Экстрагирование. Процесс экстрагирования. Экстракционные препараты
 Скачать 425 Kb.
|
S = KFdc ( 4 ) , гдеS - количество извлеченного вещества; F - поверхность контакта сред; dc - разность концентраций; K - коэффициент массопередачи; - время экстракции. Коэффициент массопередачи объединяет все виды диффузии:  ( 5 ) , где - коэффициент конвективной диффузии; Db - коэффициент внутренней диффузии ( диализа ); - толщина диффузионного слоя, в котором происходит молекулярная диффузия; Dc - коэффициент молекулярной диффузии. В зависимости от метода экстракции значение коэффициента различно. При высокой скорости движения экстрагента значение второго и третьего слагаемых может быть минимальным или даже равным 0 в связи с тем, что существенно увеличивается коэффициент конвективной диффузии и соответственно уменьшается диффузионный слой. Однако при любом методе экстракции внутренняя диффузия (диализ) имеет место и значение коэффициента значимо. Факторы, влияющие на процесс экстрагированияИз теории процесса экстрагирования можно вывести факторы, влияющие на процесс, с помощью которых можно увеличивать выход экстрактивных веществ.
2. Методы экстрагирования лекарственного сырья Экстрагирование лекарственного сырья широко используется в приготовлении различных препаратов природных соединений. На полноту экстрагирования природных соединений из лекарственного сырья существенно влияет выбор экстрагента, который определяется свойствами извлекаемых веществ, а также видом приготавливаемого препарата (жидкий экстракт или сухой экстракт, или индивидуальное вещество). К экстрагентам предъявляют следующие основные требования: - способность извлекать определенную группу; действующих веществ; - химическая и фармокологическая индифферентность; - возможность регенерации. Выбор экстрагента определяется степенью гидрофильности извлекаемых веществ: для извлечения полярных веществ с высоким значением диэлектрической постоянной используют полярные экстрагенты: воду, глицерин, метанол; для неполярных - кислоту уксусную, хлороформ, эфир этиловый, ацетон, растительные масла. Кроме того, следует принимать во внимание требования к готовому препарату. Для препаратов, в составе которых предусмотрено содержание экстрагента (настойки, жидкие экстракты), не могут быть использованы фармокологически неиндифферентные экстрагенты (метанол, ацетон). Для препаратов, в технологии которых предусматривается удаление экстрагента (сухие экстракты, новогаленовые препараты, индивидуальные вещества) возможен более широкий выбор экстрагента. Перспективными экстрагентами следует считать сжиженные газы: углерода диоксид, пропан, бутан, жидкий аммиак. Наиболее часто используется сжиженный углерода диоксид, являющийся химически индифферентным к большому числу действующих веществ, он хорошо извлекает эфирные, жирные масла и др. Процесс экстрагирования сжиженными газами проводится под давлением, при снятии которого экстрагент улетучивается, а экстрактивные вещества остаются в чистом виде. В фармацевтической технологии используют различные методы экстрагирования. Их можно классифицировать на статические и динамические. В статических способах экстрагирования сырье периодически заливают экстрагентом и настаивают определенное время. Динамические предусматривают постоянную смену экстрагента и сырья относительно друг друга. Динамические способы более эффективны, так как в них извлечение веществ происходит за счет конвективной диффузии. Среди статических и динамических способов экстрагирования можно выделить периодические и непрерывные. К периодическим относятся все способы, где производится экстрагирование одной или нескольких порций сырья в течение определенного времени, т.е. загрузка экстракционных аппаратов производится периодически. К непрерывным относятся способы, в которых сырье непрерывно поступает в экстракционный аппарат. Из статических способов экстрагирования используются мацерация и ремацерация. Мацерация - метод заключается в настаивании в мацерационном баке необходимого количества сырья с экстрагентом при комнатной температуре в течение 7 суток с периодическим перемешиванием. После настаивания извлечение сливают из бака, сырье отжимают. Метод малоэффективен, так как извлечение экстрактивных веществ идет в основном за счет молекулярной диффузии. Поэтому способ в данном варианте применяется редко: при получении препаратов свежего сырья и сырья животного происхождения. С целью интенсификации экстрагирования процесс ведут при перемешивании мешалками, во вращающихся баках или производится циркуляция экстрагента. Ремацерация (дробная