Влияние вспомогательных веществ в производстве эмульсий

Интерес к пониманию природы и особенностей реологических свойств эмульсий обусловлен, с одной стороны, многочисленными и зачастую неожиданными эффектами, связанными с поведением эмульсий при их течении, и, с другой - этот интерес определяется нуждами промышленности, производящей и потребляющей многие сотни тысяч тонн эмульсий разнообразного состава, свойств и назначения.При рассмотрении реологического поведения эмульсий возникает ряд вопросов, общих для изучения этих систем, а именно:-какова роль вязкости диспергированных капель, причем немалый интереспредставляют и переходные ситуации, когда капли образованы «мягкими», т.е. легкодеформируемыми, но не текучими веществами (это, например, случай течения крови, вкоторой диспергированные капли - это красные кровяные шарики);-что происходит при увеличении концентрации, когда взаимным влиянием динамики потока вокруг диспергированных частиц пренебречь нельзя и становится необходимым учитывать взаимодействие отдельных капель;-какова роль поверхностно-активных веществ, которые используют для стабилизации эмульсий;-какова роль межфазных адсорбционных слоев ПАВ и каков вклад 2D реологии этих слоев в 3D реологию эмульсионных систем;-какова роль размера капель и их распределения по размерам;-какова связь между деформацией жидких капель в потоке и ориентацией формирующихся при этом анизотропных структур, и как эти структурные эффекты влияют на реологические свойства эмульсии в целом;-остаются ли капли устойчивыми при их деформировании или - в отличие от дисперсий твердых частиц - они могут разрушаться в потоке, и каковы закономерности разрушения капель под действием внешних сил;-что происходит при переходе к высококонцентрированным эмульсиям, которые – вотличие от суспензии твердых частиц - могут существовать при концентрацияхдиспергированной фазы, превышающих предел максимально плотной упаковки сферическихчастиц.Перечисленные выше вопросы обрисовывают лишь основной круг проблем, возникающих при выяснении природы и количественного описания реологических свойств эмульсий. Эти проблемы рассмотрены в представленной работе. Более подробно авторы остановились на обсуждении реологического поведения высококонцентрированных эмульсионных систем с концентрацией дисперсной фазы щ превышающей 0.71- 0.75, превышающих концентрационный предел ср* предельно плотной упаковки сферических частиц.2.2 Влияние концентрации дисперсной фазы и состава межфазных слоевСтремление к получению эмульсий с высоким содержанием дисперсной фазы (капель) обусловлено тем, что с точки зрения приложений в самых различных областях именно дисперсная фаза является носителем полезных прикладных свойств. В качестве некоторыхпримеров применения высококонцентрированных эмульсий в некоторых областях можно называть косметическую промышленность, производство некоторых пищевых продуктов, получение жидких взрывчатых веществ и др.Общий термодинамический подход к пониманию свойств высококонцентрированных эмульсий был предложен Принсеном [1]. Согласно физическим представлениям, предложенным им и развиваемым во многих последующих публикациях, получение высококонцентрированных эмульсий с превращением сферических частиц в многогранники возможно путем приложения к системе внешнего давления, которое сжимает капли. По своей физической природе это внешнее давление эквивалентно осмотическому давлению П, создаваемому в термодинамической системе. Это давление уравновешивается энергией, запасаемой вследствие увеличения поверхности капель при изменении их формы, так что: -TldV = odS, т.е. работа, совершаемая осмотическим давлением при изменении объема dV, равна работе изменения поверхности dS (сг- поверхностное натяжение).Запасенная поверхностная энергия служит источником упругости системы (т.