The influence of technological factors on the extraction of biologically active substances from a package (sachet) containing black alder and grey alder leaves

Full Text

Введение

В ассортиментных портфелях производителей лекарственного растительного сырья постоянно увеличивается доля продукции, выпускаемой в виде дозированных лекарственных форм – пакетов (саше). По данным государственного реестра лекарственных средств Республики Беларусь, а также сайтов tabletka.by и 103.by на 01.05.2025 на рынке РБ имеется 139 наименований ЛРС, зарегистрированного как лекарственные препараты и биологически активные добавки (БАД). Из них 58 - лекарственные препараты, из которых 27 являются дозированными и выпускаются в виде фильтр-пакетов [1-4].

В соответствии с Государственной фармакопеей Республики Беларусь растительные чаи состоят из одного или более измельченного, реже, цельного, лекарственного растительного сырья (ЛРС) и предназначены для приготовления жидких лекарственных средств для орального применения после изготовления водных извлечений, согласно статьи «Настои, отвары и чаи». Для этого нормированное количество растительного сырья заливают нормированным количеством кипящей воды и выдерживают в течение указанного промежутка времени¹.

В промышленности для изготовления саше, содержащих растительные чаи, используется фильтровальная бумага и нейлон. Данные материалы при погружении в горячую воду обеспечивают проникновение ее внутрь пакета и извлечение действующих веществ из ЛРС в пакете. Содержимое саше (пакетов) чаще всего представляет собой измельченное растительное сырье, расфасованное по 1,2 – 2,0 грамма. Такая форма выпуска имеет ряд преимуществ: точность дозирования, удобство в использовании (исключаются стадии дозирования, процеживания и фильтрования), уменьшение потерь действующих веществ, портативность при транспортировке [5].

Для изготовления фильтр-пакетов используют фильтровальную бумагу и нейлон. Фильтровальная бумага – это материал, который используется для фильтрации жидкостей, состоит из специальных целлюлозных волокон, образующих микропористую структуру. Когда жидкость проходит через бумагу, она задерживает частицы и загрязнители, позволяя проходить только чистой жидкости. Существует два типа фильтровальной бумаги: термосвариваемую и нетермосвариваемую, которые различаются показателями качества (плотность, толщина, герметичность, разрываемость) и имеют различия в способах производства [6].

Термосвариваемая фильтровальная бумага производится с использованием специального покрытия, которое при нагревании слипается и создает герметичные швы. Ее плотность может составлять 16,5, 17, 21, 23 г/м² и подбирается в зависимости от пыльности сырья в соответствия с требованиями производителя. Полиэтилен является распространенным материалом, используемым в термосвариваемых пакетах из-за его долговечности, гибкости и доступности. Он также считается пищевым материалом, соответствующим требованиям FDA (Food and Drug Administration). Полипропилен — еще один материал, используемый в термосвариваемых пакетах, обладает высокой прозрачностью, прочностью и устойчивостью к химическим веществам. Термосвариваемая бумага также обычно более прочная, чем нетермосвариваемая.

Нетермосвариваемая фильтровальная бумага не имеет специального покрытия и не может быть герметически сварена. Она используется для изготовления фильтров, которые не требуют герметичности, например, фильтры для фасовки чая, лекарственных трав, кофе или горчичников в пакетах. Нетермосвариваемая бумага обычно более мягкая и гибкая, что делает ее более удобной для использования при фильтрации жидкостей или других материалов.

Нейлон – это общее наименование для большой категориии синтетических полиамидов типа фибры, который отличается легкостью, прочностью, надежностью и безопасностью для здоровья человека даже при нагревании или резком изменении температуры. Нейлон для упаковки чая в пирамидки – это экологически безвредная расходная водопроницаемая мягкая прочная сеточная структура, предназначенная для использования на предприятиях пищевой или фармацевтической промышленности с целью формирования одноразовых пакетиков. Растительные чаи, расфасованные в нейлоновые пакетики, безопасны и не выделяют никаких элементов при высокой температуре воды.

