Фиты. 1. Исторические этапы развития фитохимии и организации производства фитопрепаратов
 Скачать 3.58 Mb.
|
|
62. Аппаратурное оформление процесса экстракции жидкость-жидкость. Экстракторы прерывного действия Процесс экстрагирования в Батарее перфораторов осуществляют пропусканием «лёгкой» жидкости в виде капель через стабильный слой «тяжёлой». Обычно используют батарею, состоящую из трёх экстракторов (1), расположенных каскадно. В нижней части каждого экстрактора установлен перфорированный грибок (2), необходимый для подачи лёгкой фазы в виде капель для увеличения межфазной поверхности. Применяют экстракторы удлинённой формы, разделённые перфорированными перегородками (3) на несколько секций для дробления лёгкой фазы. Из мерника (4) в экстракторы заливают жидкость (или вытяжку) с большей плотностью («тяжёлую»), а из мерника (5) подают жидкость с меньшей плотностью «лёгкую». Благодаря гидростатическому давлению «лёгкая» жидкость поступает в экстрактор снизу и в виде капель проходит через слой «тяжёлой» жидкости, накапливаясь в верхней части экстрактора, из которого через штуцер (6) поступает последовательно в следующие два экстрактора. Благодаря удлинённой форме экстракторов увеличивается время контакта фаз и создаётся требуемая разность концентраций, что способствует, например, переходу оснований алкалоидов из водной вытяжки в органический экстрагент. Отработанную водную вытяжку собирают в сборник (7), а раствор в органическом экстрагенте сливают в сборник (8). Таким образом, батарея перфораторов — установка каскадного типа, где процесс экстракции жидкость-жидкость протекает плавно, без образования эмульсии на границе раздела фаз. Батарею перфораторов обычно используют в серийном производстве с оборудованием совмещённой схемы для производства аналогичных по технологии фитопрепаратов.  Экстракторы непрерывного действия Аппарат представляет горизонтальный цилиндр (1) с боковыми крышками (2) на фланцах. Каждая крышка имеет по два штуцера для ввода и вывода «тяжёлой» и «лёткой» жидкостей. По центру аппарата проходит вал (3), на котором укреплены насадки — набор перфорированных цилиндров (4) с уменьшающимся диаметром, в количестве, зависящем от необходимой поверхности фаз. Между концами вращающейся насадки и крышками расположены отстойные камеры с перфорированными перегородками (5) для успокоения (расслоения) жидкостей. В рабочем состоянии нижняя часть аппарата до середины заполнена «тяжёлой» жидкостью (дихлорэтаном, хлороформом или др.), подаваемой через штуцер (6). «Лёгкая» фаза (вода) движется противотоком по верхней части аппарата, подаётся через штуцер (8). Потоки движутся под действием напора входящих жидкостей. Скорость движения жидкостей по аппарату зависит от скорости их подачи. При регулировании можно достичь желаемой степени извлечения. Жидкость, лучше смачивающая насадку, вносится в другую фазу в виде плёнки на поверхности насадки и в виде плёнки, заполняющей отверстия перфорации. При вращении насадки происходит многократное и непрерывное обновление плёнки, что благоприятно влияет на массопередачу. Через штуцеры 7 и 9 «тяжёлая» и «лёгкая» фазы выводятся из аппарата. Эффективность перфорированных цилиндров в 6 раз выше, чем гладких.  63. Производство ликвиритона. Ликвиритон — новогаленовый препарат, содержащий смесь флавоновых гликозидов солодки. Сырьё — корень солодки, или лакричника Химический состав. В солодковом корне содержатся сапонины (глицирризин), которых должно быть не менее 6% от воздушно-сухой массы, флавоноиды (не менее 5,3%), пектиновые вещества, уг¬леводы и крахмал. Флавоноиды впервые выделены из солодкового корня японскими учёными. Отечественными исследователями методом хроматографии в корне солодки определено приблизительно 27 флавоноидов, 6 из них выделено в чистом виде. Применение. Ликвиритон — противовоспалительное, спазмолитическое и антацидное средство, применяют при язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, гастрите. Технология состоит из следующих стадий. 1.Измельчение сырья. Высушенные корни солодки измельчают до 1-2 мм. 2.