1. Теоретические основы экстрагирования растительного сырья
 Скачать 298.75 Kb.
|
|
1. Теоретические основы экстрагирования растительного сырья Экстрагирование - массообменный процесс и протекает за счет диффузии биологически активных веществ из внутренних структур частиц материала в экстрагент и заканчивается при достижении равновесных концентраций. Это клетки растительного материала содержащие БАВ. В равновесном состоянии из материала в экстрагент переходит такое же количество молекул, как и из экстрагента в материал, т.е. концентрация остается постоянной. При этом обычно в материале концентрация выше, чем в экстрагенте. Явление переноса диффундирующего вещества между поверхностью твердого проницаемого вещества или поверхностью раздела фаз и ядром жидкой (газообразной) фазы, вызванное перемещением и перемешиванием макрочастиц жидкой фазы с различным потенциалом массопереноса и с одновременным явлением молекулярной диффузии между этими частицами, называют массоотдачей или конвективной диффузией. Диффузия: молекулярная и конвективная. Молекулярная диффузия - процесс переноса БАВ за счет хаотического движения самих молекул в неподвижной среде. Она характеризуется коэффициентом молекулярной диффузии D, который определяют из уравнения Эйнштейна: г  де R - универсальная газовая постоянная, равная 8,32 Дж/(град×моль);Nо - число Авогадро (6,06×1023); Т - температура абсолютная, град К; η - вязкость раствора, Н/с×м2; r - радиус диффундирующих частиц, м; k = R/Nо - постоянная Больцмана. Коэффициент молекулярной диффузии характеризует способность данного вещества проникать вследствие диффузии в неподвижную среду и увеличивается с повышением температуры и уменьшается с увеличением вязкости среды и размера диффундирующих частиц вещества. 2. Особенности экстрагирования высушенного и свежего ЛРС. Методы экстрагирования в фарм промышленности, сущность статического и динамического экстрагирования. аппаратура При экстрагировании из ЛРС идет диффузия БАВ из внутренних структур частицы материала. Особенности извлечения БАВ из материалов с клеточной структурой связаны с тем, что на пути к веществам, содержащимся в клетке, находится клеточная стенка, физиологическое состояние которой может быть различным. Так, живая растительная клетка имеет пристенный слой протоплазм. Пока протоплазма жива, клеточная стенка является полупроницаемой перегородкой, не пропускающей наружу вещества, растворенные в клеточном соке. В этом случае возможно лишь проникновение экстрагента внутрь клетки (осмос). Вследствие гибели протоплазмы клеточная стенка теряет характер полупроницаемой перегородки и начинает пропускать вещества в обе стороны (диализ). То есть клеточная стенка приобретает свойства пористой перегородки, через которую могут диффундировать БАВ, молекулы которых не превышают размера пор. Подавляющее большинство экстракционных препаратов получают из высушенного растительного сырья, т.е. обезвоженного путем тепловой сушки. В случае получения препаратов из свежих растений клетки умерщвляют этиловым спиртом. Он очень гигроскопичен и при соприкосновении с растительной клеткой обезвоживает ее, вызывая сильнейший плазмолиз. При получении препаратов из свежего сырья, клетки которого не обезвожены, используют вымывание клеточного сока из разрушенных клеток и открытых пор. Классификация методов экстрагирования по характеру протекания процесса классифицируют на: статические и динамические. В статических методах сырье периодически заливают экстрагентом и настаивают определенное время. В динамических – предусматривается постоянная смена экстрагента либо сырья и экстрагента. По периодичности процесса выделяют периодические – когда подача сырья (экстрагента и/или растительного материала) в экстракционные аппараты осуществляется периодически и непрерывные (с непрерывной подачей сырья). По достижению состояния равновесия – равновесные и неравновесные. По количеству ступеней равновесия различают одноступенчатые и многоступенчатые методы. По направлению потока экстрагента и сырья – прямоточное (экстрагент и материал в одном потоке) и противоточное (активное движение навстречу друг к другу экстрагента и растительного материала) экстрагирование. По законченности цикла: с законченным и незаконченным циклом. По делению сырья: с равными делением ЛРС и неравным делением. По скорости процесса и экстрагируемости сырья – быстротекущие и медленнотекущие методы. К статическим периодическим методам относятся одноступенчатые – мацерация, и многоступенчатые – ремацерация, циркуляция с периодическим