Электрохимический способ очистки хондроитина сульфата

Электрохимический способ очистки хондроитина сульфата

Реферат

Изобретение относится к способам получения, а точнее очистки хондроитина сульфата, получаемого из тканей морских гидробионтов, таких как хрящевая ткань рыб, мышечно-мускульный мешок моллюсков и др., и может быть использовано в пищевой, косметической промышленности, медицине.

Основные свойства хондроитина сульфата, имеющие определяющее значение для его успешного применения в различных областях - высокая биодоступность, биологическая совместимость, низкая токсичность, способность к избирательному накоплению в ткани хряща (Kofuji K., Ito Т., Murata Y., Kawashima S. Effect of chondroitin sulfate on the biodegradation and drug release of chitosan gel beads in subcutaneous air pouches of mice // Biological and Pharmaceutical Bulletin. - 2002. - Vol.25, No.2. - P.268-271). Перечисленные свойства определяются химическим строением молекул хондроитина сульфата, а именно, молекулярной массой, степенью и местом сульфатирования. (Michelacci Y.M., Dietrich С.Р. Structure of chondroitin sulphate from whale cartilage: distribution of 6- and 4-sulphated oligosaccharides in the polymer chains // International Journal of Biological Macromolecules. - 1986. - Vol.8, No.2. - P.108-113. Toida Т., Amomrut C., Linhardt R.J. Structure and bioactivity of sulfated polysaccharides // Trends in Glycoscience and Glycotechnology. - 2003. - Vol.15, No.81. - P.29-46).

Известен способ очистки хондроитина сульфата (ХС), предусматривающий растворение хондроитина сульфата в щелочной среде, ферментативный гидролиз белков, отделение высокомолекулярной углеводной фракции осаждением от низкомолекулярных продуктов гидролиза белка, остающихся в растворе, промывку полученного осадка и сушку готового продукта (Takai M., Kono H. Salmon-origin chondroitin sulfate: European Patent EP 1270599. МПК А61K 31/737. - Заявл. 15.12.2000; №EP 20000981747; Опубл. 02.01.2003).

Эта общепринятая технология реализуется различными авторами по-разному: изменяется последовательность, количество операций, температурные режимы, природа и концентрации используемых реагентов.

Известен способ выделения и очистки ХС, заключающийся в гидролизе исходного сырья и последующем осаждении ХС из гидролизата добавлением этилового спирта (Пат. РФ. №2056851, опубл. 27.03.1996; пат РФ №2061485, опубл. 10.06.1998; пат. РФ №. 2383351, опубл. 10.03.2010). Недостатками способа являются следующие. Требуется большой расход этилового спирта, а также необходимость его регенерации. Кроме того, осаждение не является полным, поэтому довольно значительная часть ХС остается в растворе.

Известен способ очистки полисахарида, основанный на электрохимическом осаждении полисахарида из раствора (Пат. США №7883615, опубл. 08.02.2011). В результате разрядки отрицательно заряженных молекул полисахарида, в частности хитозана, на аноде происходит осаждение полисахарида в виде гидрогеля. Полученный продукт в дальнейшем снимают с электрода, промывают в дистиллированной воде и сушат. Данный способ наиболее близок к предлагаемому и принят за прототип. Способ предназначен для получения пленок полисахарида для дальнейшего их использования в качестве плат в производстве биосенсоров. Электрохимическое осаждение в способе-прототипе осуществляют в кислой среде РН=5,0-5,5, плотность тока высокая и составляет 20-100 А/м², продолжительность электрохимического осаждения составляет 2-30 мин. Стабилизацию гидрогеля полисахарида проводят в щелочной среде (достаточно основным раствором).

Задачей предлагаемого изобретения является получение ХС с увеличенной массовой долей основного вещества, т.е. повышение степени очистки целевого продукта.

Она решается в электрохимическом способе очистки хондроитина сульфата, предусматривающем проведение электрохимического осаждения с получением гидрогеля ХС, стабилизацию, снятие с электрода, промывание и сушку, ХС растворяют в растворе 0,01-0,1н щелочи в соотношении 1:50-1:200 и проводят электрохимическое осаждение в щелочной среде при постоянном охлаждении и помешивании раствора со скоростью 10-20 об/мин, плотности тока 1-10 А/м², напряжении, необходимом для осаждения, стабилизацию гидрогеля ХС осуществляют в растворе 0,05-0,5 н НСl. При этом напряжение электрохимического осаждения составляет не менее 2,7 В, а время осаждения от 2 до 60 мин в зависимости от степени чистоты исходного ХС, сушку гидрогеля ХС осуществляют сначала на воздухе, а затем в сушильном шкафу при температуре не выше 60°С. Охлаждение реакционной смеси осуществляют проточной водой с температурой 4°C-15°C.