Качество получаемых водных извлечений из растительных саше может зависеть от характеристик материала, из которого изготовлены чайные пакеты, времени настаивания и соотношения сырье:экстрагент [7, 8, 9].

Анализ способов приготовления водных извлечений из фильтр-пакетов, зарегистрированных в РБ, показал, что 18 из 21 случаев рекомендуемое время экстрагирования – 15 минут, в 2 случаях – 5-10 минут, в одном – «до полного охлаждения». Согласно инструкциям соотношение сырье:экстрагент (г:мл) различное: 1,2-1,5:50, 1,2-1,5:100, 1,2-1,5:200, 1,2-1,5:250. Данные условия получения водных извлечений отличаются от условий приготовления настоев и отваров, регламентированных в ГФ РБ том 1 «Настои, отвары и чаи».

Таким образом, отсутствие универсальных подходов к приготовлению водных извлечений из пакетов (саше), содержащих порошки лекарственного растительного сырья, а также использование различных материалов для производства их первичной упаковки и различные технологические характеристики самого сырья предполагают изучение полноты экстракции биологически активных веществ из ЛРС при приготовлении из них чаев [9-10].

Цель работы: изучение влияния различных технологических факторов на извлечение биологически активных веществ из порошка растительного сырья, упакованного в пакеты (саше).

Материалы и методы

Объектом исследования были саше, изготовленные из фильтровальной бумаги различной плотности (11 г/м², 21 г/м², 23 г/м²) и нейлона, содержащие 1,2 г порошка²  листьев ольхи черной (ОЧ) и листьев ольхи серой (ОС), проходящего сквозь сито 2000 .

Для выбора оптимальных условий экстрагирования суммы БАВ из пакетов листьев ОЧ или ОС оценивали влияние следующих факторов:

1. Время экспозиции в горячей воде (10, 20, 30, 40, 50, 60 минут);
2. Температурный режим экстракции, зависящий от условий настаивания: настаивание в стеклянном стакане (комнатная температура) и термос (t 65-70 С);
3. Упаковочный материал (пакеты, изготовленные из фильтровальной бумаги «КАN» с плотностью 11, 21 и 23 г/м², и нейлонового материала «OKILON SHA»).
4. Соотношение сырье:экстрагент (1,2 г: 50 мл, 1,2 г:100 мл)

На первом этапе фильтр-пакет (плотность бумаги 23 г/ м²) и нейлоновый пакет с растительным сырьем помещали в стеклянный стакан и термос, добавляли к каждому пакетику по 50 мл кипятка и настаивали. Через каждые 10 мин  в течение часа производили забор проб для количественного определения действующих веществ. После установления оптимального времени и температурного режима, в данных условиях производили настаивание, добавляя к 1 пакету 100 мл кипятка. Таким образом, устанавливали оптимальное соотношение сырье: экстрагент (г:мл). Для оценки влияния упаковочного материала на полноту извлечения БАВ из листьев ОЧ и листьев ОС, готовили извлечения из нейлоновых пакетов и фильтр-пакетов с различной плотностью (21 г/м² и 11 г/м²) с соблюдением оптимальных условий, установленных ранее. Все исследования проводили в 5-ти повторностях.

Оценку содержания биологически активных веществ в извлечениях выполняли согласно статьям ГФ РБ том 2 «Ольхи черной листья» и «Ольхи серой листья»³.

Спектрофотометрическое определение проводили на спектрофотометре Solar РВ 2201, количественное определение методом ВЭЖХ проводил на приборе макри Dionex UltiMate 3000 («Thermo Fisher Scientific», США), оснащенный диодно-матричным детектором, программа Chromeleon 7.

Статистическую обработку полученных результатов при попарном сравнении проводили с использованием пакета анализа Microsoft Excel 2016, т.к. результаты имели нормальное распределение, сравнение 3 и более групп проводили с использованием пакета «Statistica 10,0».

Результаты и их обсуждение

Результаты статистической обработки, проведенные с использованием t-критерия Стьюдента приведены в таблице 1.

На рисунке 1 представлены результаты зависимости количественного содержания ФС, гиперозида и эллаговой кислоты в водных извлечениях из фильтр-пакетов с плотностью бумаги 23 г/м² листьев ОС и ОЧ от температурного режима и времени настаивания.