сливом (многоступенчатые прямоточные), а также– реперколяция с периодическим сливом по Чулкову (многоступенчатые противоточные). К динамическим периодическим способам относятся одноступенчатые – перколяция и многоступенчатые – реперколяция с законченным и незаконченным циклами, циркуляционное экстрагирование. Среди динамических методов особо выделяют непрерывные – прямоточные и противоточные. Экстрактор с ректификационной колонной и дефлегматором. Процесс экстрагирования происходит в экстракционной камере аппарата, куда загружается сырье. Пары экстрагента из испарительной камеры, обогреваемой паровой рубашкой, поступают в ректификационную колонну, откуда летучие фракции поступают в дефлегматор и конденсируются. Экстрактор периодического действия с мешалкой Емкость-экстрактор представляет собой сосуд с герметичными люками, подъемной крышкой с механическим подъемником, внутренними решетками. Циркуляция раствора-экстрагента осуществляется с помощью мешалки специальной конструкции. Экстрактор периодического действия Емкость-экстрактор представляет собой герметичный вертикальный цилиндрический аппарат. Исходное растительное (или органическое) сырье помещается в специальных мешках или сетках.Циркуляция раствора-экстрагента осуществляется с помощью насоса (или гидродинамического генератора). Забор раствора из аппарата осуществляется при помощи специального заборного устройства щелевого типа, а подача с помощью специального распылителя. Установка гидродинамической экстракции из растительного сырья Работа установки основана на рециркуляции экстрагента через гидродинамический генератор (многоступенчатый роторно-кавитационный гомогенизатор специальной конструкции). 3 противоточное экстрагирование сырья. Экстракторы, используемые для противоточного экстрагирования. Растительный материал при помощи транспортных устройств: шнеков, ковшей, дисков, лент, скребков или пружинно-лопастных механизмов перемещается навстречу движущемуся экстрагенту. Сырье, непрерывно поступающее в экстракционный аппарат, движется противотоком к экстрагенту. Экстрагирование проводится в экстракторах различной конструкции: шнековом горизонтальном или вертикальном, дисковом, пружинно-лопастном и др. Шнековый горизонтальный экстрактор имеет загрузочный бункер 1, в который подается измельченный растительный материал. Далее материал движется с помощью шнека 2, выполненного из листового перфорированного кислотоустойчивого материала, к противоположному концу корпуса, где с помощью наклонного шнека 3 освобождается от экстрагента и выгружается. Навстречу сырью через патрубок 4 подается экстрагент, который движется через отверстия перфорации и зазоры корпуса шнека к патрубку 5. Степень истощения сырья регулируется скоростью подачи экстрагента и сырья, длиной корпуса экстрактора.  1 – загрузочный бункер; 2 – шнек; 3 – наклонный шнек; 4,5 – патрубок Шнековый вертикальный экстрактор. Состоит из загрузочной колонны 1, поперечного соединяющего шнека 2 и экстракционной колонны 3, Загрузочная колонна, в которой также протекает процесс экстрагирования, представляет собой вертикальный цилиндр со вращающимся внутри него шнековым валом. Извлекатель постоянно насыщается экстрактивными веществами и в виде концентрированной вытяжки непрерывно вытекает из верхней части загрузочной колонны. Р  ис. Схема шнекового вертикального экстрактора  Рис. Схема дискового экстрактора Дисковый экстрактор состоит из двух труб 1, расположенных под углом и соединенных камерой 2. Трубы снабжены паровыми рубашками 3. Верхние концы, труб входят в корыто 4 с установленными в нем двумя вращающимися звездочками 5, через которые проходит трос 6. На трос насажены дырчатые диски 7. Трос с дисками проходит через наклонные трубы и нижнюю камеру со звездочкой 5. Звездочки приводятся в движение электродвигателем. Перед началом работы экстрактор через патрубок 8 заполняется экстрагентом, трос с дисками приводится в движение и одновременно из бункера 9 на диски движущегося троса подается сырье. Сырье опускается от места загрузки вниз, проходит через нижнюю камеру, поднимается по второй трубе вверх, выгружается в корыто 4 и далее в сборник 10. Одновременно через патрубок 8 с определенной скоростью подают экстрагент. Насыщенное извлечение вытекает из экстрактора через патрубок 11, снабженный фильтрующей сеткой, и собирается в сборнике 12. Пружинно-лопастной экстрактор состоит и корпуса 1, разделенного на секции. В каждой секции имеется вал 2 с барабаном 3, на котором закреплены два ряда пружинных лопастей 4. Каждый вал