Экстрагирование. В качестве экстрагента используют 95% спирт- ректификат. Экстрагирование осуществляют методом ступенчатой мацерации (четырёхкратная экстракция при настаивании 12 ч). Лучшим экстрагентом служит 70% этиловый спирт, но он экстрагирует большее количество балластных веществ. 3. Вакуум-выпарка. Спиртовую вытяжку упаривают в вакууме до получения сухого остатка. 4. Обработка горячей водой. Кубовый остаток обрабатывают несколько раз горячей водой для извлечения флавоноидов. 5. Хроматографическая адсорбция. Для очистки и разделения флавоноидов используют метод колоночной хроматографии на гранулированном полиамидном сорбенте, относящемся, как активированный уголь, к неполярным сорбентам. Полиамид наиболее удобен для разделения флавоноидов, обладает большой сорбционной ёмкостью, высокой разделительной способностью и химической инертностью. Флавоноиды из водной вытяжки адсорбируются на полиамиде, а балластные вещества (аминокислоты, углеводы и минеральные соли) проходят через сорбент и из водного раствора практически не адсорбируются. 6. Разделение флавоноидов. Сорбент сначала промывают водой для удаления полярных веществ. Десорбцию флавоноидов осуществляют 20% этиловым спиртом, имеющим более низкю полярность, чем вода, и избирательно элюирующим флавоноиды. 7. вакуум-выпарка, сушка, измельчение. Элюат упаривают в вакууме (600-650 мм.рт.ст.) при 70-80 °С до сухого состояния. Остаток измельчают. 64.Принцип подбора растворителей и элюентов при проведении колоночной распределительной хроматографии. Элюотропные ряды. Разделение алкалоидов методом колоночной распределительной хроматографии Этот метод разделения алкалоидов основан на первоначальной молекулярной адсорбции алкалоидов на тонкодисперсных адсорбентах с последующей избирательной десорбцией (элюированием) отдельных соединений растворителями, различающимися полярностью. Таким образом, различная полярность алкалоидов позволяет использовать метод избирательного элюирования при их разделении. Колоночная распределительная хроматография — физико-химический метод разделения смесей веществ, находящихся в растворе, путём пропускания этого раствора через колонку, заполненную минеральными или органическими твердыми веществами с развитой поверхностью контакта. Твердое вещество называют адсорбентом, а сорбируемое из раствора вещество — адсорбатом. Процесс поглощения веществ из раствора поверхностью тонкодисперсных твёрдых адсорбентов — адсорбция, процесс возвращения вещества в жидкую фазу (вымывание, элюирование) — десорбция. Колоночная хроматография позволяет выделить из смеси компоне¬тов, находящихся в растворе, индивидуальные вещества в неизме¬нённом виде. Адсорбенты Адсорбенты подразделяют на две группы: гидрофобные (неполярные) сорбенты [например, активный, или активированный, уголь, полиамидный сорбент или капрон] и гидрофильные (полярные) сорбенты (например, оксид алюминия, силикагель, бентониты, каолин, кизельгур). К адсорбентам предъявляют следующие требования. -Отсутствие химического взаимодействия с поглощаемым веществом, т.е. сорбция должна быть обратимой. -Высокая адсорбционная емкость по отношению к выделяемым веществам и незначительная поглощаемость примесей (избирательность сорбента), что способствует очистке разделяемых веществ. -Монодисперность (желательно), т.е. чтобы сорбент состоял из близ¬ких по размеру частиц. При значительной полидисперсности адсор¬бента в колонке образуются каналы, что влияет на скорость фильт-рации раствора и приводит к изменению резкости границы зон поглощаемого вещества, что в свою очередь ухудшает процесс раз¬деления веществ. Особенности технологии и характеристика основных сорбентов Активный (активированный) уголь — неполярный сорбент, получаемый из ископаемых или древесных углей удалением смолистых веществ и созданием разветвлённой сети пор, обладающих большой поверхностью. Активирование осуществляют прокаливанием угля до 900 *С, экстрагированием смол из его пор органическим растворителем с последующим удалением последнего прокаливанием и