No title

 

Лаборатория Гигротермических Процессов

ИТТФ НАН Украины

 

+(38044) 424-13-96

+(38044) 424-98-86

 

НА ГЛАВНУЮ    О ЛАБОРАТОРИИ    ТЕХНОЛОГИИ   ПРОЕКТЫ    СТАТЬИ    ВНЕДРЕНИЯ    КОНТАКТЫ

 

 

 

Оборудование для косметической отрасли и фармацииОборудование для ветеринарииОборудование для пищевой промышленностиоборудование для производства топлив, масел, ГСМ 

 

 

Статьи:

 English

Оборудование для:

 

Оборудование для:

 • Фармации и косметической отрасли

 • Пищевой промышленности

 • Ветеринарии

 • Производства топлив, масел, ГСМ

 

Рекламные проспекты:

reclama-01.JPG

reclama-02.JPG

 

УДК 532.696:541.182.644

 

РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ТА ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ОДЕРЖАННЯ СКЛАДНИХ ДИСПЕРСНИХ СИСТЕМ З БІОАКТИВНИМИ КОМПЛЕКСАМИ

Л.М. Грабов, кандитат технічних наук, ст. науковий співробітник,

Т.Л. Грабова, кандитат технічних наук, ст. науковий співробітник,

О.І. Шматок, науковий співробітник.

_____________________________________________

Інститут техничної теплофізики НАН України (ІТТФ НАНУ)

Експериментально досліджено вплив ефектів дискретно-імпульсного введення енергії в багатокомпонентні системи, реалізованих у дисково-циліндричних апаратах, на тепломасообмінні процеси одержання апі-препаратів.. Запропонована ДІВЕ-технологія дозволяє одержувати кінетично стабільні системи з високим вмістом біологічно-активних речовин.

The influence of the DPIE effects in the disc-cylinder apparatus on intensify heat-mass exchange processes of obtaining «вее»-drug is investigated. The proposed DPIE-technology has allowed to obtain kinetically stable system with a high content of biologically active substances.

Тепломасообмін, ДІВЕ, дисково-циліндричний, гідродинаміка, структурований, біологічно-активний

Цінним джерелом біологічно-активних речовин та комплексів природного походження є продукти бджільництва (апі-продукти), зокрема, бджолиний підмор (тільця бджіл) та забрус.

Бджолиний підмор – найбагатша природна комора унікальних цілющих речовин з високим біоенергетичним потенціалом. Він є комбінованою (рослинного та тваринного походження) сировиною, який включає практично усі компоненти меду, пилка, маточного молочка, прополісу. Лікарські властивості обумовлені вмістом у його складі таких біологічно-активних речовин та комплексів, як хітин, меланін, амінокислоти, мінерали, вітаміни, ферменти, гормоноподібні речовини та т.і. (табл. 1) [1-6].

Таблиця 1 – Cклад вихідного бджолиного підмору, % [3]

Cухий бджолиний підмор

Волога 

Мінеральні речовини

Хітин 

Білок 

Меланіни

8-10

2-3

10-12

50-80

20-30

        Волокна, які є складовою бджолиного підмору, прекрасні сорбенти й звільняють організм від токсинів: ендогенних (продукти порушення метаболізму та запалення, надлишок холестерину  і т.і.) та екзогенних (солі важких металів, радіонукліди, пестициди, гербіциди, алкоголь, медикаменти).

Хітиновий покрив бджіл містить цінні речовини: гепарини і гепариноїди, які придушують запальні процеси стабілізують кров'яний тиск, грають винятково важливу роль у підтримці рівноважного стану що згортає й протизгортання крові. При дослідженні бджолиного підмору з'ясували, що в ньому міститься досить велика кількість флавоноїдів та каротиноїдів (це речовини, що мають потужні антиоксидантні й антирадикальні властивості).

Забрус – верхні кришечки бджолиних стільників, основна складова якого – віск. Крім того, забрус містить прополіс, квітковий пилок, мед.

У воску виявлено великій вміст вітаміну А. Він досить повільно всмоктується в шкіру, утворюючи на ній як би захисну віскоподібну плівку, але при цьому не забиває пори. Крім своїх живильних і зм'якшуючих властивостей, бджолиний віск також виступає в якості гарної в`язкої, консервуючої й стійкої основи.