приводится в движение. В днище аппарата находится камера подогрева 5. Извлечения собираются в камере 6 и выводятся через штуцер 7. Измельченный, подготовленный материал из бункера 8 с помощью питателя 9 поступает в первую секцию экстрактора, где находится экстрагент. Здесь сырье при помощи пружинных лопастей погружается в экстрагент и передается дальше, прижимаясь к стенке секции, где происходит частичное отделение экстрагента. При выходе лопастей из секции они выпрямляются и перебрасывают влажное сырье в соседнюю секцию. Так сырье переходит во 2-ю, 3-ю и все последующие секции до транспортера 10. Экстрагент из патрубка 11 поступает на истощенный материал, движущийся по транспортеру, после чего поступает в последнюю секцию, движется противотоком сырью и собирается в камере 6. Испытания экстрактора на различном растительном сырье (корень солодки, валерианы, горицвет, полынь) показали, что истощение сырья в нем заканчивается за 75–120 мин и может быть проведено в широком диапазоне температур.  Рис. Схема пружинно-лопастного экстрактора 4 использование ультразвука в получении извлечений из ЛРС. Источники УЗ. характеристика. В производстве экстракционных препаратов ультразвук (УЗ) находит применение как средство, ускоряющее процесс экстрагирования лекарственного сырья и обеспечивающее полноту извлечения действующих веществ. При экстрагировании источник УЗ помещают в обрабатываемую среду в экстрактор. Возникающие ультразвуковые волны создают знакопеременное давление, кавитацию и «звуковой ветер». В результате происходит ускорение пропитки материала и растворение содержимого клетки, увеличение скорости обтекания частиц сырья, в пограничном диффузионном слое экстрагента образуются турбулентные и вихревые потоки. Молекулярная диффузия внутри растительного материала и в диффузионном слое практически сменяется на конвективную, что приводит к интенсификации массообменных процессов. Возникновение кавитации вызывает разрушение клеточных структур. Ускорение процесса экстрагирования в данном случае происходит за счет вымывании экстрактивных веществ из клеток и тканей растительного материала. Применение ультразвука позволяет получить вытяжку за несколько минут. В качестве экстрагента предпочтительны спиртоводные смеси с высокой концентрацией этанола, который ингибирует окислительно-восстановительные процессы, имеющие место в ультразвуковом поле. Для проведения процесса экстрагирования из твердого растительного сырья биологически активных соединений используются ультразвуковая установка, центрифуга и фильтрующий элемент. Использование ультразвука проводится с целью интенсификации процесса экстрагирования биологически активных соединений и увеличения их содержания в растворе. Ультразвуковая установка состоит из ультразвукового генератора 1 (УЗДН А), соединенного кабелем 2 с ультразвуковым излучателем 3. На ультразвуковом излучателе 3 устанавливают коническую насадку 4, которую погружают в химический стаканчик 5 с твердым растительным сырьем, находящимся в растворе этанола. Обработка производится следующим образом: настраивается ультразвуковой генератор 1 по времени и по интенсивности ультразвукового воздействия, навеску растительного сырья (0,5 г) насыпают в химический стаканчик 5 и заливают 25 мл раствора этанола.  5 требования к экстрагентам, используемым в фт. Ассортимент экстрагентов, применяемых в производстве новогаленоых препаратов. Циркуляционное экстрагирование Экстрагент должен обладать: • избирательностью, т.е. максимально растворять лекарственные вещества, и минимально балластные вещества: • высокой смачивающей способностью, обеспечивающей хорошее проникновение его через поры материала и стенки клеток; • способностью препятствовать развитию в вытяжке микрофлоры; • летучестью, возможно низкой температурой кипения, легкой регенерируемостью; • минимальной токсичностью и огнеопасностью; • доступностью по стоимости. В производстве новогаленовых препаратов экстрагент подбирают с таким расчетом, чтобы он максимально растворял действующие и минимально-балластные вещества. В качестве экстрагентов широко используются: вода (хорошо проникает через клеточные оболочки, растворяет и извлекает многие вещества лучше других жидкостей, фармакологически индифферентна, повсеместно распространена; негорюча и невзрывоопасна; доступна по стоимости), водные растворы солей, кислот, щелочей, этанол различной концентрации (хороший растворитель соединений, которые не извлекаются водой: жиры, алкалоиды, хлорофилл и др; обладает антисептическими свойствами; фармакологически неиндифферентен; горюч и огнеопасен), хлороформ, ацетон и смеси растворителей. Циркуляционное экстрагирование основано на многократном экстрагировании ЛРС одной и той же порцией легколетучего экстрагента (этиловый эфир, хлороформ, метиленхлорид). Этиловый спирт для этих целей не пригоден, т.