мацерация). Экстрагент делится на 2-3-4 части и последовательно экстрагируют сырье каждой частью. Все полученные извлечения объединяют. Периодическая смена экстрагента позволяет в течение всего процесса поддерживать разность концентраций, а следовательно скорость диффузии. К динамическим методам относятся: перколяция, циркуляция, реперколяция, противоточное экстрагирование. Перколяция - заключается в пропускании через сырье непрерывного потока экстрагента с определенной скоростью. Экстрагирование осуществляется в перколяторах, устройство которого описано в учебнике ( т.2, стр. 365-366 ). Метод перколяции включает 3 последовательные стадии: намачивание сырья, настаивание, перколяция. Намачивание проводится половинным или равным количеством экстрагента в течение 4-5 ч. При намачивании сырье набухает и становится более доступным для проникновения экстрагента. Кроме того, внутри клеток сырья образуется концентрированный раствор экстрактивных веществ. Намачивание проводится вне перколятора, набухшее сырье помещают в перколятор, добавляют экстрагент "до зеркала" и начинается стадия настаивания, которая длится 24-48 ч. По эффективности экстрагирования эта стадия аналогична способу мацерации. После настаивания начинается перколяция со скоростью 1/48 используемого объема перколятора за 1 ч при постоянной подаче экстрагента на сырье с той же скоростью. В зависимости от вида получаемого препарата перколяцию проводят до полного истощения сырья или до получения необходимого объема препарата, или получают 2 перколята: первичный и вторичный. Способ перколяции более эффективен, чем мацерация, так как за счет подвижности экстрагента поддерживается высокая скорость внутренней диффузии. Реперколяция или повторная (многократная) перколяция. Сущность метода заключается в том, что сырье делят на части и каждую последующую порцию экстрагируют вытяжкой, полученной из предыдущей. Применяется батарея перколяторов (3-5). Экстрагент от перколятора к перколятору обогащается экстрактивными веществами. Основным принципом любого варианта реперколяции является поступление чистого экстрагента (без извлеченных веществ) на наиболее истощенное сырье, готовое извлечение получают из перколятора последней загрузки, где сырье наименее истощено. Такой порядок позволяет сохранять максимально возможную разность концентрации экстрактивных веществ между сырьем и экстрагентом. Известно много вариантов метода реперколяции: с делением сырья на равные и неравные части, с законченным и незаконченным циклом. Метод осуществляется в батарее перколяторов. Противоточное экстрагирование - метод активного противотока. Принцип метода заключается в непрерывном движении сырья и экстрагента навстречу друг другу. При этом экстрагент постепенно насыщается экстрактивными веществами, а сырье соответственно истощается. Экстрагирование осуществляется в экстракторах различной конструкции: дисковом, пружинно-лопастном, шнековом. Циркуляционное экстрагирование заключается в многократном экстрагировании растительного сырья одной и той же порцией летучего экстрагента в замкнутом цикле. Метод применяется в случае использования летучего экстрагента и термически устойчивых действующих веществ. Метод осуществляется в аппарате Сокслета. Интенсификация процесса экстрагирования Все способы интенсификации направлены на изменение гидродинамических условий процесса, которые обусловливают преимущество конвективной диффузии в процессе экстракции. С целью повышения эффективности экстрагирования его проводят в турбулентном потоке экстрагента при вибрации, пульсации экстрагента через слой с применением ультразвука, электрической обработке материала и др. Турбоэкстракция (вихревая) основана на интенсивном перемешивании и одновременном измельчении сырья в среде экстрагента с помощью быстроходных мешалок с острыми лопастями. Скорость вращения мешалки от 4000 до 15000 об/мин. При таких условиях экстракции неподвижный слой экстрагента на частицах сырья практически исчезает, конвективная экстракция протекает мгновенно. Время экстракции сокращается до нескольких минут. Экстрагирование с помощью роторно-пульсационного аппарата (РПА) основано на циркуляции экстрагента и одновременном измельчении сырья. При экстракции с использованием РПА возникает эффективная турбулизация и пульсация потока сырья и экстрагента. Экстрагирование с применением ультразвука. Источники УЗ помещают в обрабатываемую среду в экстракторе. Ультразвуковые волны создают кавитацию, в результате ускоряется пропитка сырья экстрагентом и растворение экстрактивных веществ в клетках растительного материала. В