1. Актуальность научной проблемы, предлагаемой к решению в рамках НИР, включая современное состояние исследований по проблеме и научную значимость её решения
Актуальность исследования обусловлена стратегической необходимостью создания импортонезависимых «зелёных» технологий получения биоактивных веществ (БАВ) из лекарственного растительного сырья для фармацевтической и нутрицевтической промышленности. Глубокие эвтектические растворители (ГЭР) позиционируются как перспективная альтернатива токсичным органическим экстрагентам благодаря низкой токсичности, биосовместимости, простоте синтеза из доступного отечественного сырья и возможности тонкой настройки физико-химических свойств. Однако, несмотря на активное развитие фундаментальных исследований в области ГЭР (публикации в Green Chemistry, ACS Sustainable Chemistry & Engineering и др.), их практическое внедрение в промышленные технологические циклы сдерживается тремя критическими барьерами:
Отсутствие адаптированных методик фитохимического анализа экстрактов в матрице ГЭР из-за выраженных матричных эффектов (влияние компонентов ГЭР на аналитический сигнал в реакциях Фолина–Чокальтеу, комплексообразования с Al³⁺, DPPH/ABTS и др.), что делает невозможным корректный контроль качества экстрактов;
Недостаточная изученность устойчивости БАВ при экстракции и хранении в среде ГЭР, включая риски деградации фенольных соединений, алкалоидов и термолабильных компонентов под действием кислотно-основных свойств растворителей и энергетических воздействий (ультразвук, СВЧ);
Принципиальное технологическое ограничение, связанное с нелетучестью ГЭР, что затрудняет выделение и концентрирование целевых БАВ без применения дополнительных органических растворителей, сводя на нет экологические преимущества технологии.
Научная значимость решения проблемы заключается в формировании системного подхода к преодолению указанных барьеров через интеграцию аналитической химии, физико-химии растворов и химической инженерии. Результаты проекта заполнят существующий пробел между лабораторными исследованиями экстракции в ГЭР и их промышленной реализацией, обеспечив научную основу для создания масштабируемых, экологически безопасных и технологически суверенных производственных процессов в РФ.
2. Цель научного исследования
Разработка научно обоснованной технологической платформы извлечения, стабилизации и последующего выделения биоактивных веществ из лекарственного растительного сырья с использованием глубоких эвтектических растворителей, обеспечивающей корректный аналитический контроль, подтверждённую устойчивость соединений и возможность получения промышленно применимых концентратов в интересах ООО «ВаВи Фарм».
3. Общий план выполнения НИР на весь период — описание задач, предлагаемых к решению с указанием методов и подходов выполнения поставленных задач, включая детализацию для каждого этапа реализации НИР (финансового года)
Этап 2027 г. Исследование влияния матрицы ГЭР на фитохимический анализ экстрактов
Задачи: (1) выявление и количественная оценка матричных эффектов ГЭР на ключевые аналитические реакции; (2) разработка и валидация адаптированных методик определения суммарных полифенолов, флавоноидов, полисахаридов, алкалоидов, танинов и антиоксидантной активности.
Методы: использование модельных соединений (галловая/кофейная кислоты, кверцетин, кофеин, декстран) и реальных экстрактов (Rhaponticum carthamoides, Oplopanax elatus, Cistanche deserticola и др.); спектрофотометрия (УФ-Vis), ВЭЖХ-УФ/МС; систематический скрининг 20+ ГЭР на основе холина хлорида, аминокислот, бетаина и углеводов с варьированием содержания воды (10–30%).
Результат: методический инструментарий фитохимического анализа экстрактов в ГЭР (УГТ-2).
Этап 2028 г. Исследование устойчивости БАВ в ГЭР при экстракции и хранении
Задачи: (1) оценка стабильности модельных БАВ и растительных экстрактов в ГЭР при ультразвуковой и микроволновой экстракции; (2) изучение долгосрочной стабильности экстрактов при хранении; (3) формирование рекомендаций по выбору состава ГЭР и режимов обработки.
Методы: ускоренные испытания на стабильность (варьирование температуры 25–80 °C, времени 5–60 мин, мощности ультразвука/СВЧ); кинетический анализ деградации методами ВЭЖХ-МС; мониторинг профиля БАВ и антиоксидантной активности в течение минимум 6 месяцев хранения.
Результат: систематизированные данные о стабильности БАВ в ГЭР и рекомендации по оптимизации экстракции (УГТ-3).
Этап 2029 г. Разработка технологий выделения и концентрирования БАВ из ГЭР
Задачи: (1) разработка мембранных (ультра-/нанофильтрация) и сорбционных технологий селективного выделения БАВ; (2) оптимизация условий элюирования для получения концентратов, пригодных для фармацевтического применения; (3) лабораторная апробация технологической схемы.
Методы: тестирование полимерных и композиционных мембран (молекулярная масса отсечения 100–1000 Да); скрининг сорбентов (полимерные, природные, гибридные); оценка коэффициентов концентрирования и степени извлечения; валидация качества концентратов по разработанным методикам этапа 2027 г.
Результат: лабораторно апробированная технология выделения БАВ из ГЭР (УГТ-4).
4. Имеющийся у коллектива исполнителей научный задел, который может быть использован для достижения поставленной цели и получения ожидаемых результатов
Научный коллектив СПбГУ обладает значительным заделом в области разработки и применения ГЭР, что гарантирует реализуемость проекта:
Коллективом опубликовано более 70 оригинальных работ в высокорейтинговых журналах первого квартиля (Journal of Molecular Liquids, Food Chemistry, Analytica Chimica Acta, Talanta и др.) с общим числом цитирований свыше 2000, включая фундаментальные исследования структуры и устойчивости ГЭР в водных средах, а также прикладные разработки в аналитической химии (микроэкстракция in situ, мембранные системы, дисперсионная жидкостная микроэкстракция);
Накоплен опыт работы с фитохимическими объектами: разработаны методики анализа БАВ в сложных матрицах, включая растительное сырьё;
Установлены партнёрские отношения с Академией наук Республики Узбекистан, обеспечивающие доступ к уникальному сырью (Cistanche deserticola), представляющему интерес для индустриального партнёра ООО «ВаВи Фарм»;
Подтверждён высокий уровень экспертизы: члены коллектива удостоены Премии Президента РФ в области науки и инноваций для молодых учёных, медали РАН и отраслевых премий;
Обеспечена инфраструктурная готовность: доступ к оборудованию ресурсного парка СПбГУ (ВЭЖХ-МС MaXis Bruker, GC-MS, ИК-Фурье-спектрометры, синхронный термический анализатор Netzsch STA 449 F1) и собственной лабораторной базе для синтеза ГЭР и проведения экстракции.
Данный задел позволяет коллективу уверенно решать поставленные задачи в установленные сроки и обеспечивает высокую вероятность достижения заявленных результатов с практической применимостью для заказчика — ООО «ВаВи Фарм»
