Разложение пищевых добавок

Актуально для: фармацевтики, пищевой промышленности, испытательных лабораторий.

Поскольку все больше и больше людей во всем мире активно ищут альтернативы фармацевтическим препаратам, значимость пищевых добавок постоянно растёт. Это обзор нормативов и правил по разложению нутрицевтиков, включая примеры, а также обзор соответствующих реакторов для разложения.

1 Что такое нутрицевтики?

«Пусть пища станет вашим лекарством». Эта известная цитата происходит от Гиппократа, греческого философа, известного как отцa медицины, и прекрасно сочетается с идеей нутрицевтиков.

Термин представляет собой комбинацию слов «нутриент» и «фармацевтический» и относится к биологически активным компонентам пищи, полученным из пищевых источников, которые, как утверждается, обеспечивают дополнительную пользу для здоровья по сравнению с исходной пищевой ценностью.

Поскольку в настоящее время все больше и больше людей ищут естественные альтернативы фармацевтическим препаратам, влияние и рынок нутрицевтиков значительно вырос за последние годы.

2 Как классифицируются нутрицевтики?

В литературе можно найти разные классификации нутрицевтиков. Этот термин в целом охватывает лекарственные продукты, функциональные продукты питания, пищевые добавки, диетические добавки, пищевые компоненты, изготовленные из растительного сырья, витамины и т. д. В целом, выделяют две основные области. [1].

2.1 Пищевые добавки

Идеальное определение дано в Википедии (2021 г.): «Пищевая добавка - это произведенный продукт, предназначенный для дополнения диеты путем приема пилюли, капсулы, таблетки или жидкости. Пищевые добавки могут содержать питательные вещества либо извлеченные из пищевых источников, либо синтетические, чтобы увеличить количество их потребления».

2.2 Функциональная пища

Термин функциональная пища относится к обычной пище, обогащенной определенными компонентами, оказывающими положительное влияние на здоровье. Внешний вид функциональной пищи обычно похож на обычную пищу, в которой не видно обогащения некоторыми компонентами. Обогащение означает, что добавляются различные ингредиенты или - альтернативно - например, растения модифицируются во время селекции, чтобы гарантировать, что они производят большее количество полезных компонентов уже в фазе роста.

Помимо этих двух основных различий, несколько стран ввели свою собственную индивидуальную классификацию нутрицевтиков. В то время как, например, в Канаде нутрицевтики могут быть пищей или лекарством, в США нутрицевтики регулируются в зависимости от их классификации как лекарство, пищевая добавка, пищевой ингредиент или пища.

3 Каковы мировые требования по разложению нутрицевтиков?

Термин «нутрицевтики» не регулируется в большинстве юрисдикций, однако, в зависимости от страны, ингредиентов и заявлений о продукте, он регулируется как пищевой продукт, пищевой ингредиент, диетическая добавка или фармацевтический препарат. Регулирование продуктов обеспечивается местными фармацевтическими органами, а именно FDA в США или EFSA в Европейском Союзе. Однако, в конце концов, производители и дистрибьюторы нутрицевтиков обязаны проводить элементный анализ.

• для обеспечения безопасности продукта - это включает анализ тяжелых металлов, таких как мышьяк, свинец, кадмий и ртуть,
• и гарантировать чистоту и состав своего продукта - это включает анализ питательных веществ, таких как кальций, магний, цинк, железо и т.д.

В США действует Закон о пищевых добавках и образовании (DSHEA) от 1994 года, который касается пищевых добавок, и Федеральный закон о пищевых продуктах и косметических средствах, который распространяется на все пищевые продукты и пищевые добавки.

Точно так же в ЕС несколько директив охватывают регулирование нутрицевтиков, например, Директива ЕС о пищевых добавках. 2002/46/EC и Регламент ЕС (ЕС) No 1925/2006 покрывают добавление витаминов и минералов в пищу и (EC) No 1881/2006 регулирует максимальный уровень загрязняющих веществ в пищевых продуктах. Некоторые нутрицевтики также могут претендовать на соответствие стандартам USP.