А	D
В	E
С	F
листья ольхи серой	листья ольхи черной

Рисунок 1. Количественное содержание БАВ в извлечениях из фильтр-пакетов плотностью 23 г/м²: А – содержание ФС в извлечениях ОС, В - содержание ЭК в извлечениях ОС; С - содержание гиперозида в извлечениях ОС; D – содержание ФС в извлечениях ОЧ, E - содержание ЭК в извлечениях ОЧ; F - содержание гиперозида в извлечениях ОЧ

Figure 1. Quantitative content of biologically active substances in extracts from filter bags with a density of 23 g/m2: A – content of PC in AG extracts, B – content of EA in AG extracts; C – content of hyperoside in AG extracts; D – content of PC in AB extracts, E – content of EA in AB extracts; F – content of hyperoside in AB extracts

На основании результатов, представленных на рисунке 1 видно, что при настаивании фильтр-пакетов с порошками листьев ольхи черной и листьев ольхи серой в термосе до 30 мин наблюдается увеличение содержания всех БАВ в извлечениях. Статистический анализ содержания БАВ в извлечениях в термосе показал, что с 20 до 30 минуты изменения статистически значимы, с 30 до 60 минуты не происходит статистически значимых изменений (таблица 1).

Настаивание в термосе обеспечивает статистически значимо большую экстракцию БАВ по сравнению с настаиванием при комнатной температуре в стеклянном стакане: на 30 мин настаивания - для листьев ОС ФС – в 1,7 раз выше, ЭК – 2,2 раза выше, гиперозида – в 1,14 раза выше; для листьев ОЧ ФС - в 1,6 раза выше (p=0,0112), ЭК – в 1,5 раза выше, гиперозида – в 1,2 раза выше (таблица 1). Таким образом, оптимальным временем настаивания является 30 минут в термосе.

Аналогичная зависимость извлечения всех исследуемых соединений наблюдается и при настаивании нейлоновых пакетиков, содержащих порошок листьев ОЧ и листьев ОС (рисунок 2).

A	D
B	E
C	F
листья ольхи серой	листья ольхи черной

Рисунок 2. Количественное содержание БАВ в извлечениях из нейлоновых пакетов листьев ольхи серой и ольхи черной: А – содержание ФС в извлечениях ОС, В - содержание ЭК в извлечениях ОС; С - содержание гиперозида в извлечениях ОС; D – содержание ФС в извлечениях ОЧ, E - содержание ЭК в извлечениях ОЧ; F - содержание гиперозида в извлечениях ОЧ.

Figure 2. Quantitative content of biologically active substances in extracts from nylon bags of grey alder and black alder leaves: A – content of PC in AG extracts, B – content of EA in AG extracts; C – content of hyperoside in AG extracts; D – content of PC in AB extracts, E – content of EA in AB extracts; F – content of hyperoside in AB extracts.

Статистически значимые отличия содержания БАВ в извлечениях из нейлоновых пакетов с 20 до 30 мин и отсутствие статистически значимых отличий с 30 до 60 мин подтверждаются значениями t-критерия Стьюдента, также подтверждаются статистически значимые отличия и при различных температурных режимах настаивания (таблица 1)

 

Вид сырья	Сравниваемые условия настаивания	Вид упаковки	t экспер.
			ФС	ЭК	Гиперозид
время настаивания мин
ОЧ	20 и 30 мин	нейлон	7,932*	3,113*	2,970*
		фильтр-пакет 23 г/м2	5,987*	38,091*	24,013*
	30 и 40 мин	нейлон	0,595	1,183	1,247
		фильтр-пакет 23 г/м2	1,395	1,191	0,890
	30 и 60 мин	нейлон	1,733	2,365	1,408
		фильтр-пакет 23 г/м2	2,189	0,378	1,089
ОС	20 и 30 мин	нейлон	3,350*	44,168*	2,943*
		фильтр-пакет 23 г/м2	5,666*	73,301*	2,923*
	30 и 40 мин	нейлон	0,638	1,003	1,622
		фильтр-пакет 23 г/м2	0,886	1,270	2,165
	30 и 60 мин	нейлон	0,868	1,001	1,237
		фильтр-пакет 23 г/м2	2,708	0,651	1,437
Температурный режим настаивания
ОЧ	Стакан/термос	нейлон	19,224	69,913	5,068
		фильтр-пакет 23 г/м2	22,320	26,543	26,615
ОС	Стакан/термос	нейлон	146,145	18,327	20,349
		фильтр-пакет 23 г/м2	130,012	20,965	12,373

