Извлечение витаминов группы в водорастворимыми полимерами

В поливитаминных комплексах, лекарственных препаратах, продуктах функционального назначения содержатся разнохарактерные витамины. Среди них водорастворимые витамины группы В – наиболее распространенные представители биологически активных веществ. Контроль их содержания является актуальной технолого-аналитической задачей.

Объекты исследования – тиамин гидрохлорид (В 1 ), рибофлавин (В 2 ) и рибофлавинмононуклеотид (В 2 ^*), пиридоксин гидрохлорид (В 6 ), цианокобаламин (В 12 ). Витамины группы В – легко растворимые в воде важнейшие биологически активные соединения. Нарушение их содержания в организме человека является одной из причин возникновения патологических процессов, дисфункций различных органов. Витамины группы B нельзя накопить в организме, поэтому их следует пополнять ежедневно. Все эти витамины разрушаются алкоголем, рафинированными сахарами, никотином и кофеином, поэтому многие люди испытывают их дефицит [1].

Для извлечения и концентрирования витаминов группы В применяются гидрофильные и гидрофобные органические растворители [2]. Однако данные о количественных характеристиках экстракции витаминов в таких системах

свидетельствуют об их неэффективности для извлечения целевых компон ентов из водных сред.

Наиболее полно современным требованиям, предъявляемым к экстракционным процессам, удовлетворяют двухфазные системы на основе н етоксичных и нелетучих синтетических водорастворимых полимеров. Макромолекулы таких полимеров характеризуются повышенной комплексообразующей способностью по отношению ко многим биологически активным веществам [3]. Кроме того, экстракция экологически безопасными водорастворимыми полимерами, например, поли-N-виниламидного ряда позволяет проводить без-реагентную реэкстракцию [4].

Обязательным условием экстракции такими полимерами является введение в водную фазу до экстракции высаливателя, способствующего образованию самостоятельной органической фазы. Высаливающее действие электролитов по отношению к органическим соединениям объясняется уменьшением количества несвязанной воды в водном растворе. Эффективность действия высаливателя зависит как от природы электролита, так и от свойств распределяемого вещества. Соли влияют на диэлектрическую проницаемость среды, ионную силу раствора, повышают количественные характеристики экстракции (коэффициенты распределения и концентрирования, степень извлечения).

Принципиальное значение в экстракционных процессах имеет надмолекулярн ое структурообразование [5], которое может происходить как в объеме фаз, так и на их границе. Известно, что полимеры поли-N-виниламидного ряда (поли-N-винилпирролидон, поли-N-винилкапролактам) характеризуются высоким сродством к биологически активным веществам, в том числе аминокислотам и витаминам [2, 3, 6]. Выбор водных растворов полимеров в качестве экстрагентов витаминов группы В обусловлен, прежде всего, их гидрофильностью и высокой комплексообразующей способностью по отношению к биологически активным веществам. Ранее изучено межфазное распределение в системах водорастворимые витамины (аскорбиновая, никотиновая, фолиевая кислоты, рутин) - полимер поли-N-виниламидного ряда и установлена эффективность таких экстракционных систем [6, 7].

Цель исследования состоит в изучении закономерностей межфазного распределения витаминов группы В в системах на основе синтетических водорастворимых полимеров и расчете количественных характеристик (например, степени извлечения) экстракции витаминов.

Навески витаминов фармакопейной чистоты массой 0,0020 г взвешивали на аналитических весах, помещали в мерную колбу вместимостью 100 см3 и при перемешивании дов одили до метки насыщенным раствором высаливателя. В качестве высаливателя применяли сульфат аммония. Этот электролит оказывает наибольшее высаливающее действие на экстракцию витаминов группы В [8]. Расслаивание системы с сульфатом аммония по сравнению с другими неорганическими солями происходит при меньших концентрациях соли и полимера, что способствует экономичному расходованию реагентов. Установлено, что при использовании в качестве высаливателя (NH4)2SO4 гетерогенность системы не нарушается в широком диапазоне рН.

Для экстракции применяли карбоцепные полимеры ПВП и ПВК со средневязкостными молекулярными массами 18000. Полимеры синтезировали из соответствующих мономеров методом радикальной полимеризации в растворе изопропилового спирта (рис. 1).