Помимо главы Фармакопеи США <232gt; Элементарные примеси - Пределы и <233gt; Элементарные примеси - Процедуры также была создана глава Фармакопеи США <2232gt; Элементные загрязнения в диетических добавках . USP <2232gt; ограничивает максимальные концентрации в готовых пищевых добавках четырех токсикологически значимых элементов - мышьяка, кадмия, свинца и ртути.

Допустимые суточные пределы воздействия (PDE) выводятся из рекомендованного ВОЗ еженедельного потребления.

Таблица 1: PDE «большой четверки» в диетических добавках согласно USP <2232gt;

Учитывая максимальное суточное потребление продукта, можно рассчитать пределы концентрации этих элементов. Анализ состава мышьяка и метилртути не требуется, если общее содержание элементов ниже указанных пределов.

Если максимальная суточная доза нутрицевтика составляет до 10 г, его можно проанализировать в готовой лекарственной форме (например, таблетке, капсуле) в соответствии с USP. Если максимальная суточная доза превышает 10 г, применяется опция суммирования. Это означает, что вместо конечного продукта каждый ингредиент самого продукта (активное соединение, наполнитель, связующее, краситель...) проверяется на содержание элементов, а затем суммируется - критериями приемлемости являются значения, приведенные в Таблице 1.

4 Как разложить нутрицевтики?

4.1 Пищевые добавки

Одним из наиболее представительных примеров диетической добавки является рыбий жир. Он содержит большое количество омега-3 жирных кислот, которые, как известно, уменьшают воспаление и улучшают гипертриглицеридемию.

Рыбий жир - это органический образец, который легко разлагается азотной кислотой. Однако из-за его высокой реакционной способности необходимо запрограммировать небольшие скорости нагрева, чтобы держать процесс разложения и создаваемое реакцией давление под контролем.

В данном примере отдельные капсулы рыбьего жира (710 мг) разлагали в трех разных микроволновых реакторах (см. Таблицу 2). Запрограммированное время нагрева составляло от 30 до 35 минут, и через 10-20 минут выдерживания при целевой температуре 200-250 °C вся капсула полностью и безопасно растворилась.

Типичная кривая нагрева показана ниже.

После разложения добавляли HCl для стабилизации Hg.

В экспериментах, где определялась «большая четверка», были достигнуты отличные результаты. В среднем значения извлечения составляли 101% для Cd, 94% для Pb, 102% для As и 100% для Hg. Среднее относительное стандартное отклонение составило 2% для каждого элемента.

Пищевые добавки представлены не только в капсулах, но и в таблетках. Как правило, таблетки состоят из двух основных компонентов: с одной стороны, есть активные ингредиенты, которые являются фактической причиной, по которой мы принимаем таблетку, а с другой стороны, есть вспомогательные вещества, которые гарантируют, что таблетке может быть придана соответствующая форма, что она сохранит свою форму и цвет, сохранит стабильность в течение длительного времени и т. д. Эти вспомогательные вещества включают стандартные материалы, такие как стеараты, производные целлюлозы, диоксид титана, диоксид кремния и т.д., и они являются основными компонентами любой таблетки - независимо от того, является ли она таблеткой для фармацевтических целей или нутрицевтиком.

Чтобы продемонстрировать способность микроволновых реакторов успешно разлагать таблетки, болеутоляющая таблетка на основе ацетилсалициловой кислоты была разложена в трех различных микроволновых реакторах (Таблица 2).

Таблетка весит 660 мг и ее разлагали с использованием разбавленной азотной кислоты и в некоторых случаях плавиковой кислоты при температуре от 180 °C до 250 °C (в зависимости от микроволнового реактора). Поскольку в образце присутствует много органического материала, снова были запрограммированы небольшие скорости нагрева (нагрев от 20 до 35 минут). Для стабилизации Hg после разложения следует добавить 1 мл HCl, чтобы улучшить показатели извлечения.

В различных экспериментах с использованием плавиковой кислоты и без нее можно было показать, что нет необходимости полностью разлагать таблетку, включая силикаты, так как степень извлечения измеренных элементов остается хорошей, даже если плавиковая кислота не используется и неразложенные силикаты все еще присутствуют в конечной матрице. Детали, а также результаты экспериментов суммированы в отчетах, упомянутых в таблице 2.