пограничном диффузионном слое экстрагента образуются турбулентные и вихревые потоки, в результате чего молекулярная диффузия практически полностью заменяется на конвективную. Кроме того, кавитация вызывает разрушение клеточных структур, что также увеличивает выход экстрактивных веществ из клеток и тканей растительного материала. При использовании УЗ вытяжку можно получить в течение нескольких минут. Использование УЗ ограничивается в связи с тем, что возможна ионизация молекул действующих веществ, изменение их свойств, поэтому УЗ требует предварительного исследования. Экстрагирование с помощью электрических разрядов заключается в следующем: внутри экстрактора устанавливаются электроды, к которым поступает импульсивный ток высокой и ультравысокой частоты. Под воздействием электрического разряда в экстрагируемой смеси возникают ударные волны. Под их влиянием происходит интенсивное перемешивание смеси, полностью исчезает диффузионный пристенный слой. Возникновение ударных волн способствует проникновению экстрагента внутрь клеток, где протекает быстрая внутриклеточная диффузия. Кроме того, в результате искрового разряда в жидкости образуются плазменные каверны, которые расширяясь, достигают максимального объема и захлопываются, что приводит к разрушению клеточных структур и вымыванию веществ из клеток. 3. Рекуперация и ректификация Рекуперация экстрагента (возвращение) - заключительная стадия в технологии экстракционных препаратов. Она заключается в возвращении экстрагента (спирта) из отработанного сырья и осуществляется 2 способами: вытеснением экстрагента водой и отгонкой. Вытеснение осуществляется в экстракторе промыванием сырья 2-3-х кратным количеством воды. Получают промывные воды – низко-концентрированный раствор спирта с экстрактивными веществами. Промывные воды обычно подлежат перегонке для получения более крепкого отгона. Отгонка спирта из отработанного сырья может осуществляться глухим и острым паром. В первом случае нагрев сырья осуществляют с помощью паровой рубашки, змеевиковых теплообменников. Отгон получается с высоким содержанием спирта, но возможно его загрязнение продуктами разложения за счет подгорания сырья. Отгон острым паром осуществляется пропусканием пара непосредственно через отработанное сырье и сбором конденсата. Конденсат получается разбавленным, так как вместе с парами спирта конденсируются и пары воды. Промывные воды и отгоны могут быть использованы для приготовления экстрагента путем смешивания его с более крепким спиртом до заданной концентрации. Такой экстрагент используется для получения препаратов одноименного сырья. Для очистки и укрепления рекуператов в производстве широко используется ректификация. Ректификация (исправление, очистка) - процесс разделения гомогенной смеси основанный на многократной перегонке и на различной температуре кипения и конденсации компонентов смеси воды и спирта. Ректификация осуществляется в ректификационных установках, которые состоят из следующих аппаратов: куб-испаритель (или выносной теплообменник), ректификационная колонна, дефлегматор, распределительный стакан, конденсатор, приемник (т.1 , стр. 403 - 409). Спиртоводная смесь, подлежащая ректификации, помещается в куб-испаритель или выносной теплообменник, где нагревается. Образующийся пар (смесь паров воды и спирта) поступает в ректификационную колонну. Внутреннее устройство ее может быть различным (насадочные и барботажные), обеспечивающим условия многократного испарения и конденсации компонентов пара. Температура в колонне понижается снизу вверх, в связи с этим в нижней части колонны конденсируется более высококипящая жидкость (вода), а в верхней спирт. Крепость конденсата таким образом понижается снизу вверх. Новые порции пара, проходя через слой конденсата нагревают его, вследствие чего пары спирта переходят в паровую фазу, а в слое конденсата содержание спирта понижается. Таким образом, пар пройдя ректификационную колонну максимально обогатится спиртом как низкокипящей жидкостью. Затем пар поступает в дефлегматор, который представляет собой теплообменник , где охлаждающей жидкостью является вода нагретая до 60-800С. В зависимости от температуры охлаждающей воды в дефлегматоре может быть полная или частичная конденсация паров спирта. При полной конденсации паров спирт (горячий) идет в конденсатор (для охлаждения) и часть спирта поступает в распределительный стакан. Если происходит частичная конденсация спирта, то образовавшийся конденсат через распределительный стакан возвращается в ректификационную колонну, где он интенсифицирует испарение спирта и значительно укрепляет паровую фракцию спиртом. Несконденсировавшиеся в дефлегматоре пары спирта поступают в конденсатор для окончательной конденсации. Из конденсатора спирт поступает в приемники. Ректификация используется не только для получения спирта из рекуператов, но также и в технологии получения этилового спирта. 