е. высококонцентрированной эмульсии) в целом, которая проявляется при сдвиговом деформировании [2-4]. Полагается, что экспериментальным доказательством этой концепции является корреляция между модулем упругости при сдвиге G и осмотическим давлением П,При приложении постоянно действующего напряжения (или скорости деформации) высококонцентированные эмульсии текут как любые жидкости, проявляя сильно выраженные неньютоновские свойства. Однако это становится возможным только при превышении некоторого порога по напряжению, который, очевидно, имеет смысл предела текучести, оу. При напряжениях, меньших предела текучести (сг < ау), течение высококонцентрированных эмульсий невозможно.Схема, обобщающая характерные особенности изменения реологических свойств эмульсий при переходе от разбавленных (при <р << 1) к высококонцентрированным (в область ср > ср*) системам, показана на рисунке. Предел текучести возрастает при повышении концентрации дисперсной фазы.Принципиальный интерес представляет определение вязкоупругих свойств высококонцентрированных эмульсий, которые были измерены в очень широком частотном диапазоне для различных систем [1, 5-11].Модуль упругости высококонцентрированных эмульсий постоянен в очень широком диапазоне частот, охватывающем несколько десятичных порядков. Такое поведение характерно для упругих материалов, модуль упругости которых не зависит от частоты. Таким образом, в первом приближении высококонцентрированные эмульсии можно трактовать как линейные (в отношении механических свойств) упругие материалы. Рост модуля упругости наблюдается только при очень высоких частотах, что трактуется как механическое стеклование эмульсии, являющейся вязкоупругим материалом.Этим, однако, далеко не исчерпывается реология высококонцентрированных эмульсий. Дело в том, что в действительности они проявляют сильно нелинейные как вязкоупругие, так и вязко-пластичные свойства.Нелинейнаявязкоупругость отчетливо обнаруживается при измерении амплитудной зависимости модуля упругости при любых частотах. Большие напряжения (деформации) приводят к «размягчению» материала, как это следует из существенного понижения модуля упругости с возрастанием амплитуды деформаций. Такое поведение характерно для многих структурированных коллоидных систем, когда возрастание амплитуды деформаций при периодических колебаниях приводит к разрушению внутренней структуры и тем самым к снижению модуля упругости [12].Рисунок 3. Принципиальные особенности реологических свойств эмульсий во всей области концентраций:I- область разбавленных эмульсий - ньютоновских жидкостей r\= const;II- область умеренных концентраций - эмульсии представляют собой жидкости сослабо выраженным эффектом неньютоновского поведения;III- область высоких концентраций, в которой сильно выражено неньютоновское поведение эмульсий при течении и возможны проявления тиксотропии и вязкоупругости;IV- область «сжатых» (высококонцентрированных) эмульсий - вязко-пластичных упругих материалов с явно выраженным пределом текучести оу и широким частотным диапазоном постоянства модуля упругости, GОтдельную самостоятельную задачу при исследовании реологии эмульсий составляют проблемы, связанные с их устойчивостью, которая понимается двояко: устойчивость против действия механических напряжений в потоке, и стабильность во времени («старение»). Здесь, особенно во втором случае, основные способы анализа и решения возникающих проблем связаны с рассмотрением коллоидно-химических аспектов, обусловленных межфазными взаимодействиями и определяющей роли ПАВ [13, 14]. Реология в этом случае играет вспомогательную роль, являясь методом количественной оценки происходящих изменений. Таким образом, в данной работе рассмотрено влияние типа ПАВ на стабильность и реологию эмульсий на примере смесей белков с комплексообразующими низкомолекулярными поверхностно-активными веществами.