Фиты. 1. Исторические этапы развития фитохимии и организации производства фитопрепаратов
 Скачать 3.58 Mb.
|
|
Применение эфирных масел Компоненты эфирного масла обладают очень широким спектром терапевтического действия. Их используют, например, в качестве антисептических, спазмолитических, седативных, инсектицидных средств. Эфирные масла входят в состав различных препаратов, применяемых внутрь и оказывающих противовоспалительное, бактерицидное, спазмолитическое, сосудорасширяющее и другие действия. Наружно их используют в качестве болеутоляющих и раздражающих средств. 39.Применение сжиженных газов в технологии фитопрепаратов. Экстракция сжиженными газами. Аппаратурная схема производства. В технологии фитопрепаратов для извлечения БАВ из растительного сырья широко используют органи-ческие растворители. Однако многие БАВ настолько термолабильны, что даже использование легколетучих растворителей, например этилового эфира (tкипения 34- 36 °С) и хлористого метилена (tкипения 40 °С), и отгон их в вакууме приводят к осмолению экстрактивных веществ. Кроме того, из-за несовершенства отдельных стадий производства и неполной регенерации органических растворителей значительная часть их попадает с промышленными стоками в воду и с вентиляционными выбросами в атмосферу. Большинство органических растворителей огне- и взрывоопасны, токсичны и не всегда селективны. Б.С. Алаевым было предложено применять в качестве экстрагентов для получения цветочных экстрактов сжиженные газы (бутан, смесь бутана и пропана, углекислый газ). Сжиженные газы как растворотели БАВ изучены недостаточно. Преимущественно (до 1983 г.) их применяли в пищевой и парфюмерной промышленности для получения высококачественных экстрактов из эфиромасличного и пряноароматического сырья. Использование сжиженных газов позволяет сократить время экстракции, извлекать липофильные нативные соединения, исключить воздействие высоких температур на стадии концентрирования и повысить качество целевых продуктов. В настоящее время для экстракции растительного сырья в основном используют следующие сжиженные газы: углекислый газ, пропан, бутан ,хлор и фторсодержащие углеводороды (хладоны). При нормальных условиях они находятся в газообразном состоянии, при избыточном давлении они представляют собой бесцветные легкоподвижные жидкости, растворимые в органических растворителях и не растворимые (большинство) в воде. Вязкость сжиженных газов значительно меньше вязкости органических растворителей, что повышает их диффузионные свойства. Благодаря низким температуре кипения и теплоте парообразования требуются малые энергозатраты на испарение и конденсацию сжиженных газов, что позволяет быстро удалять их из экстрактов при незначительном температурном воздействии. Сжиженные газы химически индифферентны по отношению к извлекаемым веществам, не токсичны, не образуют взрывоопасных смесей с воздухом, пожаро- и взрывобезопасны (за исключением пропана и бутана).  В экстракторы (1) через загрузочный люк при помощи вакуума загружают измельченное растительное сырьё. Из системы удаляют вакуумированием воздух и заполняют газообразным хладоном из баллона (2) до создания рабочего давления 5-6 кг/см2. После достижения равновесия давлений в системе в экстракторы подают сжиженный хладон из напорной ёмкости (3). Экстрагент проходит через слой сырья, извлекает растворимые компоненты и через фильтр (5) сливается в испаритель (6). Процесс контролируют через смотровые фонари. В испарителе экстракт подогревается, при этом экстрагент переходит в газообразное состояние, пары его отделяются и вследствие разности давлений поступают в конденсатор (7), охлаждаемый холодильным агрегатом (8). В конденсаторе экстрагент конденсируется и возвращается в напорную ёмкость (3). Таким образом, экстрагент находится в замкнутом цикле, осуществляя проточную экстракцию, и используется повторно. Извлечённый продукт остаётся в испарителе, и его периодически сливают. По окончании процесса экстракция прекращают подачу экстрагента в экстрактор, остаток отгоняют из шрота в испаритель. Шрот выгружают из экстрактора. Контроль за давлением в системе и количеством экстрагента, подаваемого на экстракцию, осуществляют по манометрам и указателям уровня экстрагента. С увеличением размера частиц сырья резко снижается выход извлекаемых веществ. Измельчение растительного материала целесообразно проводить комбинированным способом до размеров частиц 0,1—0,2 мм. Необходимо использовать сырьё с влажностью, не превышающей 7%. Для улучшения процесса экстракции подавать растворитель рекомендовано снизу под сырьё, а слив экстракта производить с верхней части экстрактора. При