Таблица 2: Ссылка на номера документов для получения дополнительной информации о разложении и анализе рыбьего жира и обезболивающих таблеток.[2]

Другими типичными пищевыми добавками являются капсулы с благовониями, содержащие большое количество босвеллиевой кислоты, которая проявляет противовоспалительное действие. Одиночная капсула - с массой образца 440 мг - была разложена непосредственно в Multiwave 5000 с сосудами SVT при 220 °C с использованием 5 мл азотной кислоты. Уже через 10 мин при 220 °C был получен прозрачный раствор.

Дополнительную информацию о разложении капсул ароматизаторов см. в отчете по применению E38IA044EN.[2]

4.2 Функциональная еда

Несмотря на то, что некоторые элементы могут присутствовать в более высоких концентрациях, практических различий в разложении пищи и функциональной пищи нет, поскольку матрица аналогична, а следовательно, и ее поведение при разложении.

Чтобы продемонстрировать успешное разложение пищевых продуктов и функциональных пищевых продуктов в различных реакторах для микроволнового разложения (глава 5), в качестве репрезентативных образцов были выбраны сертифицированные стандартные образцы ткани устрицы (NIST 1566b) и листья шпината (NIST 1570a).

В зависимости от пределов реактора, типа и размера сосуда от 0,3 г до 1,0 г образцов разлагали с использованием HNO3 при температурах от 180 °C до 250 °C (HF не использовался, но также допускается, если требуется). После разложения добавляли 1 мл HCl для стабилизации таких элементов, как Hg.

Превосходные показатели извлечения для 19 измеренных элементов подтверждают пригодность соответствующего оборудования и ме

Для получения дополнительной информации о деталях эксперимента, обратитесь к отчетам, упомянутым в таблице 3.

Таблица 3: Ссылка на номера документов для получения дополнительной информации о разложении и анализе Ткани Устрицы и Листьев Шпината. [2]

Чтобы еще больше расширить диапазон и продемонстрировать пригодность отдельных реакторов для разложения различных видов пищевых продуктов, были разложены различные продукты каннабиса, а также типичные травы ТКМ (традиционной китайской медицины).

Разложение продуктов каннабиса, таких как цветы, масло, экстракт, печенье, мармелад и шоколад, проводилось в реакторах Multiwave GO Plus и Multiwave 7000 при температуре от 195 °C до 250 °C. Среда для разложения представляла собой слегка разбавленную азотную кислоту, а необходимое время разложения составляло всего 15 мин.

Для оценки результатов были проведены эксперименты для «большой четверки» (As, Cd, Hg, Pb). Показатели извлечения находились в установленных пределах Фармакопеи США <233gt;, Ph. Евро. 5.20 и ICH Q3D (от 70 до 150% для извлечения и не более 20% для RSD).

Для разложения трав TKM были выбраны 7 различных представителей (например, женьшень и имбирь), которые обрабатывались в Multiwave 5000 с использованием 6 мл азотной кислоты для образца весом 500 мг.

HF не требовалась для определения токсичных тяжелых металлов, поскольку силикатные остатки не влияли на последующий количественный анализ.

Для получения дополнительной информации о деталях эксперимента, обратитесь к отчетам, упомянутым в таблице 4.

Таблица 4: Ссылка на номера документов для получения дополнительной информации о разложении и анализе продуктов на основе каннабиса и трав ТКМ [2].

5 Какие приборы доступны для разложения нутрицевтиков?

На рынке доступно множество микроволновых систем разложения. Как узнать, какая из них подходит для ваших образцов?

Примеры в главе 4 показывают, что менее требовательные пробы можно разлагать в нескольких реакторах, в то время как более требовательные пробы требуют реакторов с более высокими значениями максимальных температур/давлений. Кроме того, требуемая производительность играет важную роль при выборе реактора.

В этой главе представлен обзор семейства приборов Multiwave от Anton Paar - различных реакторов, отвечающих различным потребностям в пробоподготовке.

5.1 Multiwave GO Plus

Multiwave GO Plus (рис. 1) - это начальная модель для микроволнового разложения. Она идеально подходит для образцов, которые могут разлагаться при температуре до 200 °C.

