Зміст
Вступ
Глава 1. Процес екстрагування
1.1 Теоретичні основи екстрагування
1.2 Особливості екстрагування рослинної сировини з клітинною структурою
1.3 Стадії процесу екстрагування i їх кількісні характеристики
1.4 Основні чинники впливу на повноту i швидкість екстрагування
1.5 Вимоги до екстрагентів
Глава 2. Настойки
2.1 Визначення настойок
2.2 Способи одержання настойок
2.3 Стандартизація
2.4 Зберігання настойок
2.5 Класифікація i номенклатура настойок
2.6 Рекуперація екстрагентів відпрацьованої сировини
Глава 3. Рідкі екстракти
3.1 Визначення
3.2 Рідкі екстракти
3.3 Способи одержання
3.4 Очищення
3.5 Стандартизація
3.6 Номенклатура рідких екстрактів
3.7 Зберігання
Глава 4. Густі i сухі екстракти
4.1 Визначення
4.2 Способи одержання
4.3 Одержання витяжок
4.4 Очищення витяжок
4.5 Згущення витяжок
4.6 Висушування витяжок
4.7 Номенклатура густих i сухих екстрактів i основні їхні показники (за державним реєстром)
4.8 Зберігання
Глава 5. Інші екстракти
5.1 Екстракти-концентрати
5.2 Масляні екстракти
Висновки
Список використаної літератури
Вступ
Сучасні екстракційні препарати з лікарської рослинної сировини за технологією одержання можна поділити на три групи:
сумарні (галенові) препарати;
новогаленові (максимально очищені) препарати;
препарати індивідуальних речовин.
Галенові препарати необхідно розглядати як специфічну групу лікарських засобів, що разом із хіміко-фармацевтичними та іншими препаратами входять до складу ліків. Галеновими вони називаються за прізвищем відомого римського лікаря і фармацевта Клавдія Галена, що жив у 131—201 рр. н. е. Термін «галенові препарати» з'явився у XIII столітті.
Витяжки із сировини у виробництві галенових препаратів (настойки, екстракти тощо) не є хімічно індивідуальними речовинами, вони являють собою складні комплекси, що часто діють інакше, ніж окрема хімічно чиста речовина. Тому й лікувальна дія галенових препаратів зумовлена всім комплексом біологічно активних речовин, посилюючи, послаблюючи або видозмінюючи дію основних речовин.
У 60-і роки XIX століття з'явилися нові препарати галенового типу, названі новогаленовими. Вони є витяжками з лікарських рослин, цілком або частково звільненими від супутніх речовин, тому мають ще й назву максимально очищених препаратів (МОП). Це також сумарні препарати, але з вузьким спектром дії на організм і зі своїми особливостями. Так, глибоке очищення підвищує їх стабільність, усуває побічну дію ряду супутніх речовин (смоли, таніни тощо), дозволяє рекомендувати їх для парентерального застосування.
Промислове виробництво лікарських препаратів індивідуальних речовин було організоване в колишньому СРСР у середині XX століття. Якщо порівняно недавно їх виробництво вважалося важкодоступним, то завдяки досягненням у галузі хімії, фізики, технології ліків та фармакології стали можливими їх виділення, всебічне дослідження та аналіз. Поширення набули препарати індивідуальних алкалоїдів, серцевих глікозидів та ін.
Основу виробництва екстракційних препаратів становлять про-цеси екстракції. У фармації вони широко впроваджені для одержання препаратів із лікарськоїрослинної сировини (настойки, екстракти рідкі, густі та сухі, екстракти-концентрати, максимально очищені, тобто новогаленові препарати, витяжки зі свіжих рослин тощо) та із сировини тваринного походження (препарати гормонів, ферментів, препарати неспецифічної дії — пантокрин, вітогепат і т. под.)
Вирізняють екстрагування в системі тверде тіло — рідина та у системі рідина — рідина, або рідинну екстракцію. Найпопулярніше у фармацевтичному виробництві екстрагування в системі тверде тіло — рідина, де твердим тілом є лікарська рослинна сирови-на або сировина тваринного походження, а рідиною — екстрагент. Рідинну екстракцію використовують при очищенні витяжок у виробництві максимально очищених препаратів і препаратів індивідуальних речовин з лікарської рослинної сировини.