Мета і задачі лабораторних та експериментальних досліджень полягала в досліджені можливості одержання нової багатокомпонентної структурованої м`якої лікарської форми (МЛФ) у формі гелю на основі продуктів бджільництва (табл. 2) з метою розробки теплотехнології та обладнання для продукування апі-препаратів.

Таблиця 2 – Композиційний склад модельного продукту

 

Субстанції

Серія  випробувань №1

Серія випробувань №2

 

Найменування

Опис та фізичні властивості

1

2

3

Масова доля, %

4

5

1

Настоянка з біологічно-активними компонентами на основі бджолинного підмору

багатокомпонентна рідинна система з діючими речовинами є термолабільною

Настоянка з вмістом бджоли-ного підмору

6,6

Відфільтрована настоянка

5,3

2

Забрус

багатокомпонентна пластична система з діючими речовинами, з високою температурою плавлення 65…75 оС

3,3

2,5

3

Консервант

сольовий розчин

0,1

0,1

4

Масло м`яти перцевої

рідинна отдушка

0,1

0,1

5

Структуроутворювач

дрібнодисперсний порошок

1,5

1,3

6

Гліцерин

в`язка рідина (посилювач транспорту діючих речовин)

1,3

10

7

ПЕГ-400

рідина (компонент дисперсійного середовища)

0,7

5

8

Етанол 96%

рідина (екстрагент та компонент дисперсійного середовища)

2,6

3

9

Дімексид

в`язка рідина (для підсилення впливу діючих речовин)

6,6

5

10

Нейтралізатор

рідина (регулятор водневого показника для процесів структурування)

0,2

0,3

11

Вода дистильована

рідина (компонент дисперсійного середовища)

77

67,4

Оскільки попереднє очищення (промивання) підмору та його екстракту призводить до втрати біологічно-активних речовин (наприклад, зменшення вмісту суми флавоноїдів в апі-екстракті сягає більш ніж у 14 разів, а каротиноїдів – 1,8 рази) [6], тому для проведення досліджень було взято бджолиний підмор в інтактному (недоторканому) вигляді.

В основі одержання таких лікарських засобів лежить комплекс тепломасообмінних процесів: теплопередача при нагріванні/охолодженні або плавленні; диспергування (збільшення поверхні розділу фаз); гомогенізація; перемішування й розчинення; структурування; конвективна й молекулярна дифузія, а також перенесення речовини, що витягається із твердої фази в рідку, які лежать в основі процесу екстрагування.

Проведено 2 серії експериментальних досліджень, послідовність етапів яких наведено у табл. 3-6.

Таблиця 3 – Етапи проведення досліджень. Серія випробувань №1.

Процеси перемішування, гомогенізації та диспергування, структурування здійснювались в об`ємі суміші лабораторним пристроєм занурюючого типу з одним роторно-статорним ступенем. Швидкість зсуву в такому пристрої становить 70?103 с-1. При обробці в середовищі виникають зсувні напруги, які досягають 140 кПа, а частота пульсацій гідродинамічних параметрів потоку – до 1,7 кГц.

Процеси плавлення здійснювали автономно на лабораторній електроплитці ЕПЧ1-1,5/220.

Відрізняються серії досліджень організацією гідродинамічних та температурних умов процесів диспергування, гомогенізації, послідовністю введення компонентів у суміш та введення додаткового процесу грубої фільтрації для серії №2.

Таблиця 4 – Етапи проведення лабораторних досліджень. Серія випробувань №2.

Таблиця 5 – Заключний етап для серії випробувань №1

             

з/п

Компонент, який вводиться у суміш

рН, суміші

Т-ра,

оС

Примітка

1.

Настоянка з підмором

6

18

Введення лікарських речовин

2.

Розплав забруса

 

35

3.

Етанол 96 %

5,45

 

 

4.

Консервант

 

18,9

 

5.

Дисперсія карбомера у воді

 

18,9

Введення структуроутворювача

6.

Гліцерин

2,2

18,9

 

7.

ПЕГ-400

 

 

 

8.

Вода дистильована

2,36

 

 

9.