к. он будет адсорбировать влагу, содержащуюся в сырье и изменять свою концентрацию, что приведет к изменению температуры кипения и экстрагирующей способности. Экстракционная установка работает в замкнутом цикле непрерывно и автоматически по принципу аппарата Сокслета. Сырье загружают в экстрактор, заливают экстрагентом и настаивают в течение определенного времени. Одновременно в выпарной аппарат заливают небольшое количество экстрагента. По окончании настаивания из сборника спускают в экстрактор столько экстрагента, чтобы вытяжка достигла верхнего уровня петли сифона и начала переливаться в выпарной аппарат, который начинают обогревать. Образующиеся пары экстрагента поднимаются в конденсатор, а из него в сборник. Далее экстрагент поступает на сырье. При постепенном заполнении экстрактора, когда уровень экстрагента достигнет определенной величины, произойдет слив вытяжки через сифон. Насыщенная вытяжка вновь поступает в выпарной аппарат. Циркуляция экстрагента проводится многократно до полного истощения сырья. Полученную вытяжку концентрируют отгонкой экстрагента в приемник. В выпарном аппарате остается концентрированное извлечение экстрактивных веществ. 6 дать характеристику новогаленовым препаратам как лс, классификация новогаленовых преп. Особенности их стандартизации, хранения, применения Новогаленовые (максимально очищенные экстракционные) препараты — это группа фитопрепаратов, содержащих в своем составе комплекс действующих веществ в их нативном (природном) состоянии, максимально освобожденных от балластных веществ. Отсутствие балластных веществ существенно отличает их от обычных галеновых препаратов и придает им целый ряд преимуществ: повышает стабильность, устраняет побочное, вредное действие, позволяет назначать в виде инъекций. Применяются максимально очищенные препараты перорально в виде растворов, таблеток, гранул, растворов для инъекций и ректально в суппозиториях. Номенклатура максимально очищенных препаратов разнообразна и представлена в основном следующими группами биологически активных веществ. Классификация препараты сердечных гликозидов: адонизид, кордигит, лантозид, дигален-нео, коргликон;( Кардиотоническое) препараты алкалоидов: эрготал (Маточное), раунатин (Гипотензивное) препараты стероидных сапонинов: диоспонин; препараты тритерпеновых гликозидов: сапарал; препараты Флавоноидов: Фламин -Желчегонное; препараты антраценпроизводных: рамнил; препараты Кумаринов: Эскузан (каштан конский)( Венотонизирующее) препараты полисахаридов: мукалтин, плантаглюцид( Противоязвенное) Все новогаленовы препараты на конечной стадии производства проходят стандартизацию, т. е. согласно требованиям фармакопеи в единице объема (1 мл) или массы (1 г) препарата устанавливается требуемое количество действующих веществ или необходимая биологическая активность, которая выражается в единицах действия (ЕД). Биологическую стандартизацию проходят на лягушках, кошках или голубях. Устанавливают наименьшие дозы испытуемого и стандартного препаратов, вызывающие систолическую остановку сердца подопытных животных. Затем рассчитывают содержание единиц действия (в зависимости от вида животного - ЛЕД, КЕД, ГЕД) в 1 мл (для жидких препаратов) или в 1 г (для препаратов, переведенных в форму таблеток). 7 способы очистки растительных извлечений   8 изложить технологическую схему получения адонизида Рассчитанное количество измельченной травы адониса весеннего загружают в экстрактор аппарата Сокслета. Экстрагирование проводят до полного истощения сырья, осуществляя 10 сливов, используя в качестве экстрагента смесь 95 частей хлороформа с 5 частями 96 проц. этанола (по объему). Экстракт сгущают до объема, равного по массе приблизительно массе исходного сырья. Сгущенное извлечение разбавляют равным количеством воды, помещают в вакуум— выпарной аппарат и упаривают до полного удаления хлороформа и этанола. Полученный водный раствор после отстаивания отделяют от выпавших в осадок смол и других балластных веществ фильтрованием через воронку с ватным тампоном. Фильтрат взвешивают, добавляют 1,5—2 проц. оксид алюминия, тщательно размешивают, последний отделяют фильтрованием через стеклянный фильтр № 2 и слой фильтровальной бумаги. Фильтрат консервируют 96 проц. Этанолом. |