технология лек 2. Учебник соответствует учебной программе и предназначен для студентов фармацевтических высших учебных заведений и факультетов
 Скачать 5.32 Mb.
|
|
создающих неудобство в обслуживании и повышающих расход электроэнергии. Экстрагирование сырья с помощью роторно-пульсационного аппарата (РПА). Этот способ основан на многократной циркуля- ции сырья и экстрагента, подаваемых в экстрактор с помощью РПА. Устройство роторно-пульсационного аппарата подробно приведено в томе 1. Мы же отметим особенности его использования при проведении процесса экстрагирования. 111 При работе РПА происходит механическое измельчение частиц, возникает интенсивная турбулизация и пульсация обрабатываемой смеси. В технологической схеме РПА устанавливают ниже днища экстрактора. Сырье загружают на ложное дно экстрактора и заливают экстрагентом. Жидкая фаза поступает в РПА через штуцеры, а сырье — с помощью шнека. Из РПА смесь измельченного материала и экстрагента (т. е. пульта) поднимается вверх и через штуцер поступает в экстрактор с мешалкой. Процесс повторяется до получения концентрированного извлечения (до равновесной концентрации). При этом происходит одновременно экстрагирование и измельчение. В качестве экстрагентов используют дихлорэтан, хлористый метилен, минеральные и растительные масла. Применение РПА эффективно при получении масла облепихи, настоек календулы и валерианы, танина из листьев скумпии, каротиноидов и оксиметилентетрами- нов из плодов шиповника, оксиантрахинонов из коры крушины ломкой и др. Во всех случаях повышается производительность и увеличи- вается выход действующих веществ. Для полного извлечения биологически активных веществ из сырья используют установки, состоящие из трех ступеней, каждая из которых имеет экстрактор с мешалкой, РПА и центрифуги. При этом сырье движется последовательно от первой ступени ко 2-й и к 3-й, а экстрагент противотоком сырью от 3-й ступени ко 2-й и к 1-й. Отработанное сырье (шрот) удаляется из центрифуги третьей ступени. Насыщенное извлечение получают из первой ступени после 1-го экстрактора, РПА и разделения в центрифуге. В такой установке время экстрагирования сокращается в 1,5—2 раза, повышается выход биологически активных веществ. Экстрагирование с применением ультразвука. Ускоряет процесс экстрагирования из сырья, обеспечивая более полное извлечение действующих веществ. Источник ультразвука закрепляют на корпусе экстрактора-перколятора с наружной его стороны. Возникающие ультразвуковые волны создают знакопеременное давление, кавитацию и звуковой ветер. В результате быстрее происходит набухание материала и растворение содержимого клетки, увеличивается скорость обтекания частиц сырья, в пограничном диффузионном слое возникают турбулент- ные и вихревые потоки. Молекулярная диффузия внутри частиц материала и в пограничном диффузионном слое практически заменяется конвективной, что приводит к интенсификации массообмена. В результате кавитации происходит разрушение клеточных структур, что ускоряет процесс перехода действующих веществ в экстрагент за счет их вымывания. Применение ультразвука позволяет получить вытяжку за несколько минут. Эффективность использования ультразвука зависит от параметров 112 процесса: интенсивности и экспозиции озвучивания, выбора экстрагента, соотношения сырья и экстрагента и др. Наиболее оптимальная температура при озвучивании не выше 30—60 °С, во избежание образования пузырьков воздуха, гасящих ультразву- ковые волны. В качестве экстрагента предпочтительны спиртовод- ные смеси с высокой концентрацией этанола, который ингибирует окислительно-восстановительные процессы, имеющие место в ультразвуковом поле. Для многих видов сырья оптимальная интенсивность ультразвука (с частотами 2 Ч 10 4 —2 Ч 10 8 с –1 ) находится в интервале 1,5—2,3 Ч 10 4 Вт/м 2 К недостаткам ультразвуковой обработки можно отнести неблагоприятное воздействие на обслуживающий персонал. Кроме того, ультразвуковые колебания вызывают: кавитацию, ионизацию молекул, изменение свойств биологически активных веществ, понижая или усиливая их терапевтическую активность. Поэтому применение его требует обстоятельного исследования. Экстрагирование с помощью электрических разрядов. Применение электроимпульсных разрядов позволяет ускорить экстрагирование из сырья с клеточной структурой. Для этого применяется импульсный электроплазмолизатор (рис. 5.16). Внутри экстрактора 1 с обрабатыва- емым сырьем помещают электроды 2, к которым подают импульсный ток высокой или ультравысокой частоты. Под