Глава 1. Процес екстрагування
1.1 Теоретичні основи екстрагування
Процес екстрагування належить до масообмінних процесів і відбувається завдяки дифузії із зони з високою концентраціею. Екстрагування базується на дифузії біологічно активних речовин із внутрішніх структур частинок матеріалу в екстрагент і закінчується при досягненні рівноважних концентрацій. У рівноважному стані з матеріалу в екстрагент переходить така ж кількість молекул, як і з екстрагента в матеріал, тобто концентрація залишається постійною. При цьому звичайно в матеріалі концентрація вища, ніж в екстрагенті.
Дифузія буває молекулярна і конвективна.
Молекулярна дифузія — це процес перенесення елементів речовини (біологічно активної речовини — БАР) за рахунок хаотичного руху самих молекул у нерухомому середовищі. Вона характеризується коєфіціентом молекулярної дифузії Б, який виводять із рівняння Ейнштейна.
Коєфіціент молекулярної дифузії характеризує здатність даної речовини проникати внаслідок дифузії в нерухоме середовище і, як видно з рівняння, зростає з підвищенням температури і зменшується зі збільшенням в'язкості середовища та розміру частинок речовини.
Отже, чим менший радіус дифундуючих частинок, тим швидше відбувається дифузія. Наприклад, розчинам білків, слизів, пектинів та інших, що мають великі молекули, властиві дуже низькі коєфіціенти дифузії. Речовини з малими розмірами молекул (якими частіше бувають БАР) дифундують набагато швидше.
1.2 Особливості екстрагування рослинної сировини з клітинною структурою
При екстрагуванні з лікарської рослинної сировини відбувається дифузія БАР із внутрішніх структур частинки матеріалу. Цей процес має свої особливості. Перш за все, наявність пористої перегородки, міжклітинного простору і клітинних ходів знижує швидкість дифузії. По-друге, у пори перегородки можуть проникати лише ті речовини, частинки яких не перевищують розмірів пор. Нарешті, є ще одна істотна особливість — явище десорбції, що спостерігається в клітині після проникнення в неї екстрагента. Оскільки речовини в клітині зв'язані силами тяжіння, то необхідне насамперед подолання цих адсорбційних сил. Увесь складний комплекс дифузійних явищ, які відбуваються всередині шматочків рослинного матеріалу, називають внутрішньою дифузіею. Для вираження коєфіціента дифузії в порах рослинного матеріалу до рівняння Ейнштейна для вільної дифузії вводять поправочний коєфіціент В, який враховує всі ускладнення процесу.
Для матеріалу з клітинною структурою значення коєфіціента внутрішньої дифузії значно менше за значення коєфіціента вільної дифузії. Так, розмір коєфіціента вільної дифузії для багатьох природних сполук перебуває в межах 104—105 м2/с. А для цих же сполук значення коєфіціента дифузії в порах матеріалу з клітин-ною структурою на 2—3 порядки менший, тобто 106—108 м2/с.
Особливості витягу біологічно активних речовин із матеріалів з клітинною структурою пов'язані з тим, що на шляху до речовини, яка міститься в клітині, знаходиться клітинна стінка, фізіологічний стан якої змінюється. Так, жива рослинна клітина має пристінний шар протоплазми відповідної товщини. Він позначається на властивостях клітинної стінки як перегородки, що відокремлює розчин усередині клітини (клітинний сік) від рідини поза клітиною.
Доки протоплазма жива, клітинна стінка залишається напів-прозорою перегородкою, яка не пропускає речовини, розчинені в клітинному сокові. У цьому разі можливе лише проникнення екстрагента у клітину за рахунок явища осмосу.
Зовсім інакше поводиться висушена клітина. Внаслідок загибелі протоплазми (плазмолізу) клітинна стінка втрачає характер напівпрозорої перегородки і починає пропускати речовини в обидві сторони (явище діалізу). Тобто клітинна стінка набуває властивості пористої перегородки, крізь яку можуть дифундувати біологічно активні речовини, молекули яких не перевищують розміру пор.
Переважну більшість екстракційних препаратів одержують із висушеної рослинної сировини, тобто зневодненої природним або тепловим висушуванням. У разі одержання препаратів зі свіжих рослин клітини умертвляють етиловим спиртом. Він дуже гігроскопічний і при зіткненні з рослинною клітиною зневоднює її, викликаючи найсильніший плазмоліз. Умертвіння клітин сировини тваринного походження досягається тими ж способами: висушуванням або зневоднюванням за допомогою спирту чи ацетону.
При одержанні препаратів зі свіжої сировини, клітини якої не зневоднені, очевидно, має місце вимивання клітинного соку із зруйнованих клітин, а не процес екстрагування.
