросорбенте и ЗПК В связи с этим открывается возможность применения этого сорбента для коррекции микрофлоры при дисбактериозах, связанных с повышением популяционного уровня грамотрицательных энтеробактерий. Пример 5. В табл. 3 приведены результаты экспериментов по определению влияния сорбентов на микрофлору кишечника животных в экспериментах in vivo. Сорбенты вводили перорально в дозе 25 мг/кг в течение 7 дней. В результате исследования влияния предлагаемого углеродного энтеросорбента на животных было установлено, что предлагаемый углеродный энтеросорбент 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 предлагаемого углеродного энтеросорбента на показатели микробного состава толстой кишки экспериментальных животных. Таблица 3 Динамика изменения микрофлоры кишечника экспериментальных животных,получавших сорбенты 25 мг/кг Лабораторные животные были разделены на 6 групп (по 10 животных в каждой): 1 - интактные животные; 2 - животные, получавшие предлагаемый углеродный энтеросорбент 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 Candida. Эти данные, а также результаты, полученные после определения состава кишечной микрофлоры у крыс, получавших предлагаемый углеродный энтеросорбент и ЗПК в указанных дозах на 3, 7 сутки после начала экспериментов, представлены в табл. 3. Пример 6. В табл. 4 приведены результаты экспериментов по определению влияния сорбентов на микрофлору кишечника животных в экспериментах in vivo. Сорбенты вводили перорально в дозе 100 мг/кг в течение 7 дней. В результате исследования влияния предлагаемого углеродного энтеросорбента на животных было установлено, что предлагаемый углеродный энтеросорбент 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 предлагаемого углеродного энтеросорбента на показатели микробного состава толстой кишки экспериментальных животных. Лабораторные животные были разделены на 6 групп (по 10 животных в каждой): 1 - интактные животные; 2 - животные, получавшие предлагаемый углеродный энтеросорбент 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 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 дифференциально-диагностические среды для определения содержания основных групп индигенных бактерий. Определяли количество лактобацилл, бифидобактерий, условно-патогенных энтеробактерий, стафилококков, дрожжевых грибков рода Candida. Эти данные, а также результаты, полученные после определения состава кишечной микрофлоры у крыс, получавших предлагаемый углеродный энтеросорбент и ЗПК в указанных дозах на 3, 7 сутки после начала экспериментов, представлены в табл. 4. Установлено, что на 7-е сутки после введения предлагаемого углеродного энтеросорбента в использованных дозах заметного влияния этого сорбента на качественный и количественный состав микрофлоры толстого кишечника экспериментальных животных не отмечается (р 0,05). И хотя в первые 3 дня происходило снижение титра всех анализируемых групп 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 углеродный энтеросорбент обеспечивает на организм человека или животного более эффективное лечебно-профилактическое действие при острых отравлениях и других эндои 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 мин, отмывку, сушку, отличающийся тем, что в качестве растительного сырья используют рисовую шелуху, изотермическую выдержку осуществляют при температуре 65010 С, а перед отмывкой проводят деминерализацию 6 М раствором соляной кислоты при 100 С в течение 4-10 ч с последующей нейтрализацией щелочью.