воздействием электрического заряда в экстрагируемой смеси возникают волны, создающие высокое импульсное давление. В результате происходит интенсивное перемешивание обрабатыва- емой смеси, истончается или полностью исчезает диффузионный пограничный слой и увеличивается конвективная диффузия. Возникновение ударных волн способствует проникновению экстра- гента внутрь клетки, что ускоряет внутриклеточную диффузию. Из-за искрового разряда в жидкости образуются плазменные каверны, которые, расширяясь, достигают максимального объема и захлопываются. При этом за короткий промежуток времени в малом пространстве выделяется большое количество энергии и происходит микровзрыв, разрывающий клеточные структуры растительного материала. Извлечение ускоряется за счет вымывания биологически активных веществ из разрушенных клеток. Кроме того, образующиеся полости постоянно пульсируют, вызывая увеличение скорости движения экстрагента около частиц сырья и увеличивая скорость экстрагирования за счет возрастания коэффициента конвективной диффузии. Рис. 5.16. Схема импульсного электроплазмолизатора 113 В процессе импульсной обработки экстрагируемого материала с помощью высоковольтных разрядов электрическая энергия преоб- разуется в энергию колебательного движения жидкости, что сокраща- ет время экстрагирования и повышает выход биологически активных веществ, эффективность экстрагирования в единицу времени и др. Экстрагирование с использованием электроплазмолиза и электродиализа. Электроплазмолиз — обработка сырья электрическим током низкой и высокой частоты, в результате которой происходит плазмолиз протоплазмы. Сущность метода заключается в разрушающем воздействии тока на белково- липидные мембраны растительных тканей с сохранением целостности клеточных оболочек. Электроплазмолиз дает наибольший эффект при получении препаратов из свежего сырья растительного и животного происхождения. При этом получаемые вытяжки обогащены действующими веществами и содержат лишь небольшое количество сопутствующих веществ. Электроплазмоли- затор с подвижными электродами-вальцами имеет два горизонтальных электрода, вращающихся навстречу друг другу, к которым подводится электрический ток напряжением 220 В. Свежее сырье поступает в зазор между вальцами из бункера, сок собирается в приемник. Выход сока увеличивается на 20—25% по сравнению с использованием традиционных методов. Аппарат с неподвижными электродами изображен на рис. 5.16. В нем имеется подвижная крышка 3, которая, опускаясь, отжимает сырье. Время обработки сырья электрическим током составляет доли секунды. Электродиализ используют для ускорения экстрагирования сырья растительного и животного происхождения. Движущей си- лой процесса в этом случае является разность концентраций экстрагируемых веществ по обе стороны полупроницаемой пере- городки, роль которой в сырье с клеточной структурой выполняют оболочки клеток. Под действием электрического тока изменяются электрические потенциалы поверх- ности сырья, улучшается его смачиваемость, ускоряется движе- ние ионов биологически активных веществ в полости клеток и в капиллярах клеточных структур. В результате увеличивается коэф- фициент внутренней диффузии. Экстрагирование этим методом проводят в аппарате из электро- непроводящего материала (дерево, пластик) (рис. 5.17) с коническим Рис. 5.17. Схема установки с использованием электродиализа 114 днищем из нержавеющей стали, над которым помещается стальная перфорированная пластинка 1, служащая катодом. На пластину, покрытую фильтрующим материалом 2, загружают предварительно замоченное сырье 3, на которое сверху опускается крышка 4 с вмонтированным графитовым анодом 5. Электроды присоединяются к источнику постоянного тока (15 А), плотность на катоде — 0,6 А/м 2 , напряжение — 0,8 В/см. При непрерывном поступлении экстрагента на получение продукта затрачивается в два раза меньше времени по сравнению с другими методами экстрагирования. Выход биологически активных веществ в этом случае возрастает почти на 20%. Экстрагирование сжиженными газами. Установка предназна- чена для экстракции природных соединений из растительного сырья с использованием в качестве экстрагентов сжиженных газов (хладонов). Она представляет собой замкнутую систему и состоит из следующих основных узлов (рис. 5.18): экстракторов 1; баллона 2 с используемым газом; напорных емкостей 3, оснащенных указателем уровня, манометром и предохранительным клапаном; фонарей смотровых 4 для визуального наблюдения за перемещением растворителя и экстракта; фильтра