подаче сжиженных газов сверху в нижней части экстрактора образуются застойные зоны, что удлиняет процесс экстракции и увеличивает количество экстрагента. Увеличение скорости движения экстрагента улучшает процесс экстракции в начальный период (когда концентрация извлекаемых веществ высокая на поверхности сырья), а затем не вызывает ускорения процесса экстракции. Хладоны ряда метана, пропана и бутана извлекают эфирные и жирные масла, производные кумаринов, каротиноиды, токоферолы, сесквитерпены, терпеноиды, стерины, хлорофиллы и ряд других соединений, в основном липофильной природы. При этом хладоны обладают избирательностью в отношении разных групп природных веществ. Так, наиболее селективен в отношении эфирных масел хладон С318, практически не извлекающий жирных масел. Хладоны не извлекают водорастворимые вещества (полисахариды, белки, фенольные соединения и др.), следовательно, последующая обработка шрота более полярными растворителями (водой, водно-спиртовыми смесями, спиртами) позволяет комплексно использовать ценное растительное сырьё. По разработанной технологии в ГНЦЛС были получены липофильные препараты с использованием хладона-12 (масло облепиховое, масло шиповника, каротолин), предложена технология новых препаратов (аромелина из плодов аронии черноплодной, сорбелина из плодов рябины обыкновенной и липоперсикона из семян томатов). Т.о., технология ЛC с использованием сжиженных газов позволяет сократить длительность процесса, уменьшить расходные нормы сырья и материалов, а также увеличить выход и повысить качество готового продукта. 40.Характеристика ферментов. Методы очистки извлечений от них в технологии фитопрепаратов. Ферменты, или энзимы, — белки с каталитическими свойствами (то есть специфические белки, являющиеся биологическими катализаторами). Многие ферменты выделены в виде высокоочищенных белковых препаратов, широко применяемых в различных отраслях промышленности (например, медицинской, пищевой, лёгкой, химической). Каждый фермент имеет специфические аминокислотный состав, аминокислотную последовательность и структуру, что определяет высокую специфичность его действия. В отличие от неактивных белков ферменты содержат в своей структуре особый участок — активный центр, участвующий в каталитических процессах. В состав активного центра обычно входят сульфгидрильная, гидроксильная, карбоксильная группы, аминогруппа, радикалы аминокислот. По химическому строению ферменты могут быть простыми и сложными. Простые ферменты состоят только из белка и при гидролизе образуют только аминокислоты, сложные состоят из простетической группы (кофермента) и простого белка (апофермента). К сложным относят, например, большинство ферментов, катализирующих окислительно-восстановительные процессы, к простым — большинство гидролитических ферментов. Методы удаления ферментов Ферменты обусловливают разрушение действующих веществ (в частности, гликозидов) и понижение биологической активности фитопрепаратов. Так, при производстве соков из свежего растительного материала первичное извлечение (отжатый сок), содержащее ферменты, обрабатывают крепким спиртом для денатурации белковых веществ. С целью инактивации ферментов его быстро нагревают до 75-78 °С, выдерживают при этой температуре в течение 30 мин, затем быстро охлаждают (во избежание разложения лекарственных веществ). Инактивация ферментов при нагревании сходна с тепловой денатурацией растворимых белков. Денатурация ферментов в водных растворах начинается примерно при тех же температурах, при которых инактивируются белки. Полная инактивация ферментов совпадает с моментом полной денатурации белка. При температуре 100 °С денатурация белков и инактивация ферментов наступают почти мгновенно. Кроме нагревания, и другие химические и физические факторы, вызывающие денатурацию растворимых белков, вызывают разрушение ферментов. Например, они подобно белкам осаждаются спиртом, ацетоном и сернокислым аммонием. Так, в технологии густого экстракта из листьев трилистника для сохранения действующих веществ (гликозидов, легко подвергающихся гидролизу) и инактивации ферментов в качестве экстрагента применяют кипящую воду. 41.Новогаленовые препараты. Характеристика, номенклатура. Суммарные очищенные (новогаленовые) препараты К этой группе относят смеси действующих веществ, по возможности очищенные не только от балластных, но и от сопутствующих веществ. Они содержат преимущественно нативный комплекс отдельных групп действующих веществ — алкалоидов, гликозидов, кумаринов и т.