1.3 Стадії процесу екстрагування i їх кількісні характеристики
У процесі екстрагування відбувається масопередача, тобто перехід одніеї або кількох речовин з одніеї фази (сировини) в іншу (екстрагент). Масопередача із сировини з клітинною структурою — складний процес, в якому можна виділити три стадії:
«внутрішню дифузію», що включає всі явища перенесення
речовин усередині частинок сировини;
перенесення речовини в межах безпосередньо дифузійного
пограничного шару;
перенесення речовини рухомим екстрагентом (конвективна дифузія).
Екстрагування із зневодненої сировини з клітинною структурою починається проникненням екстрагента в матеріал, змочуванням речовин, що знаходяться усередині клітини, розчиненням їх та десорбціею. Далі відбувається молекулярне перенесення розчинених речовин — спочатку в екстрагент, що знаходиться в міжклітинному просторі, потім в екстрагент, який заповнює мікро- і макротріщини, і, нарешті, на поверхню шматочків матеріалу.
Зобразимо схематично (рис. 1) частинку матеріалу, яка знаходиться в екстрагенті, і позначимо середню концентрацію речовин, що екстрагуються всередині частинки, як С1 а на її поверхні — С2.
Рис. 1. Частинка сировини в екстрагенті
Тоді кількість речовини, що продифундувала із внутрішніх структур частинки на поверхню (перша стадія), буде пропорційна коєфіціентові внутрішньої дифузії, поверхні частинки матеріалу, часові, різниці концентрації всередині частинки та на її поверхні, обернено пропорційна розмірові частинок рослинної сировини.
На другій стадії починається дифузія речовин від поверхні частинки (концентрація С2) до зовнішньої поверхні дифузійного пограничного шару (концентрація С3). Зараз уже загальновизнане існування на поверхні шматочків сировини пристінного шару, екстрагента, названого дифузійним пограничним шаром. Цей шар чинить великий опір подальшому перенесенню екстрагованих речовин у екстрагент. Товщина його залежить від гідродинаміки процесу, передусім від швидкості перемішування екстрагента. Чим більша швидкість перемішування, тим тонший пограничний шар. У межах дифузійного пограничного шару перенесення речовин здійснюється за законом вільної дифузії і може бути виражене у вигляді першого закону Фіка.
На третій стадії процесу екстрагування перенесення діючих речовин триває завдяки руху екстрагента (конвективна дифузія).
Звичайно коєфіціент конвективної дифузії Р у багато разів більший за коєфіціент молекулярної дифузії Б.
Аналіз процесів екстракції засвідчує, що процес екстрагування залежить від багатьох чинників, найважливіші з яких: гідродинамічні умови, поверхня розділення фаз, різниця концентрацій, тривалість процесу, в'язкість екстрагента, температура. Крім того, на повноту витягу та швидкість впливають: додавання поверхнево-активних речовин, характер завантаження сировини, вибір екстрагента, пористість і порозність сировини, коєфіціент вимивання, вплив вібрацій, пульсацій, електроімпульсний розряд у рідкому середовищі, здрібнення і деформація сировини в екстрагенті. Розглянемо вплив кожного із цих чинників.
1.4 Основні чинники впливу на повноту i швидкість екстрагування
Гідродинамічні умови. Коєфіціент масопередачі К визначають, включаючи коєфіціенти всіх видів дифузії. Він може змінюватися залежно від гідродинамічних умов процесу. Так, за відсутності конвекції, тобто без перемішування, коєфіціент конвективної дифузії Р дорівнює нулю, а товщина дифузійного шару стає рівною товщині всього шару екстрагента. Отже, третя стадія екстрагування відпадає, а коєфіціент масопередачі визначається тільки внутрішньою дифузіею в сировину і вільною молекулярною дифузіею в нерухомій рідині.
Таке явище спостерігається при мацерації (настоюванні) без перемішування. Цей спосіб екстрагування найбільш тривалий.
Якщо екстрагент переміщується із незначною швидкістю, коєфіціент масопередачі визначається кількісними характеристиками всіх трьох стадій процесу. Швидкість цього способу екстракції вища, адже зменшується шар не-рухомої рідини, з'являються конвекційні потоки, які сприяють перенесенню речовини. Такий режим екстрагування характерний для мацерації з перемішуванням, перколяції, швидкоплинної реперколяції, безперервної протитечійної екстракції тощо.