ЗаключениеПроведённый анализ составов эмульсий лекарственных препаратов, включённых в Государственный реестр лекарственных средств, позволяет сделать вывод о широком использовании в их рецептуре вспомогательных веществ разных групп, значительно превосходящем ассортимент, традиционно описываемый в отечественной базовой фармацевтической литературе. Нарастающий интерес специалистов в этой области обуславливает выход в последние несколько лет серии отечественных изданий, подробно освещающих в том числе и номенклатуру используемых в различных фармацевтических композициях вспомогательных веществ. Часто физико-химические свойства лекарственных веществ не позволяют получить концентраты эмульсий в виде истинных растворов. В нередких случаях концентраты эмульсий представляют собой эмульсии и суспензии, для получения и обеспечения стабильности которых необходимо вводить в состав эмульсий дополнительные вспомогательные вещества. Это различные эмульгаторы, солюбилизаторы, стабилизаторы, пролонгаторы.Обоснованный выбор и применение соответствующих вспомогательных веществ позволяет создавать эффективные лекарственные препараты с высокими потребительскими свойствами.Список литературыАлексеев А.А., Павлова Л.А., Королев В.Л., Лоторев Д.С. Разработка технологии получения готовых лекарственных форм гетеромерного пептида //Современные проблемы науки и образования. 2015. № 1-2. С. 232. Аллен Л.В., Гаврилов А. Фармацевтическая технология. Изготовление лекарственных препаратов. Учебное пособие. – М.: ГЭОТАР-МЕД, 2014. –512 сГаврилов А. Фармацевтическая технология. Изготовление лекарственных препаратов. Учебник. – М.: ГЭОТАР-Медиа. – 760 с.Журавлева Л.А. Оценка антиоксидантной активности некоторых лекарственных препаратов при окислении эмульсий //Журнал физической химии. 2011. Т. 85. № 7. С. 1236-1240.Компанцев Д.В., Кульгав Е.А., Науменко С.В., Сысуев Б.Б. Влияние природы вспомогательных веществ на стабильность и реологические свойства некоторых эмульсий, содержащих сильные электролиты на примере крем-бальзама "Сустанорм" //Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2015. № 5-3. С. 457-464.КраснюкИ., Демина Н., Анурова М. Фармацевтическая технология. Руководство к практическим занятиям. Учебное пособие. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2018. – 368 с.Кузнецова И.Н., Юрченко В.С., Кочеткова Г.А. Стабильные нанодисперсии на основе перфторуглеродов и фосфолипидов //Химико-фармацевтический журнал. 2012. Т. 46. № 2. С. 52-56.Меньшутина Н., Мишина Ю., Алвес С. Инновационные технологии и оборудование фармацевтического производства. Том 1. – М.: Бином, 2016. – 328 с.Меньшутина Н., Мишина Ю., Алвес С., Гордиенко М., Гусева Е., Троянкин А. Инновационные технологии и оборудование фармацевтического производства. Том 2. – М.: Бином, 2013. – 480 с.Молчанов Г., Молчанов А., Кубалова Л. Фармацевтические технологии. – М.: Альфа-М, Инфра-М, 2016. – 336 с.Мухаммед А.А., Павлова Л.А., Максимов М.Л. Эмульгирующая и адсорбционная способность компонентов как обоснование лекарственной формы в виде эмульсии на их основе, и механизмов их гиполипидемического действия //Журнал научных статей Здоровье и образование в XXI веке. 2013. Т. 15. № 1-4. С. 390-395.Пантюхин А.В. Гетерогенные пероральные лекарственные формы в лечении заболеваний органов пищеварения //Саратовский научно-медицинский журнал. 2010. Т. 6. № 4. С. 762-766.Полковникова Ю., Дзюба В., Дьякова Н., Сливкин А. Технология изготовления лекарственных форм. Фармацевтическая несовместимость ингредиентов в прописях рецептов. Учебное пособие. Серия: Учебники для вузов. Специальная литература – М.: Лань, 2018. – 140 с.Синева Т.Д. Состав вспомогательных веществ мягких лекарственных форм противоаллергического действия: безопасность применения у детей //Вопросы практической педиатрии. 2009. Т. 4. № 5. С. 75-77.Щекалёва Р.К., Зубова В.В. Обоснование выбора растительных биоресурсов, используемых в технологии функциональных эмульсионных напитков.В сборнике: Новая экономика, бизнес и общество Сборник материалов апрельской научно-практической конференции молодых учёных ШЭМ, научное электронное издание. Ответственный редактор А.Б. Косолапов. 2017. С. 937-942.