объемного 5 для очистки экстракта; испарителя 6, снабженного указателем уровня, манометром и предохранительным клапаном; конденсато- ра 7, снабженного указателем уровня, манометром и предохрани- тельным клапаном; холодильного агрегата 8 для охлаждения конденсатора, трубопроводов и арматуры. Принцип работы установки: в экстракторы 1 загружают измельченное сырье через загрузочный штуцер при помощи вакуума. Из экстракторов и испарителя воздух удаляют вакууми- Рис. 5.18. Принципиальная схема экстрагирования сжиженными газами 115 рованием и заполняют газообразным хладоном из баллона 2. После достижения равновесия давлений в экстракторы 1 подают сжиженный хладон из напорных емкостей 3. Растворитель проходит сквозь слой сырья, извлекает растворимые компоненты и через фильтр 5 сливается в испаритель 6. В испарителе экстракт подогревается, пары растворителя отделяются и за счет разности давлений поступают в конденсатор 7, охлаждаемый холодильным агрегатом 8, где конденсируются, и растворитель возвращается в напорные емкости 3. Процесс экстрагирования осуществляется при рабочем давлении 10—65 атм (зависит от давления насыщенного пара экстрагента) и температуре 20—25 °С. Многие экстракты, полученные с использованием сжиженных газов, отличаются более высоким содержанием биологически активных веществ, устойчивостью к микробной контаминации. Особенно это относится к сырью, содержащему полифенольные соединения, алкалоиды, гликозиды. 5.8.1.2. Очистка вытяжки Водные и водноспиртовые вытяжки с малым количеством этанола (20—40%) содержат много высокомолекулярных соединений (водорастворимые белки, сахара, ферменты, пектины, слизи, крахмал), которые до выпаривания должны быть обязательно удалены. В зависимости от количества и свойств балластных веществ используют различные методы очистки. В ряде случаев очистку проводят кипячением — если нет инактивации БАВ. Свернувшиеся при этом белки быстро отслаиваются. Иногда применяют адсорбенты (каолин, бентониты, тальк и т. п.) или сочетание адсорбентов с кипячением. Часто применяют способ удаления балластных веществ путем осаждения их спиртом. Спиртоочистка проводится с предварительным упариванием вытяжек до половинного объема по отношению к массе исходного сырья. После охлаждения к ней добавляют двойной объем крепкого (95—96%) этанола. Все тщательно перемешивают и оставляют на 5—6 дней при температуре не выше 10 °С. Отстоявшийся слой сливают с осадка и фильтруют. Очи- щенную вытяжку, при необходимости, подвергают дальнейшему сгущению. Для вытяжек хлороформных (четыреххлористого углерода) применяют метод замены экстрагента. При этом к упаренной до половинного объема по отношению к массе исходного сырья вытяжке добавляют воду в количестве, равном массе сырья. Растворимые в хлороформе (четыреххлористом углероде) хлорофилл, смолистые вещества выпадают в осадок, так как они не растворяются в воде. Вытяжку отстаивают, фильтруют и подвергают дальнейшей обработке. 116 5.8.1.3. Сгущение вытяжки Очищенные вытяжки упаривают под вакуумом при температуре 50—60 °С и разрежении 600—650 мм рт. ст. до требуемой консистенции. При сгущении спиртовых вытяжек или вытяжек после спиртоочистки вначале отгоняют спирт, не включая вакуума. Аппаратура, используемая для упаривания вытяжек в фармацевтическом производстве, имеет свои особенности. Объясняется это тем, что в вытяжке содержатся биологически активные вещества, которые при упаривании могут осаждаться на стенках выпарных аппаратов, обогреваемых паром, и терять свою активность из-за высокой температуры стенок. Поэтому аппараты, в которых нет циркуляции упариваемой вытяжки или есть слабая циркуляция (как в выпарном кубе), в фармацевти- ческом производстве применяют крайне редко. Предложенные в последние годы конструкции с интенсивной циркуляцией далеко не все широко используются в заводском производстве. Так, высокоэффективный центробежный роторно-пленочный аппарат «Центритерм», имея высокую производительность в промышлен- ности, не нашел применения из-за возникающих в процессе работы вибраций и большого шумового эффекта. Наибольшее применение на этой стадии, как надежные в работе, высокоэффективные, удобные в обслуживании и малоэнергоемкие нашли такие конструкции, как прямоточный роторный, циркуляционный вакуум-выпарной аппарат и пенный испаритель. Роторный прямоточный аппарат (рис. 5.19) имеет верти- кальный корпус 1 с паровой рубашкой 2. По центру корпуса расположен ротор в виде вертикального вращающегося вала 3 с шарнирно закрепленными на нем скребками 