д. Эта группа препаратов составляет около 15% общей номенклатуры фитопрепаратов. Новогаленовые препараты была созданы в процессе совершенствования технологии экстрактов путём их очистки от балластных веществ. Производство препаратов этой группы возникло во второй половине XIX века в Германии. Первым препаратом был дигипурат, содержащий смесь сердечных гликозидов (карденолидов) из листьев наперстянки пурпуровой. Новогаленовые препараты более устойчивы при хранении по сравнению с галеновыми, обладают постоянством действия на основе более строгой стандартизации, не вызывают побочных эффектов, обусловленных наличием балластных веществ, их можно применять парентерально. Их выпускают в виде консервированных и стандартных жидких продуктов, предназначенных для перорального, наружного или инъекционного применения, или в виде твёрдых, как правило, таблетированных препаратов. Производство новогаленовых препаратов характеризуется индивидуальным подходом к получению отдельных продуктов или их групп. 42.Вторая модификация экстракционного метода выделения и очистки алкалоидов. Вторая модификация экстракционного способа заключается в первичной экстракции смоченного раствором аммиака растительного сырья органическим растворителем (например, дихлорэтаном, хлороформом). Основания алкалоидов переходят в вытяжку вместе с рядом балластных соединений. Общее количество экстрактивных веществ составляет около 3-5% (если содержание алкалоидов в сырье менее 1%). Процесс очистки алкалоидов от смол, пигментов, жироподобных веществ и других сопутствующих компонентов проводят путём экстракции 10% раствором серной кислоты, куда алкалоиды переходят в виде солей, а основная масса балластных веществ остаётся в органическом растворителе. Водную вытяжку обрабатывают активным углем для удаления примесей пигментов, раствор фильтруют, алкалоиды осаждают раствором аммиака или другой щелочи в реакторе с мешалкой и рубашкой при охлаждении. Осадок отделяют на центрифуге и сушат. Выход алкалоидов обычно составляет 55-65% их содержания в сырье. Вторая модификация экстракционного метода имеет меньшее количество стадий, алкалоиды выделяются более очищенными при более высоком выходе. Недостатки метода следующие: 1)Необходимость использования больших количеств органического растворителя для экстракции растительного сырья. 2)Повышенные требования к герметизации экстракторов во избежание загрязнения окружающей среды парами экстрагента. 3)Повышенные требования по технике безопасности, так как пары органических растворителей токсичны и огнеопасны. Необходимость использования мошной приточно-вытяжной вентиляции. 4)Громоздкость оборудования. 5)Трудоёмкость процесса. 43.Камеди. Характеристика и методы очистки от них в технологии фитопрепаратов. Камеди, так же как слизи и пиктиновые вещества относятся к группе углеводов(полисахаридов). Камеди и слизи. По химическому составу камеди и слизи не различаются. Однако в камедях степень полимеризации выше, влаги в них меньше. Камеди — результат перерождения слоев слизи, вытекающей из клеток, появляются на повреждённых участках растения в виде стекловидных затвердений. Камеди выполняют барьерную функцию, предохраняя растения от проникновения через трещины и раны бактерий. По степени кислотности камеди и слизи подразделяют на кислые и нейтральные. •Кислотность кислых полисахаридов обусловлена наличием глюкуроновой и галактуроновой кислот. Барьерные функции выполняют кислые полисахариды. Защитные функции основного межклеточного вещества в значительной мере зависят от содержания в нём гиалуроновой кислоты, входящей в состав мукопротеидов и мукополисахаридов. Камеди имеют большие «открытые» гибкие молекулы, в которых вторичные силы меж-молекулярного взаимодействия (например, водородные связи и дипольные силы) насыщены молекулами воды. В эту же группу включены полисахариды, кислотность которых обусловлена наличием сульфогрупп. Этот тип камедей в высших растениях не обнаружен, но они содержатся в больших количествах в водорослях. •Нейтральные полисахариды. Эти камеди обычно представляют собой глюкоманнаны или галактоманнаны. Они чаще содержатся в семенах растений и играют роль запасных веществ. Глюкоманнаны представляют собой прямую цепь, состоящую из глюко-пиранозных и маннопиранозных остатков, соединённых р-1-4-связями (количество остатков глюкозы вдвое больше остатков ман-нозы). Галактоманнаны состоят из галактопиранозных и маннопиранозных остатков (соотношение галактозы и маннозы различается). Нейтральные полисахариды входят в состав многих слизей, главным образом, в виде соединений с белками (гликопротсиды). Методы удаления Процесс разрушения сложной цепи полисахаридов ускоряется в присутствии минеральных кислот, ферментов. Полисахариды можно разложить действием окислителей (хлора, брома), а также ультразвуковых волн, обладающих деполимеризирующим действием. Однако не все перечисленные методы применимы в технологии фитопрепаратов (экстрактов), так как в них нельзя вводить вещества, вредные для человека или разрушающие лекарственные вещества. В производстве экстрактов для удаления коллоидных полисахаридов используют следующие методы: •Осаждение полисахаридов путём 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 пектиназы. 