4. Экстракционные препараты 4.1. Настойки (Tincturae) Настойки – это спиртовые извлечения из лекарственного растительного сырья, получаемые без нагревания и удаления экстрагента. Они представляют собой прозрачные, окрашенные жидкости, обладающие вкусом и запахом растений, из которых их готовят. Для изготовления настоек используется высушенное лекарственное растительное сырье, в качестве экстрагента используется этанол в концентрации от 40% до 95%. ИЗ одной весовой части несильнодействующего растительного сырья изготавливают пять объемных частей настойки (1:5), а из одной части сильнодействующего сырья – десять объемных частей настойки (1:10). Иногда настойки готовятся в других соотношениях (мяты 1:20, из несильнодействующего сырья боярышника, календулы, арники – 1:10). Для приготовления настоек применяют три основных метода: мацерация, перколяция, растворение густых и сухих экстрактов. Для интенсификации экстрагирования в методе мацерации используется перемешивание или циркуляция экстрагента. Очистка настоек проводится отстаиванием полученного извлечения в течение нескольких дней при +8+10 0С. При отстаивании коагулируют и выпадают в осадок балластные (высокомолекулярные) вещества и механические включения. После отстаивания настойку фильтруют через друк- или пресс-фильтры. Стандартизацию настоек проводят по следующим показателям:
Настойка белладонны (Tinctura Belladonnae) – готовится из листьев белладонны на 40% этаноле 1:10 методом перколяции. Действующие вещества – алкалоиды. Применяется как спазмолитическое средство. Настойка ландыша (Tinctura Convallariae) – готовится из травы ландыша майского на 70% этаноле 1:10 методом перколяции. Содержит сердечные гликозиды, применяется как кардиотоническое средство. Настойка женьшеня (Tinctura Ginseng) – готовится из корней на 70% этаноле 1:10 методом мацерации. Содержит сапонины тетрациклические, применяется как средство, тонизирующее ЦНС. Настойка зверобоя (Tinctura Hyperici) – готовится из травы зверобоя на 40% этаноле методом перколяции 1:5. Содержит полифенолы, флавоноиды. Применяется для лечения гингивитов и стоматитов. Настойка мяты (Tinctura Menthae) – готовится из листьев мяты перечной на 90% этаноле 1:20 методом перколяции с добавлением 5% мятного масла. Содержит эфирное масло, применяется для улучшения пищеварения, при тошноте. Настойка валерианы (Tinctura Valerianae) – готовится из корней и корневищ валерианы на 70% этаноле методом перколяции. Содержит эфирное масло, валериановую кислоту, применяется как успокаивающее средство. 4.2. Экстракты (Extracta) Экстракты – это концентрированные извлечения из лекарственного растительного сырья. В зависимости от количества оставшегося в препарате экстрагента получаются экстракты разной консистенции:
1.Экстракты жидкие представляют собой жидкие концентрированные извлечения, для их получения используется высушенное растительное сырье и этанол разной концентрации. Содержание действующих веществ в жидких экстрактах равно содержанию их в исходном сырье, т.е. они готовятся в соотношении 1:1. При производстве жидких экстрактов применяются методы перколяции и реперколяции. Метод перколяции для получения жидких экстрактов отличается следующим: перколяция (с постоянной скоростью) проводится до получения 85 объемных частей извлечения из 100 весовых частей сырья. Это извлечение представляет собой готовую продукцию – жидкий экстракт. Затем продолжают перколяцию в другой приемник до полного истощения сырья. Полученное извлечение выпаривают под вакуумом при температуре 500-600С до густоватой массы, которую добавляют к первому извлечению (85 ч.) и, если требуется, добавляют экстрагент до получения 100 объемных частей жидкого экстракта. Очистка жидких экстрактов производится так же, как и настоек – отстаиванием в течение нескольких дней при температуре 80-100С с последующим фильтрованием. Стандартизация проводится по следующим показателям:
Экстракт боярышника (Extractum Crataegi) готовится из плодов боярышника на 70% этаноле, содержит флавоноиды. Применяется для стимуляции и регуляции сердечно-сосудистой системы. Экстракт крушины (Extractum Frangulae) готовится из коры крушины на 70% этаноле содержит антраценпроизводные, применяется как слабительное средство. Экстракт элеутерококка (Extractum Eleutherococci) готовится из корневища элеутерококка на 40% этаноле, содержит сапонины тритерпеновые, применяется как стимулирующее ЦНС средство. Экстракт крапивы (Extractum Urticae) готовится из листьев крапивы на 50% этаноле, содержит витамины (К и др.), применяется как кровоостанавливающее средство. 2. Экстракты густые представляют собой густую, вязкую массу, содержащую не более 25% влаги. Для экстрагирования растительного сырья применяют воду, этанол, этиловый эфир. Технология густых экстрактов состоит из трех основных стадий: 1) получение извлечения, 2) очистка извлечения, 3) сгущение извлечения выпаривание. Извлечение из сырья может быть получено методами дробной мацерации, перколяции (до истощения сырья), реперколяции, циркуляции, непрерывным противоточным экстрагированием с перемещением экстрагента и сырья. Для очистки полученных извлечений используют следующие способы осаждения балластных веществ: кипячение, адсорбция, крепкий спирт. После осаждения балластных веществ извлечение фильтруется. Затем очищенное извлечение подвергают выпариванию (сгущению), которое проводится в вакуум-выпарных установках при температуре 50-60 0С. Полученный густой экстракт стандартизуют по следующим показателям:
Экстракт белладонны (Extractum Belladonnae spissum) изготавливается из листьев красавки, экстрагент 20% этанол. Содержит алкалоиды. Применяется как спазмолитическое средство. Экстракт солодки (Extractum Glycyrrhizae spissum) изготавливается из корней солодки, экстрагент – 0,25% водный раствор аммиака. Содержит глицирризиновую кислоту (14%). Экстракт полыни (Extractum Absinthii spissum) изготавливается из травы полыни, экстрагент – хлороформная вода. Содержит горечь, применяется как горечь. Экстракт валерианы (Extractum Valerianae spissum) изготавливается из корней и корневищ валерианы на 40% этаноле. Содержит валериановую кислоту. Применяется как успокаивающее средство. 3. Сухие экстракты являются наиболее рациональным типом экстрак-тов. Они представляют собой аморфные порошки, содержащие влаги до 5%. Для изготовления сухих экстрактов применяются те же экстрагенты, что и для получения густых. Технология сухих экстрактов складывается из тех же стадий, что и технология густых экстрактов. Дополнительной (заключительной) стадией в их производстве является стадия сушки, которая проводится в контактных вакуум-сушилках. Возможно изготовление сухих экстрактов путем высушивания очищенного извлечения с использованием распылительной сушилки. В этом случае исключается стадия сгущения извлечения. Стандартизация сухих экстрактов проводится по следующим показателям:
Экстракт белладонны сухой (Extractum Belladonnae siccum) изготавливается из листьев белладонны, экстрагент 20% этанол. Содержит алкалоиды. Применяется как спазмолитическое средство. Экстракт солодки сухой (Extractum Glycyrrhizae siccum) - готовится из корней солодки, экстрагент – 0,25% раствор аммиака. Содержит глицирризиновую кислоту. Экстракт крушины (Extractum Frangulae siccum) готовится из коры крушины, экстрагент – 70% этанол. Содержит антраценпроизводные. Применяется как слабительное средство. Экстракт ревеня (Extractum Rhei siccum) готовится из корневищ и корней ревеня, экстрагент - 30% этанол. Содержит антраценпроизводные. Применяется как слабительное средство. Экстракты-концентраты Это особая группа экстрактов, которые используются в аптеках для изготовления настоев и отваров. При изготовлении экстрактов-концентратов в качестве экстрагента применяют этанол низких концентраций 20%-40%. Жидкие экстракты-концентраты отличаются от типичных жидких экстрактов тем, что они приготавливаются в концентрации 1:2, т.е. 2 части экстракта эквивалентны 1 части сырья. Жидкие экстракты-концентраты получают методом реперколяции. Очистка производится отстаиванием при температуре 8-10 0С. Стандартизация: содержание действующих веществ, тяжелых металлов. Экстракт адониса (Extractum Adonidis fluidum standartisatum). Экстракт пустырника (Extractum Leonuri fluidum standartisatum). Экстракт валерианы (Extractum Valerianae fluidum standartisatum). Сухие экстракты-концентраты отличаются от типичных сухих экстрактов тем, что они приготавливаются в концентрации 1:1, т.е. 1 часть экстракта эквивалентна 1 части сырья. Изготовление их проводится по технологическим схемам типичных сухих экстрактов. Стандартизация: содержание действующих веществ, тяжелых металлов. Экстракт термопсиса 1:1 (Extractum Thermopsis siccum standartisatum). Экстракт адониса 1:1 (Extractum Adonidis fluidum standartisatum). Экстракт алтея (Extractum Althaeae siccum standartisatum). |