Рисунок 1: Multiwave GO Plus

Это включает особенно функциональную пищу, но также и простые органические материалы, такие как таблетки, упомянутые в главе 4.1, могут быть разложены с помощью Multiwave GO Plus. Система поставляется с одним ротором и позволяет обрабатывать параллельно 12 проб за один цикл.[3]

5.2 Multiwave 5000

Multiwave 5000 (рис. 2) - это модульная и универсальная система для микроволнового разложения, полностью соответствующая 21 CFR Часть 11. В зависимости от требований к типу пробы, ее массе и производительности, доступны разные роторы с разными характеристиками, которые можно использовать в одном приборе (рис. 3).

Рисунок 2: Multiwave 5000

Для высокореакционных органических образцов, например, такие добавки как масла или ладан, ротор SmartVent 20SVT50 рекомендуется для разложения до 250 °C. В этом роторе 20 образцов могут разлагаться параллельно, что обеспечивает высокую производительность. Если требуются более высокие давления и температуры, Rotor 8 позволяет разлагать даже самые сложные образцы в условиях до 280 °C и 80 бар.

Менее требовательные образцы, такие как функциональные пищевые продукты без содержания масла или с низким содержанием масла, могут быть успешно разложены с использованием технологии контролируемого сброса давления в роторах, рассчитанных до 41 образца для достижения невероятной производительности.[4]

Рисунок 3: Роторы для Multiwave 5000

Благодаря революционной концепции камеры для разложения под давлением (PDC) с микроволновым нагревом, Multiwave 7000 (рис. 4) является самым мощным реактором для разложения на рынке. Это позволяет увеличить время реакции разложения при высоких температурах до 300 °C с высокой пропускной способностью для параллельного разложения до 28 совершенно разных образцов. Соответствуя требованиям 21 CFR Часть 11, он подходит для строго регулируемой фармацевтической промышленности. Концепция PDC позволяет проводить параллельное разложение как нереактивных, так и высокореактивных образцов за один цикл.[5]

Рисунок 4: Multiwave 7000

Примеры, представленные в главе 4, были разложены в Штативе 18, поскольку он обычно используется для разложения нескольких сотен миллиграммов на сосуд. В зависимости от того, требуется плавиковая кислота или нет, для каждого типа Штатива доступны емкости из тефлона, а также кварцевые емкости. Последние являются оптимальным выбором, если для следового анализа важны низкие уровни фона.

5.4 BM500

Рисунок 5: Шаровая мельница BM500

BM500 - это универсальная лабораторная шаровая мельница, предназначенная для измельчения и гомогенизации широкого спектра образцов. Она позволяет быстро обрабатывать сухие, влажные и даже криогенные образцы. Доступны сосуды разных размеров и из разных материалов, чтобы обеспечить оптимальные результаты и предотвратить загрязнение образца. В зависимости от материала образца конечный достигаемый размер частиц составляет около 1 мкм.[6]

6 Выводы

Помимо обсуждения действующих в настоящее время правил разложения нутрицевтиков, этот обзор демонстрирует, что реакторы Anton Paar идеально подходят для успешного разложения пищевых добавок, а также функциональных продуктов питания, а также дает обзор каждого реактора для разложения и его особенностей, давая вам представление о том, какой реактор станет оптимальным для ваших индивидуальных требований.

7 Источники

• [1] Википедия, 2020
• [2] Для получения упомянутых отчетов о применении обратитесь к местному представителю Anton Paar или загрузите их напрямую с нашей веб-страницы
• https://www.anton-paar.com/us-en/services-support/document-finder/
• [3] Для получения подробной информации о системе для микроволнового разложения Multiwave GO Plus, см. https://www.anton-paar.com/us-en/products/details/microwave-digestion-system- multiwave-go/
• [4] Для получения подробной информации о платформе Multiwave 5000, см. https://www.anton-paar.com/us-en/products/details/multiwave-5000/
• [5] Для получения подробной информации о системе Multiwave 7000, см. https://www.anton-paar.com/us-en/products/details/microwave-digestion-system-multiwave-7000/
• [6] Подробнее о шаровой мельнице BM500 см. https://www.anton-paar.com/us-en/products/details/ball-mill-bm500/