4. Подлежащая упариванию вытяжка подается в верхнюю часть корпуса роторного выпарного аппарата через штуцер 5 в полость распределительного кольца 6, из которого вытекает в виде многочисленных струек, смачивающих вращающиеся скребки. Со скребков вытяжка разбрызгивается на обогревае- мую цилиндрическую поверхность корпуса в виде тонкой пленки, из которой происходит испарение растворителя. Сгущающаяся вытяжка снимается скреб- ками и под действием силы тяжести стекает в нижнюю коническую камеру, из которой непрерывно отводится через штуцер 7. В сепарационной камере 8 из Рис. 5.19. Роторный прямоточный аппарат 117 вторичного пара отделяются капли жидкости с помощью каплеотбойника 9. Образующийся вторичный пар без капель увлеченной жидкости поступает в верхнюю часть сепарационной камеры 8 и через патрубок 10 отводится к конденсатору. Роторный испаритель может работать как под атмосферным давлением, так и под вакуумом. Циркуляционный вакуум-выпарной аппарат фирмы «Симакс» (рис. 5.20) также может работать как под вакуумом, так и под атмосферным давлением. Обычно аппарат изготовляется из термостойкой боросиликатной стекломассы, что позволяет контролировать процесс, включая циркуляцию упариваемой вытяжки, конденсацию паров экстрагента, количество упаренной вытяжки и объем сконденсированного экстрагента. В колбу-приемник 1 с помощью вакуума, создаваемого через шту- цер 2, затягивают вы- тяжку, подлежащую упариванию. Уровень вытяжки в колбе 1 дол- жен достигать верхнего края спиралей калори- фера 3. В калорифер подают греющий пар через патрубок 4 и отво- дят образующийся кон- денсат по патрубку 5. В зоне калорифера вытяж- ка быстро закипает и в виде парожидкостной смеси выбрасывается через хобот 6 в колбу-расширитель 7, где интенсивно циркулирует, образуя большую поверхность испарения. Образующиеся пары поднимаются вверх и отводятся по широкой трубе 8 в холодильник-конденсатор 9, где охлаждаются холодной водой. Сконденсировавшиеся пары экстрагента собираются в колбе- приемнике 10 и отводятся через штуцер 11 после снятия вакуума в установке. Неиспарившаяся вытяжка из колбы 7 стекает вниз по зазору между циркуляционной трубой 13 с хоботом 6 и царгой 12 в колбу 1, из которой вновь поднимается по трубе 13, закипает от калорифера 3 и выбрасывается в колбу 7. Такая циркуляция упариваемой вытяжки продолжается до получения заданного конечного объема вытяжки, после чего сконцентрированную вытяжку и чистый экстрагент сливают, а в установку загружают новую порцию вытяжки. Рис. 5.20. Схема циркуляционного вакуум- выпарного аппарата фирмы «Симакс» 118 Пенный испаритель (рис. 5.21) применяют для упаривания водных вытяжек, так как в нем не предусмотрена конденсация вторичного пара. Установка состоит из рабочей емкости 1, в которую загружают исходную вытяжку. Вытяжка насосом 2 через патрубок 3 подается на распределительное устройство 4, из которого она стекает в виде многочисленных струй на обогреваемые изнутри паром горизонтальные трубки 5 испа- рительной камеры 6. Заки- пающая вытяжка сильно вспенивается, образуя большую поверхность испарения. Для ускорения процесса выпарива- ния через кипящую вытяжку снизу с помощью вентилятора 7 прокачивается воздух, который, забирая влагу из вспениваю- щейся вытяжки, поступает в сепаратор 8. Здесь, ударяясь о перегородку 9 , воздух освобождается от капель вытяжки и, обогащенный влагой, выбрасывается в атмо- сферу через патрубок 10. Отде- лившиеся капли вытяжки из сепаратора 8 сливаются в рабочую емкость 1. Циркуляция вытяжки в установке проводится до требуемой конечной концентрации. Прошедшие между трубками капли вытяжки из испарительной камеры 6 через патрубок 11 направляются в рабочую емкость 1. Аппарат высокоэффективен, малоэнергоемок, удобен в эксплуатации. Широко используется для упаривания водных извлечений в производстве плантаглюцида. 5.8.1.4. Высушивание вытяжки Высушивание очищенных вытяжек может проводиться по двум схемам: 1) без сгущения жидкой вытяжки и 2) через стадию сгущения с последующей сушкой. В первом случае сушка вытяжек осуществляется в распылительных сушилках, где жидкая вытяжка распыляется в очень мелкие капли в большой камере. Снизу, навстречу оседающим каплям, подается с помощью вентилятора нагретый воздух (его температура около 150—200 °С), при этом перегрева материала не происходит, так как все тепло воздуха уходит на изменение агрегатного состояния влаги из капелек вытяжки. Температура высушиваемого материала не превышает 50—60 °С. Рис. 5.21. Схема пенного испарителя |