окислением поверхности угля и органических веществ, заполняющих поры, газообразными окислителями (кислородом, воздухом, водяным па¬ром). Активирование угля увеличивает его адсорбционную активность в 50—60 раз. Уголь особенно хорошо адсорбирует углеводороды и их производные, пигменты и другие неполярные вещества, слабее — воду, спирт, аммиак и различные полярные вещества. Оксид алюминия (А1203) — полярный сорбент, адсорбционная способность зависит от способа приготовления. Для молекулярной хроматографии применяют чистейший оксид алюминия, состоящий из частиц размером 10-30 мкм, с удельной поверхностью приблизительно 200 м:/г. Оптимальная температура для активизации равна 300 *С, нагревание осуществляют в течение 3 ч. Оксид алюминия лучше поглощает полярные вещества как из органических растворителей, так и из воды. Силикагель — гидрофильный полярный сорбент, представляющий собой диспергированную гидратированную кремниевую кислоту. Общая формула скелета силикагеля — Si02*nH20. Силикагель получают действием минеральных кислот на концентрированные раствори силиката натрия с последующим промыванием кислоты и высушиванием при 115-130 ‘С до остаточной влажности 5-7%. Силикагель лучше сорбирует из растворов полярные вещества. Глины — очищенные природные сорбенты класса алюмосиликатов (бентониты, каолин, кизельгур и др.). Удельная поверхность активных глин варьирует от 10 до 220 м*/г.Обычно глины представляют собой алю-мосиликаты кальция и натрия. Растворители Процесс адсорбции осуществляют в динамических условиях при пропускании раствора смеси веществ через колонку, заполненную сорбентом. Вследствие различной сорбируемости компонентов смеси происходит их разделение по длине колонки за счёт многократного повторения актов адсорбции и десорбции. В колонках с сорбентами вещества распределяются по зонам. На полярных сорбентах наибольшей энергией сорбции обладают полярные соединения, наименьшей — неполярные. На неполярных адсорбентах наибольшей энергией сорбции обладают неполярные вещества, наименьшей — полярные. Кроме того, энергия адсорбции на полярном сорбенте возрастает с увеличением молекулярной массы адсорбированного вещества. Расположение веществ в колонке по зонам в зависимости от их полярности представлено на рис.  Очередность применения элюентов при избирательной десорбции веществ из сорбентов с разной полярностью различна. -Колонки с полярными сорбентами последовательно промывают растворителями с постепенно увеличивающейся дссорбционной способностью, т.е. увеличивающейся полярностью. Например, сна¬чала промывают колонку петролейным эфиром, затем бензолом, этиловым эфиром, хлороформом и т.д. При этом постепенно вытесняются вещества сначала с низкой, а затем с более высокой полярностью. Иногда для создания промежуточной полярности используют смеси растворителей. -Для элюирования компонентов смеси из колонки с неполярным сорбентом её сначала промывают более полярным растворителем (водой, спиртом), а затем растворителями с убывающей полярнос¬тью, благодаря чему достигается постепенно вытеснение веществ и их разделение. 65. Методы очистки спиртовых и водных густых экстрактов в технологии фитопрепаратов. Белки — высокомолекулярные азотистые органические вещества, их молекулярная масса колеблется от нескольких тысяч до нескольких миллионов. В растительном организме белки участвуют в фотосинтезе различных веществ, белки-ферменты обусловливают направление и скорость химических превращений, гормоны обеспечивают регуляцию процессов жизнедеятельности клетки. Белки составляют основу растительных тканей (покровных и др.), входят в состав клеточных мембран, а также определяют защитные функции растительного организма. Методы удаления белков 1.Тепловая денатурация. Типичный пример денатурации бели -его свёртывание (коагуляция) при воздействии повышенной температуры. С ростом температуры тепловая энергия может стать больше энергии нековалентных связей в молекуле белка и вызвать их разрыв с возникновением новой конфигурации. 2.