I нарешті, при дуже інтенсивному перемішуванні можуть не відбуватися друга й третя стадії дифузійного процесу. Тоді коєфіціент конвективної дифузії зростає до нескінченності, тобто конвективне масоперенесення здійснюється миттево. Водночас стає рівною нулю і товщина пограничного дифузійного шару. Коєфіціент масопередачі в таких випадках визначається тільки коєфіціентом дифузії в порах рослинного матеріалу.
Такий вид залежності для коєфіціента масопередачі прийнятний для вихрової екстракції та екстрагування із застосуванням роторно-пульсаційного апарата.
Другий і третій складники можуть бути відсутніми, але наявність першого невід’ємна від процесу екстракції із сировини з клітинною структурою.
Останнім часом запропоновано екстрагування із застосуванням ультразвуку, за допомогою електричних зарядів з використанням електроплазмолізу та електродіалізу. У таких випадках з'являється можливість впливати на коєфіціент внутрішньої дифузії, що дозволяє значно прискорити процес екстрагування на найбільш повільній стадії.
Поверхня розділення фаз «тверда лікарська сировина — рідина» залежить від ступеня здрібнення сировини і буде тим більшою, чим менші розміри частинок. Однак з практики відомо, що при надмірному здрібненні сировина може злежуватись, а вміст слизистих речовин призводить до ослизнення, внаслідок чого крізь такі маси екстрагент проходитиме дуже погано. При надто тонкому здрібненні різко збільшується кількість розірваних клітин, що стає причиною вимивання супутніх речовин, які забруднюють витяжки (білки, слизи, пектини та інші високомолекулярні сполуки). У результаті витяжки одержують каламутні, їх важко освітлювати і фільтрувати. 3 цього випливає, що сировину слід подрібнювати до оптимальних розмірів: листя, квіти, трави до 3—5 мм; стебла, корені, кору до 1—3 мм, плоди й насіння до 0,3—0,5 мм. При цьому у вихідному матеріалі зберігатимється клітинна структура і переважатимуть дифузійні процеси, екстрагування сповільниться, але отриману витяжку легше буде очищати від механічних домішок.
Різниця концентрацій у сировині та екстрагенті є рушійною силою процесу екстракції. Під час екстракції необхідно прагнути до максимального перепаду концентрацій, що досягається частою зміною екстрагента (ремацерація замість мацерації), проведенням протитечійного процесу та ін.
Час (тривалість) екстрагування. 3 основного рівняння масопередачі випливає, що кількість речовини, продифундованої крізь умовний шар, прямо пропорційна часові екстракції. Однак потрібно досягати максимальної повноти витягу в найкоротший термін, максимально скориставшись усіма можливостями інтенсифікації процесу.
Надмірна тривалість процесу екстрагування призводить до забруднення витяжок супутніми високомолекулярними сполуками, швидкість дифузії яких значно менша, ніж у біологічно активних речовин. При тривалому екстрагуванні під впливом ферментів можуть з'являтися небажані процеси. Загальна тривалість екстракції найчастіше змінюється з економічних міркувань. Буває доцільно припинити процес у певний момент, бо додатково витягнуті кількості речовин не окуплять надлишкових витрат цінних екстрагентів (спирту, ефіру).
В'язкість екстрагента. За законом Фіка кількість розчиненої речовини, продифундованої крізь шар екстрагента, обернено пропорційна в'язкості цього екстрагента при даній температурі. Отже, менш в'язкі розчини мають більшу дифузійну здатність. Для зменшення в'язкості при екстрагуванні рослинними оліями вдаються до нагрівання.
Перспективними в цьому відношенні є зріджені гази: карбону діоксид СО2, пропан, бутан, рідкий амоніак та ін. Найбільш часто використовують зріджений карбону діоксид, що хімічно індиферентний до значної кількості діючих речовин. Його в'язкість у 14 разів менша за в'язкість води і в 5 — за в'язкість етанолу. Зріджений карбону діоксид добре витягає ефірні масла та інші гідрофобні речовини. Гідрофільні речовини добре екстрагуються зрідженими газами з високою діелектричною проникністю (амоніаком, метилхлоридом, метиленоксидом та ін.).
Температура. Підвищення температури прискорює процес екстрагування, але в умовах фітохімічних виробництв нагрівання можливе тільки для водних витяжок. Спиртова, а тим більше ефірна екстракція проводиться при кімнатній (або навіть нижчій) температурі, оскільки з її підвищенням зростають втрати екстрагентів, а отже шкідливість і небезпека роботи з ними.