Нейтралізатор

2,86

 

Нейтралізація структуроутворювача

10

Вода дистильована

 

 

 

11

Масло м`яти

 

18-19

 

12.

Дімексид

 

 

 

13.

Вода дистильована

5,07

19

 

Таблиця 6 – Заключний етап для серії випробувань №2

з/п

Компонент, який вводиться у суміш

рН, суміші

Т-ра,

оС

Примітка

1.

Розплав суміши забруса з ПЕГ-400

 

64

Введення лікарських речовин

2.

Гліцерин

2,2

49

 

3.

Консервант

 

 

 

4.

Відфільтрована настоянка

 

40

Введення лікарських речовин

5.

Дімексид

 

30-31

 

6.

Етанол 96 %

5-6

30

 

7.

Масло м`яти

5,7-6

18-19

 

8.

Дисперсія карбомера у воді

 

 

Введення структуроутворювача

9.

Вода дистильована

 

 

 

10.

Нейтралізатор

4

 

Нейтралізація структуроутворювача

В результаті випробувань отримано дисперсні структуровані багатокомпонентні суміші в формі гелів.

Обидва зразка являє собою кінетично стійкі системи: протягом 24 місяців в статичних умовах при температурі оточуючого середовища 17-30 оС не спостерігається розшарування та змін у структурі систем.

Ліпші за структурною однорідність зразки за серією досліджень №2.

Морфологічні дослідження зразків показали наступне:

?   за дисперсним складом зразки №1 відносяться до грубодисперсних систем. Розмір дисперсних частинок в деяких полях зору досягає більш ніж 2 мм. Крім того, спостерігається неоднорідність розподілу дисперсних частинок по об`єму суміші.

?   основна маса дисперсних частинок у зразках № 2 складає 0,5...100 мкм. «Проскакування» частинок розміром більше 150 мкм трапляюся в 1 з 6 полів зору.

Але за вмістом біологічно-активних речовин кращі показники має зразок №1.

За результатами лабораторних досліджень було запропоновано відмовитись від процесу фільтрації, щоб максимально зберегти у гелі увесь спектр біологічно-активних речовин.

Процес мацерації поєднати з процесами диспергування, які здійснювати в дисково-циліндричному апараті типу АР-3000. Такій підхід дозволяє здійснювати та інтенсифікувати масообмінні процеси екстрагування біоактивних речовин за рахунок гідродинамічного режиму обробки системи та поступового розвинення поверхні контакту тверде тіло (бджолиний підмор) – екстрагент (розчин спирту).

За результати лабораторних та експериментальних досліджень проведено моделювання та масштабування процесів отримання апі-гелів на експериментальному стенді.

Для здійснення та інтенсифікації масообмінних та теплофізичних процесів залучити метод дискретно-імпульсного введення енергії у гетерогенні системи, який реалізується у дисково-циліндричних роторних апаратах типу АР-3000 [7,8].

Запропонована технологія отримання апі-гелів, яка складається з 3-х етапів (рис. 1 та табл. 7), має ряд переваг.

По-перше, в тепломасообмінних (зокрема, екстрагування, нагрів та т.і.) та фізико-хімічних (зокрема, нейтралізація та т.і.) процесах задіяно одну одиницю ємкісного обладнання.

Рис. 1 – Технологічна схема отримання апі-гелів

ГД – гомогенізатор-диспергатор; Р1 – реактор; НП – насос продуктовий; НЦ – насос циркуляційний; ПК – пульт керування; К1...К3 – запірно-регулююча арматура продуктового контуру; К4...К6 – запірно-регулююча арматура контуру циркуляції теплоносія; Е1 – електричний водонагрівач

Таблиця 7 – Технологічна карта отримання апі-гелів

- періодичний режим роботи устаткування.

По-друге, використання на всіх стадіях технологічного процесу апарата типу АР-3000 дозволяє: скоротити тривалість тепло- та масообмінних процесів, зокрема нагріву, екстракції, структурування; отримати стійкий структурно однорідний продукт з високим показником біодоступності діючих речовин. За рахунок короткочасного локального нагріву, який забезпечує обробка в апараті, зберегти термолабільні біологічно-активні речовини та скоротити енергозатрати на нагрівання та плавлення основ.