а                     б

Рис 1. Элементарные звенья: а - ПВП; б - ПВК

Концентрация полимеров изменялась в интервале 0,01-0,05 г/см3. Предварительные исследования показали, что при увеличении концентрации выше 0,05 г/см3 выпадают хлопья вследствие коагуляции полимера. В водном растворе полимеров образуются ассоциаты, при этом освобождается связанная вода, которая переходит в равновесную водносолевую фазу. В результате коэффициенты распределения витаминов с увеличением концентрации полимера свыше 0,05 г/см3 возрастают незначительно.

В градуированные пробирки с пришлифованными пробками помещали 20 см3 водносолевого раствора витамина, 2 см3 водного раствора полимера и экстрагировали 7 мин на вибросмесителе. Этого времени достаточно для установления межфазного равновесия.

Для расслаивания системы экстракты центрифугировали при 1500 об/мин в течение 10 мин. Затем измеряли соотношение объемов равновесных фаз ( r = V „ /V о ), которое изменялось по сравнению с соотношением исходных объемов вследствие частичной растворимости полимера в воде. Водную фазу отделяли от органической и анализировали методом УФ-спектрофотометрии (спектрофотометр Shimadzu UV mini-1240). Предварительно установлены спектральные характеристики витаминов в насыщенном водно-солевом растворе сульфата аммония: (Х х _ар) составляют 246, 445, 290 и 360 нм для витаминов В ] , В₂ (В₂), В₆ и В 1 ₂. В кварцевой кювете ( l = 1 см) измеряли оптическую плотность водно-солевого раствора при Х хар , по градуировочному графику находили концентрацию витамина в водном растворе.

Коэффициенты распределения ( D ) и степень извлечения ( R , %) витаминов в изученных системах вычисляли по известным уравнениям [4]:

D = co-,  R = —--100, cа         D + r где r – соотношение равновесных объемов водной и органической фаз.

Рассчитали коэффициенты распределения и степень извлечения витаминов группы В в системах на основе водорастворимых полимеров.

На межфазное распределение витаминов существенное влияние оказывает строение их молекул, наличие в структурах функциональных групп, способных образовывать внутри- и межмолекулярные водородные связи. Образование комплекса между полимером и витамином происходит за счет образования водородных связей между атомом кислорода полимера (неспаренная пара электронов) и атомом водорода в структуре витамина. Установлено, что максимальные экстракционные характеристики достигаются при извлечении витамина В 12 раствором ПВП. Надмолекулярное строение молекул витамина В 12 в большей мере по сравнению с другими витаминами способствует образованию ассоциатов с компонентами органической фазы.

Линейные зависимости коэффициентов распределения витаминов от концентрации полимеров (таблица) позволяют прогнозировать экстракционные характеристики распределяемых веществ и решать обратную задачу -применять растворы полимеров с известной концентрацией с целью достижения заданной степени извлечения витаминов. Haпример, при экстракции раствором ПВП с концентрацией 0,35 г/см³ D витаминов В 1 , B 2, B 2 ^* , B 6 и В 12 равны 2,9, 27,5, 20,4, 7,2 и 398,0. Значения аппроксимации ( R ²), полученные с помощью программного обеспечения Excel 2003, близки к единице, что свидетельствует о достоверности приведенных уравнений.

Таблица Расчетные уравнения зависимости коэффициентов распределения витаминов от концентрации полимера

Вита-мин	ПВП			ПВК
	Уравнение		R 2	Уравнение	R 2
B 1	lgD = 6,30∙C пʙп + 0,24	+	0,938	-	-
B* 2	lgD = 7,95∙C пʙп + 1,03	+	0,974	lgD = 6,79∙C пвк + + 0,99	0,959
B 2	lgD = 6,92∙C пʙп + 1,20	+	0,978	lgD = 5,56∙C пвк + + 1,14	0,971
B 6	lgD = 6,64∙C пʙп + 0,63	+	0,957	-	-
B12	lgD = 9,68∙C пʙп + 2,26	+	0,959	lgD = 5,37∙C пвк + + 1,52	0,982

Установлены закономерности межфазного распределения витаминов группы В в системах синтетический водорастворимый полимер – водно-солевой раствор. Изучено влияние концентрации полимеров на коэффициенты распределения и степ ень извлечения витаминов. Предложены экстракционные системы для эффективного извлечения витаминов из водных сред с применением водорастворимых полимеров.