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 тяжёлых 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). Последние два метода используют при получении индивидуальных веществ в очищенном виде. 44.Экстракты-концентраты. Классификация. Получение жидкого экстракта-концентрата валерианы. Экстракты-концентраты в основном служат исходными заготовками для изготовления настоев и отваров в условиях аптечного производства. Экстракты-концентраты могут быть жидкими и сухими. При их изготовлении в качестве экстрагента применяют водно-спиртовые растворы низких концентраций (20-40%), чтобы приблизить экстракты-концентраты по составу экстрагируемых веществ к водным извлечениям. Жидкие экстракты-концентраты (Extracta fluida standartisata) — спирто-водные извлечения, изготавливаемые в соотношении 1:2 (из единицы массы растительного сырья получают две объёмные части экстракта). Поэтому при приготовлении из концентратов настоев и отваров вместо прописанного по рецепту количества растительного сырья берут двойное (по объёму) количество концентрата, которое разбавляют соответствующим количеством воды. Промышленность выпускает жидкие экстракты-концентраты горицвета 1:2, термопсиса 1:2, валерьяны 1:2, корня алтея 1:2. Сухие экстракты-концентраты (Extracta sicca standartisata) представляют собой сиирто-водные извлечения, которые упаривают, сушат и готовят концентраты в соотношении 1:1 (из единицы массы расти¬тельного сырья получают единицу массы сухого экстракта). При изготовлении настоев или отваров из сухих экстрактов вместо прописанного по рецепту количества лекарственного сырья берут одинаковое (по массе) количество концентрата и растворяют в соответствующем объёме воды. Изготавливают сухие концентраты термопсиса 1:1, горицвета 1:1, наперстянки 1:1, корня алтея 1:1. Из некоторых экстрактов (сухой концентрат рвотного корня 1:1) приготавливают настойки. Технология экстрактов-концентратов предусматривает те же стадии, что и общая схема получения экстрактов: экстрагирование растительного сырья, очистка извлечения, выпаривание, при получении сухих концентратов — сушка и стандартизация. Экстрагирование лекарственного сырья проводят методами перколяции, реперколяции, дробной мацерацией и другими, очистку — отстаиванием при 8 'С и ниже с последующей фильтрацией. Жидкий экстракт-концентрат валерианы 1:2.Готовят на 40-70% спирте из корней и корневищ валерианы. Плотность такого концентрата 0,98 - 1,00 г/см3, экстрактивных веществ 7-10%, спирта не менее 33%. Применяется для получения настоев. Стандартизуют жидкие концентраты по тем же показателям, что и жидкие экстракты (содержание действующих веществ, сухой остаток, содержание спирта или плотность, содержание тяжелых металлов). 45.Методы очистки: экстракция жидкости жидкостью. Требования к растворителям. Коэффициент распределения. Экстракция в системе жидкость-жидкость — диффузионный процесс, протекающий с участием двух взаимно нерастворимых или ограниченно растворимых жидких фаз, между которыми распределяется экстрагируемое вещество. Процесс экстракции описывается уравнением массообмена. G = K(C-Cp)Ft, где G - количество проэкстрагированного вещества, кг; К - коэффициент массопередачи, м/с; F - поверхность соприкосновения фаз, м2; С - концентрация вещества в вытяжке, кг/м1; Ср - соответствующая ей равновесная концентрация, кг/м1; т - время экстракции, с. Для повышения скорости экстрагирования исходный раствор (вытяжку) и экстрагент приводят в тесный контакт путём перемешивания. Периодический процесс экстракции проводят обычно многократно. Достоинство экстракции в системе жидкость-жидкость по сравнению с другими процессами (выпариванием, ректификацией) — низкая (комнатная) рабочая температура. Подобрав высокоизбирательный экстрагент, часто достигают более полного разделения веществ, чем при других массообменных процессах. Однако необходимость использования дополнительного экстрагента и последующая его регенерация приводят к усложнению аппаратурного оформления и удорожанию процесса экстракции. Процесс экстракции протекает до установления динамического равновесия в системе и количественно характеризуется коэффициентом распределения. Согласно закону распределения (сформулирован Нернстом в 1890 г.), если имеется смесь веществ, то каждое из них распределяется между обеими фазами со своим индивидуальным коэффициентом распределения независимо от присутствия других веществ. Коэффициент распределения зависит от температуры и давления в системе. В соответствии с законом Нернста: Кр=Сэ/Св где Кр— коэффициент распределения из водной фазы в органическую; Сэ — концентрация вещества в получаемом экстракте, кг/м3; Св — концентрация вещества в вытяжке (исходный раствор), кг/м5. Вещества переходят в органический растворитель в неионизированном состоянии. При экстракции веществ водой соли алкалоидов подвержены ионизации, поэтому в этом случае используют несколько изменённое уравнение Нернста:  где Кр — коэффициент распределения; Сэ — концентрация вещества в получаемом экстракте, кг/м3; Св — концентрация вещества в вытяжке (исходный раствор), кг/м3; а — степень диссоциации вещества. Требования, предъявляемые к экстрагентам Для проведения процесса экстракции жидкость-жидкость к экстрагентам предъявляют следующие требования. 1.Селективность (избирательность) экстрагента. Под селективностью понимают способность экстрагента предпочтительно извлекать один из нескольких компонентов раствора. 2.Высокий коэффициент распределения. Необходимо подобрать растворитель, чтобы достигнуть значения коэффициента распределения порядка 10-100. Соблюдение этого требования позволит при экстрагировании получать более концентрированный раствор извлекаемого компонента, сократить количество экстракций и расход экстрагента. Часто для увеличения коэффициента распределения и повышения избирательности экстрагента используют процесс высаливания и изменения значения pH вытяжки для уменьшения в ней растворимости целевого компонента. 3.Оценка ёмкости экстрагента. Выбираемый экстрагент должен обладать большой ёмкостью, т.е. растворять большое количество извлекаемого вещества. При несоблюдении этого требования в результате экстракции получают разбавленный раствор (вследствие плохой растворимости в экстрагенте извлекаемого вещества). 4.Растворимость экстрагента. Экстрагент не должен растворяться в жидкой среде вытяжки, т.е. жидкости должны быть нерастворимыми друг в друге. Высокая взаимная растворимость жидкостей приводит к большим потерям экстрагента и получению загрязнённого раствора. Если растворители ценные и в большой степени растворяются друг в друге, потребуется их дальнейшая регенерация. При регенерации большую роль играют температура кипения и теплота парообразования растворителя. 5.Доступность и стоимость экстрагента. Чтобы сократить расходы, необходимо учитывать стоимость и доступность экстрагента, его токсичность, температуру кипения и теплоту парообразования (в виду последующих затрат на тепло и хладоагенты). 6.Плотность экстрагента. Следует выбирать экстрагент, отличающийся по плотности от растворителя вытяжки. Разность плотностей жидких фаз должна быть возможно большей, так как она определяет скорость расслаивания несмешивающихся жидкостей и с ней связана длительность процесса отстаивания фаз. 7.Межфазовое натяжение. Для ускорения расслаивания несмешиваемых жидкостей при их разделении (отстаивании) необходимо, чтобы межфазовое натяжение было достаточно высоким. Чрезмерно большое межфазовое натяжение приводит к увеличению энергии, затрачиваемой на создание дисперсии, а жидкости с малым межфазовым натяжением образуют стабильные эмульсии, что приводит к увеличению времени отстаивания. 8.Межфазовая турбулентность представляет самопроизвольную активность поверхности при соприкосновении жидких фаз. Межфазовая турбулентность вызывается резкими различиями свойств (вязкости, межфазового натяжения, концентрации и т.д.) двух соприкасающихся жидкостей. Она усиливает интенсивность внутренней циркуляции, увеличивает поверхность массопередачи. В ряде случаев скорость экстракции увеличивается в 10 раз, что влияет на производительность установок. 9.Наличие ПАВ. В ряде случаев в вытяжке содержатся ПАВ, например сапонины. Они адсорбируются на поверхности фаз и снижают поверхностное натяжение, что при перемешивании способствует образованию стойких эмульсий, приводящих к увеличению длительности отстаивания и потерям экстрагируемого вещества. Под влиянием ПАВ возможно уменьшение подвижности поверхности, что влияет на величину массопередачи. Некоторые ПАВ, адсорбируясь на границе раздела фаз, могут увеличивать её жесткость и препятствовать нормальному перемещению поверхности. ПАВ влияют на форму капель, возникающих при диспергировании, изменяют скорость их падения и подъёма и тем самым воздействуют на величину массо-персноса экстрагируемого компонента. |