* - сравниваемые группы статистически значимо отличаются (t_эксп > t_крит)

Таблица 1. Результаты статистической обработки данных эксперимента по определению оптимальных времени и температуры настаивания (t_крит (P=0,95; ν = 8) =2,776)

Table 1. Results of statistical processing of experimental data to determine the optimal time and temperature for infusion (t_крит (P=0,95; ν = 8) =2,776)

На рисунке 3 представлены результаты определения содержания БАВ в извлечениях, полученных из фильтр-пакетов (плотность 23г/м²) и нейлоновых пакетов с порошком листьев ольхи черной и ольхи серой при настаивании в течение 30 минут в термосе в соотношениях сырье:экстрагент 1:100 и 1:50.

A	B
С

Рисунок 3. Количественное содержание БАВ в извлечениях, полученных в соотношении сырье: экстрагент 1:100 и 1:50: А – содержание ФС, В - содержание ЭК; С - содержание гиперозида.

Figure 3. Quantitative content of biologically active substances in extracts obtained in the raw material: extractant ratio of 1:100 and 1:50: A – content of PC, B – content of EA; C – content of hyperoside.

Вид сырья	Сравниваемый параметр (соотношение сырье:эстрагент (г:мл))	Вид упаковки	t экспер.
			ФС	ЭК	Гиперозид
ОЧ	1:50/1:100	нейлон	25,295*	118,494*	14,609*
		фильтр-пакет 23 г/м2	14,234*	106,583*	19,159*
ОС	1:50/1:100	нейлон	148,699	46,166	32,619
		фильтр-пакет 23 г/м2	130,6025	175,372	18,162

* - сравниваемые группы статистически значимо отличаются (t_эксп > t_крит)

Таблица 2. Результаты статистической обработки данных эксперимента по определению оптимального соотношения сырье:экстрагент (г:мл) (t_крит (P=0,95; ν = 8) =2,776)

Table 2. Results of statistical processing of experimental data to determine the optimal raw material:extractant ratio (g:ml) (t_крит (P=0,95; ν = 8) =2,776)

Анализ данных, представленных на рисунке 3 и таблице 2 показал, что увеличение объема воды при получении извлечения из 1 пакета в 2 раза, приводит к статистически значимому снижению содержания БАВ в 1 мл извлечения примерно в 2 раза. Следовательно, оптимальным является экстракция в соотношении 1,2:50 мл. Однако анализ условий приготовления водных извлечений из фильтр-пактов сырья, зарегистрированного на рынке Республики Беларусь показал, что минимальный объем извлечения, рекомендуемый в инструкциях по применению является 100 мл. В 4 случаях для зарегистрированных видов сырья (листья крапивы, трава череды, трава пустырника, трава чистотела) предлагается 2 фильтр-пакета заливать 100 мл воды. Учитывая, что 50 мл воды обеспечивает максимальное извлечение БАВ из фильтр-пакетов и нейлоновых пакетов с порошком листьев ольхи черной и серой, нами также будет рекомендоваться использовать 2 фильтр-пакета наставать 100 мл горячей воды в термосе в течение 30 мин.

Для определения влияния на экстракцию БАВ из ЛРС материала, из которого изготавливаются дозированные саше, использовали фильтр-пакеты различной плотности (11 г/м², 21 г/м², 23 г/м²) и нейлоновые пакеты. На рисунке 4 представлены результаты определения полноты извлечения БАВ из листьев ольхи серой и черной, расфасованных в саше из разных материалов, при настаивании в соотношении 1,2:50 горячей водой в термосе в течение 30 мин.