Электрохимическое осаждение проводят в щелочной среде, предварительно растворив исходный ХС в 0,01-0,10 н растворе щелочи, например NaOH или другой. Растворение ХС в щелочи и проведение электрохимического осаждения в щелочной среде обусловлено тем, что он растворяется значительно лучше в щелочной, чем в кислой или нейтральной средах, следовательно процесс очистки будет более полным. Соотношение масс хондротина сульфата и раствора щелочи составляет от 1:50 до 1:200 (концентрация ХС в растворе от 0,5 до 2,0%). Полученный раствор заливают в электролитическую ячейку.

Ячейка представляет собой емкость (стеклянный или полимерный стакан), в котором расположены электроды и перемешивающее устройство. Анод выполнен в форме цилиндра, расположенного у боковых стенок емкости, катод - в форме центрального стержня. Между катодом и анодом расположена вращающаяся мешалка, которая выполнена либо в форме рамки, либо лопасти, ось которой наклонена под углом к горизонтальной плоскости емкости.

Для охлаждения реакционной смеси емкость снабжена охлаждающим устройством в виде внешней рубашки, в которую подается охлаждающая вода. Для охлаждения емкость может быть погружена в сосуд с проточной охлаждающей водой или в жидкостный термостат. Температура охлаждающей воды от 4 до 15°С. Охлаждение необходимо для более полного осаждения гидрогеля ХС на электроде.

На электроды подают постоянное напряжение не менее 2,7 В, при напряжении ниже чем 2,7 В осаждения на электроде происходить не будет. Плотность тока составляет от 1 до 10 А/м², этой плотности вполне достаточно для проведения процесса. Высокие же плотности тока вызывают значительное выделение тепла, что не будет способствовать более полному осаждению ХС на электроде.

Электролиз проводят при постоянном медленном 10-20 об/мин перемешивании раствора между электродами в течение всего процесса электрохимического осаждения, т.е. 2-60 мин. Медленное перемешивание помогает включить в процесс электрохимического осаждения весь объем раствора в ячейке, перемешивание же со скоростью более чем 20 об/мин будет срывать осаждающийся на электроде гидрогель ХС.

По окончании электролиза, напряжение с электродов снимают, цилиндрический электрод с осажденным гидрогелем ХС переносят в сосуд с дистиллированной водой и промывают в течение 1-5 мин.

Затем электрод с осажденным гидрогелем ХС переносят в сосуд с 0,05-0,5 н НСl для окончательного формирования осадка, т.е. осуществляют стабилизацию образовавшегося гидрогеля, потом промывают дистиллированной водой.

Влажный гель срезают с поверхности электрода, сушат сначала на воздухе, а затем в сушильном шкафу при температуре не выше 60°С.

Полученный продукт измельчают в устройстве любой конструкции.

Пример

Навеску исходного ХС 5,0 г растворили в 500 мл 0,05 н раствора NaOH (или другой щелочи) и залили в электролитическую ячейку.

Электролитическая ячейка представляла собой стакан, в котором расположен цилиндрический анод и катод в виде центрального стержня. Электроды выполнены из нержавеющей стали. Между катодом и анодом помещена вращающаяся рамная мешалка.

Для охлаждения реакционной смеси ячейку помещали в емкость с проточной водопроводной водой. Температура охлаждающей воды составляла 8°С.

На электроды подавали постоянное напряжение 2,7 В. Ток в электролите составлял 2,5 А/м².

Электролиз проводят при постоянном медленном 20 об/мин перемешивании раствора между электродами в течение 10 мин.

По окончании электролиза напряжение с электродов снимают. Цилиндрический электрод с осажденным гелем хондроитина переносят в сосуд с дистиллированной водой и промывают в течение 1-5 мин.

Затем цилиндрический электрод с осажденным гелем ХС переносят в сосуд с 0,1 н НСl для окончательного формирования осадка (стабилизация), затем промывают дистиллированной водой.

Влажный гель срезают с поверхности электрода и сушат на воздухе, а затем в сушильном шкафу при температуре не выше 60°С.

Полученный продукт измельчают в ступке.

Выход ХС составил 4,3 г, т.е. 86%.

Изобретение позволяет получать препарат хондроитина сульфата с увеличенной массовой долей основного вещества, а также увеличить выход целевого продукта.

1. Электрохимический способ очистки хондроитина сульфата, включающий электрохимическое осаждение с получением гидрогеля хондроитина сульфата (ХС), стабилизацию, снятие с электрода, промывание, сушку, отличающийся тем, что ХС растворяют в растворе 0,01-0,1 н щелочи в соотношении 1:50-1:200 и проводят электрохимическое осаждение в щелочной среде при постоянном охлаждении и помешивании раствора со скоростью 10-20 об/мин, плотности тока 1-10 А/м², напряжении, необходимом для осаждения ХС, стабилизацию гидрогеля ХС осуществляют в растворе 0,05-0,5 н НСl.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что напряжение электрохимического осаждения составляет не менее 2,7 В.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что сушат гидрогель ХС сначала на воздухе, а затем в сушильном шкафу при температуре не выше 60°С.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что время электрохимического осаждения составляет от 2 до 60 мин в зависимости от исходной степени чистоты ХС.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение осуществляют проточной водой с температурой от 4°С до 15°С.