Отстаивание в прохладном месте. При понижении температуры белки выпадают в осадок. Этот метод широко применяют в производстве настоек и экстрактов. 3.Дегидратация. Осаждение белка из раствора можно вызвать действием органических растворителей (этанола, метанола, ацетона), которые должны смешиваться с водой. Растворители вызывают разрушение гидратной оболочки вокруг белковой молекулы (глобулы), способствующей устойчивости белковых растворов и препятствующей осаждению белка. Белковые молекулы содержат на своей поверхности гидрофильные группы. Вокруг молекул ориентируются молекулы воды. Если отнять у белковых молекул связанные с ними молекулы воды и уменьшить их гидратацию, они начнут слипаться, образуя более крупные частицы белка, и начнут оседать из раствора в виде осадка. То есть возникает коагуляция белка. 4.Высаливание — осаждение белков из раствора при добавлении солей. 5.Осаждение солями тяжелых металлов. В производстве очищенных (новогаленовых) препаратов для удаления белков из вытяжек применяют растворы тяжелых металлов (уксусно-кислого свинца, гидроксид меди и др.), образующие с белками нерастворимые соединения. 6.Диализ. Для отделения лекарственных веществ от белков используют коллоидный характер их водных растворов (диаметр белковых частиц в растворе превышает 0,001 мкм). Белки не проникают через поры полупроницаемых мембран (например, пергаментные плёнки), что используют для разделения содержащихся в первичной вытяжке ионизированных и высокомолекулярных веществ с помощью диализа или для ускорения процесса методом электродиализа при производстве алкалоидов. 7.Создание изоэлектричсской точки. Аминокислоты, входящие в состав белков, в связи с наличием карбоксильной и аминной групп обладают амфотерными свойствами. Изоэлектрическая точка - значение pH среды, при котором аминокислота нейтральна. В изоэлектрической точке белковые молекулы имеют, как правило наименьшую растворимость и склонны к ассоциации. Ферменты или энзимы - белки с каталитическими свойствами(то есть специфические белки, являющиеся биологическими катализаторами). Углеводы (сахара, сахариды) — органические вещества, содержащие карбонильную группу и несколько гидроксильных групп. •Осаждение полисахаридов путем добавления этилового спирта или ацетона, вызывающего изменение их растворимости вследствие разрушения гидратной оболочки. •Разрушение полисахаридов путём ферментации. К извлечению добавляют ферменты, катализирующие процесс гидролиза по ацетальным связям до олигосахаридов и моносахаридов, содержание которых допустимо в экстрактах. Например, в процессе производства холосаса для разрушения пектиновых веществ применяют ферментативный гидролиз с помощью фермента псктиназы. При этом пектиновые вещества разрушаются по гликозидным связям с образованием сахаров, растворимых в воде. Вязкость раствора при этом уменьшается, фильтрация улучшается. •Осаждение путём добавления солей тяжелых металлов (ацетата свинца и др.) используют при производстве новогаленовых препаратов. •Высаливание (удаление растворимых полисахаридов за счёт дегидратации под влиянием солей, что приводит к их осаждению). Липиды — органические вещества, не растворимые в воде и хорошо растворимые в органических растворителях (экстрагентах). По своей структуре липиды представляют собой сложные эфиры жирных кислот. Липиды подразделяют на четыре группы жиры и жирные масла, воски, фосфолипиды, гликолипиды Методы удаления липидов 1.Предварительное обезжиривание растительного сырья путём обработки неполярными растворителями (бензином, этиловым или петролейным эфиром). Метод используют редко в связи с необходимостью большого количества экстрагента, что определяет трудности а аппаратурном оформлении при его удалении, повышение требований к соблюдению правил техники безопасности, проведение сушки растительного материала для дальнейшего экстрагирования. Более целесообразно удаление жироподобных балластных веществ обработкой предварительно сконцентрированной вытяжки. В этом случае процесс менее трудоемок и технологически проще. Этот метод используют при получении сухого экстракта чилибухи. 