Як було зазначено вище, екстрагування рослинними оліями відбувається з нагріванням. Але для термолабільних речовин застосування підігрітого екстрагента припустиме лише протягом короткого часу. Шдвищення температури екстрагента небажане для ефіромасляної сировини, оскільки при нагріванні неминучі значні втрати. Необхідно враховувати, що при використанні гарячої води відбувається полімеризація крохмалю, пептизація речовин; витяжки в цьому разі стають слизуватими, і подальша робота з ними значно утруднюється. Шдвищення температури доцільне при екстрагуванні з коренів, кореневищ, кори та шкірястого листя. Тоді гаряча вода сприяє кращому відділенню тканин і розриву клітинних стінок, прискорюючи тим самим перебіг дифузійного процесу.
Додавання поверхнево-активних речовин (ПАР). Експериментально встановлено, що додавання невеликих кількостей ПАР (0,01—0,1 %) поліпшує процес екстрагування. При цьому збільшується вихід екстрагованих речовин: алкалоїдів, глікозидів, ефірних масел тощо, а в деяких випадках повнота витягу досягається при меншому об’ємі екстрагента. Добавки ПАР знижують поверхневий натяг на межі розділення фаз, поліпшуючи змочуваність вмісту клітини і полегшуючи проникнення екстрагента. Крім того, істотну роль відіграє солюбілізувальна здатність ПАР.
Вибір екстрагента. Для забезпечення повноти витягу діючих речовин і максимальної швидкості екстрагування до екстрагента висувають такі вимоги: селективність (вибіркова розчинність); хімічна і фармацевтична індиферентність; мала токсичність; доступність.
Вибір екстрагента визначається ступенем гідрофільності речовин. Для екстрагування полярних речовин із високим значенням діелектричної сталої використовують полярні розчинники: воду, метанол, гліцерин; для неполярних — кислоту оцтову, хлороформ, етер етиловий та інші органічні розчинники. Найчастіше як екс-трагент застосовують етанол — малополярний розчинник, який при змішуванні з водою утворює суміші різного ступеня полярності, що дозволяє використовувати його для вибіркового екстрагування різних біологічно активних речовин. Крім етанолу, з мало-полярних розчинників застосовують ацетон, пропанол, бутанол.
Пористість і порозність сировини. Пористість сировини — це розмір порожнин усередині рослинної тканини. Чим вона вища, тим більше утворюється внутрішнього соку при набуханні. Порозність — це розмір порожнин між шматочками здрібненого матеріалу. Від розмірів пористості й порозності залежать швидкість змочування і набухання матеріалу. Швидкість набухання зростає при попередньому вакуумуванні сировини, а також при підвищенні тиску і температури.
Пористість і порозність сировини обумовлюють її поглинальну здатність, що характеризується коєфіціентом поглинання сировини.
Поглинальна здатність сировини перебуває в прямій залежності від ступеня її здрібнення.
Коєфіціент вимивання характеризує ступінь руйнування клітин у здрібненій сировині. Якщо він низький, це означає, що в сировині мало зруйнованих клітин, екстрагування йде повільно і обумовлюється швидкістю молекулярної дифузії. За розмір коєфіціента вимивання прийнято брати кількість речовини у витяжці, отриманої з певної наважки сировини, при певному співвідношенні (сировина-екстрагент) в результаті екстрагування сировини протягом одніеї години при певній швидкості перемішування.
Вплив вібрації, пульсації, здрібнення і деформації сировини в середовищі екстрагента. Використання методів екстрагування, в яких мають місце вібрація, пульсація, здрібнення і деформація в середовищі екстрагента, дозволяє значно збільшити швидкість і повноту екстрагування із сировини. Пояснюється це тим, що:
3 появою турбулентного перемішування як усередині, так і назовні клітин молекулярно-кінетичний рух змінюється на конвективний, що дозволяє підтримувати різницю концентрацій у зоні зіткнення фаз на високому рівні.
Вплив електроімпульсних розрядів. При екстрагуванні БАР за допомогою електричних розрядів процес прискорюється, тому що завдяки іскровому розрядові в сировині відбувається мікровибух, який розриває клітинні структури матеріалу. Процес витягу відбувається швидше внаслідок вимивання екстрактивних речовин та пульсації, що так само позначається на швидкості руху екстрагента. Виникаючі
9-09-2015, 00:43