А	В
С

Рисунок 4. Количественное содержание БАВ в извлечениях, полученных из пакетов различных материалов: А – содержание ФС, В - содержание ЭК; С - содержание гиперозида.

Figure 4. Quantitative content of biologically active substances in extracts obtained from packages of different materials: A – content of PC, B – content of EA; C – content of hyperoside.

Вид сырья	Сравниваемый параметр (соотношение сырье:эстрагент (г:мл))	Fэксп
		ФС	ЭК	Гиперозид
ОЧ	нейлон, ф/п 11г/м2 21г/м2 23г/м2	1,61	1,89	2,89
ОС	нейлон, ф/п 11г/м2 21г/м2 23г/м	1,39	2,71	1,20

* - сравниваемые группы статистически значимо отличаются (F_эксп >F _крит, р <0,05)

Таблица 3. Результаты статистической обработки данных эксперимента по определению оптимального укупорочного материала для приготовления пакетов (саше) (F_крит (P=0,95; ν₁ = 3; ν₂ = 16) =3,24)

Table 3. Results of statistical processing of experimental data to determine the optimal closure material for preparing packages (sachets) (F_крит (P=0,95; ν₁ = 3; ν₂ = 16) =3,24)

Содержание ФС в извлечениях ОЧ, полученных при настаивании фильтр-пакетов с плотностью 23 г/м² в течение 30 минут в термосе, статистически не отличается от нейлоновых пакетов, фильтр-пакетов с плотностью 21 г/м², фильтр-пакетов с плотностью 11 г/м². Содержание ФС в извлечениях ОС, полученных при настаивании фильтр-пакетов с плотностью 23 г/м² в течение 30 минут в термосе, статистически не отличается от нейлоновых пакетов, фильтр-пакетов с плотностью 21 г/м², фильтр-пакетов с плотностью 11 г/м² (таблица 3).

Установлено, что материал (нейлон, фильтровальная бумага различной плотности), использованный в эксперименте при изготовлении фильтр-пакетов, содержащих листья ольхи серой и черной, не влиял на количественное содержание ФС в полученных водных извлечениях. Таким образом любой из данных материалов может быть использован при производстве фильтр-пакетов листьев ольхи серой и черной в промышленных масштабах.

Заключение

1. Установлены технологические приемы, обеспечивающие максимальное извлечение БАВ из порошков листьев ольхи черной и ольхи серой, упакованных в саше из фильтровальной бумаги и нейлона: настаивание 1 саше (1,2 г) с 50 мл горячей воде в термосе, обеспечивающем поддержание температуры 60-70 С, в течение 30 мин.

2. Для изготовления саше, содержащих порошки листьев ольхи черной и ольхи серой, в качестве первичного упаковочного материала может использоваться нетермосвариеваемая фильтровальная бумага плотностью 11 г/м², термосвариеваемя фильтровальная бумага плотностью 21 г/м² и 23 г/м², а также нейлон. При использовании данных материалов содержание БАВ в водных извлечениях из порошков листьев ольхи черной и ольхи серой статистически значимо не отличаются.

 

¹ Государственная фармакопея Республики Беларусь. Т. 2. Общие статьи на лекарственные формы и субстанции. Молодечно, 2016

² Государственная фармакопея Республики Беларусь. Т. 2. Ситовой анализ. Молодечно, 2016

³ Государственная фармакопея Республики Беларусь. Т. 2. Контроль качества субстанций для фармацевтического использования и лекарственного растительного сырья. Молодечно, 2016

About the authors

Volha V. Mushkina

Belarusian State Medical University

Author for correspondence.
Email: olga7081@tut.by
ORCID iD: 0000-0002-3397-1220

Cand. Sci. (Pharmacy), Associate professor, Head of the Department of Pharmacy Organization.

Belarus, Minsk

Nataliya S. Gurina

Belarusian State Medical University

Email: nsgur@mail.ru
ORCID iD: 0009-0009-9150-5728

Dr. Sci. (Biology), Professor, Dean of the Faculty of Pharmacy.

Belarus, Minsk

References

Supplementary files