Для реалізації запропонованої технологічної схеми отримання структурованих апі-препаратів з високим вмістом біологічно-активних компонентів розроблено дослідно-промислова тепломасообмінна установка (рис. 2).

Установка має наступні технічні характеристики:

Продуктивність *, кг/год., не менше     1000

Встановлена електрична потужність, кВт      10,5

Робочий об`єм реактора, м3      0,03

Частота обертання перемішуючого пристрою, об/хв.        35…200

Температура теплоносія, оС      5…120

Габаритні розміри       1600x900x1400

Апарат АР-3000.

Кількість статорно-роторних ступенів, од.       4

Частота обертання роторів, об/хв.       2880

Частота  пульсацій, кГц     до 3,5

Тиск на всмоктувальній лінії, МПа       0,15-0,25.

Швидкість зсуву, с-1, до        192

Зсувні напруги , МПа, до        1,5

1 – пульт керування; 2 – електронагрівач; 3 – насос циркуляційний; 4 – дисково-циліндричний апарат типу АР-3000; 5 – насос роторний; 6 – ємність з перемішуючим пристроєм; 7 – рама; 8 – електродвигун перемішуючого пристрою

Рис. 2 – Дослідно-промислова установка для здійснення тепломасообмінних процесів отримання апі-гелів

Висновки

-   Випробування показали, що ефективність процесів одержання структурованих МЛФ з великім вмістом біологічно-активних комплексів на основі апі-сировини залежить від гідродинамічних та теплотехнологічних параметрів обробки. Застосування ефектів ДІВЕ, реалізованих у дисково-циліндричних апаратах роторно-пульсаційного типу дає можливість не тільки отримати новий продукт, а і інтенсифікувати ряд тепломасообмінних та фізико-хімічних процесів.

-   Отримані в роботі дані можуть бути використані для розробки нових технологій одержання структурованих лікарських та косметичних засобів з покращенними властивостями.

Література

1.  Лудянский Э.Е. Пчелы и здоровье / Э.Е. Лудянский – М.: Знание, 1989 – 48 с.

2.  Плахтій П. Д. Лікування продуктами бджільництва : [наук.-попул. вид.] / П. Д. Плахтій, А. І. Генко, Д. П. Плахтій. – Кам'янець-Подільський : ПП Буйницький О. А., 2008. – 38 с.

3.  Немцев С.В. Хитозан из подмора – новый продукт пчёл / С.В. Немцев, О.Ю. Зуева, Р.Г. Хисматуллин, М.Р. Хисматуллин, В.В. Лариков, В.П. Варламов // Пчеловодство. – 2011. –№5.

4.   Патент 2280463 РФ, МКИ А 61 К 35/ 119. Способ получения препарата для повышения резистентности организма / Луцук С.П. , Дробина А.И.

5.  .Темнов В.А. Технология продуктов пчеловодства / В.А. Темнов.  М.: Издательство «КОЛОС», 1967. – 192 с.

6.  Ермакова Н.Ю. Технология получения экстракта из пчелиного подмора / Н.Ю. Ермакова, А.Д. Рошаль, О.П. Сынчикова, Б.П. Сандомирский // Біотехнологія. – 2010. – Т.3, №2. – С. 89–95.

7.  Патент 20698 UA, МПК В01F 7/00. Реактронний гомогенізатор / Л.М. Грабов, В.І. Мерщій, В.Т. Жилеєв.; заявник и патентовласник ІТТФ НАНУ. – №97020627; опубл. 15.04.02, Бюл. №4.

8.  Долинский А.А. Метод ДИВЭ в инновационных технологиях и тепломассообменном оборудовании /   А.А. Долинский, Л.М. Грабов, Т.Л. Грабова // Промышленная теплотехника. – 2012. – Т. 34, № 3. – С. 18–30.

 

Автори:

Грабов Л.М. , к.т.н., ст.наук.сп. ІТТФ НАН України (044)424-13-96

Грабова Т.Л. , к.т.н., ст.наук.сп. ІТТФ НАН України (044)424-98-86

Шматок О.І., наук.сп. ІТТФ НАН України (044)424-98-86

 

 

Лаборатория Гигротермических Процессов

Лаборатория Гигротермических Процессов

ИТТФ НАНУ

Все права защищены ® 2009-2015