2.Замена одного экстрагента другим, например неполярного полярным. Неполярный экстрагент отгоняют, на конечном этапе отгонки добавляют воду, затем оставшийся экстрагент удаляют полностью Можно кубовый остаток обрабатывать небольшими порциями воды. Метод применим, если лекарственные вещества растворимы в воде Маслянистый осадок балластных веществ обычно отделяют на супер, центрифугах. Этот способ используют в технологии экстрактов красавки и черногорки. 66. Ионно-обменный метод выделения и очистки алкалоидов. Экстракцию алкалоидов из растительного сырья при ионообменной очистке производят водой или разбавленным раствором сильной кислоты (хлороводородной, серной). Выбор экстрагента зависит от основности алкалоидов и характера органических кислот, в виде солей которых алкалоиды содержатся в растительном сырье. Седи слабых оснований и кислот в йоде подвергаются гидролизу, основания алкалоидов плохо растворимы в воде. Использование растворы перечисленных кислот способствует образованию менее гидролизуемых солей, избыток ионов водорода способствует сдвигу реакции гидролиза в сторону образования соли. Ионный обмен алкалоидов оптимально осуществляется в водной среде, так как алкалоиды в виде солей имеют большую степень ионизации. Основные принципы адсорбционной ионообменной технологии алкалоидов, сформулированные чл.-корр. АН УССР профессоров Н.А. Измайловым, следующие: 1.Выбор ионита и условий адсорбции должен обеспечивать преимущественную и максиматьную адсорбцию извлекаемой соли алкалоида и её минимальную остаточную концентрацию в растворе а условиях равновесия. 2.Десорбирующий растворитель должен быть выбран так, чтобы в условиях равновесия элюат с относительно высокой концентрацией вещества находился в равновесии с адсорбентом с малым количеством вещества, чтобы из десорбирующего растворителя адсорбция алкалоидов была минимальной. 3.Особенность ионного обмена органических веществ на синтетических ионообменных смолах заключается в том, что он не подчиняется обычным уравнениям изотермы ионного обмена, выведенный на осно-ваник закона действия масс, т.е. зависимость не прямолинейная. Величина коэффициента избирательности обмена органических ионов больше, чем неорганических. Особенность обмена органических ионов заключается в том, что сорбция большого органического иона на ионите происходит за счёт действия электростатических и молекулярных сил. 4.Важен выбор оптимального значения pH раствора. Этот показатель должен обеспечивать максимальную ионизацию солей алкалоидов в растворе и в то же время не допускать снижения величины сорбции иона алкалоида за счёт конкурирующего действия ионов водорода при увеличении концентрации последнего. 5. Для десорбции алкалоидов из ионита, необходимо, чтобы в растворе находилось избыточное количество вытесняющего иона. Обычно применяют неводные растворы вытесняющего компонента. В неводных растворителях снижается степень ионизации оснований алкалоидов, т.е. создаются условия для максимально эффективной десорбции органических ионов неорганическими. Недостатки водных растворов щелочей следующие. -Меньший выход алкалоидов, так как они частично ионизированы и подвергаются обратной сорбции. -Алкалоиды в водной среде могут подвергаться разложению, также возможна потеря алкалоидов, так как они в воде плохо растворимы и в процессе десорбции будет образовываться их суспензия в воде. -При десорбции в элюат переходит много балластных веществ. Для выделения алкалоидов необходимо использовать сильнокислотные иониты, так как на них лучше сорбируются алкалоиды и меньше — балластные вещества. К сильнокислотным относят катиониты, содержащие сильно диссоциированные кислотные группы (сульфо-кислотные, фосфорнокислотные), способные к обмену катионов ионогенных групп на другие катионы в щелочной, нейтральной и кислой средах. Слабокислотные — катиониты, содержащие слабо диссоциированные кислотные группы (карбоксильные, фенольные и др.), способные обменивать свой ион водорода в заметной степени на другие катионы лишь в щелочной среде. |