Методы экстрагирования лекарственного растительного сырья

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Понятие экстракта

2. Метод мацерации

3. Метод перколяции

4. Циркуляционное экстрагирование

5. Непрерывное противоточное экстрагирование с перемешиванием сырья и экстрагента

6. Традиционные методы экстракции

Заключение

Литература

Введение

Главным источником многих биологически активных соединений все еще остается натуральное сырье, как животного, так и растительного происхождения, несмотря на то, что современная химия достигла впечатляющих успехов в области синтеза большого числа таких веществ. Следовательно, особого внимания заслуживает изучение и интенсификация процесса экстрагирования разнообразных ценных компонентов из природного сырья.

Процессы экстрагирования (извлечения) имеют весьма большое значение в современной фармации. Путем извлечения получается основная группа суммарных (галеновых) препаратов - экстракты и настойки, а также новогаленовые препараты, полифракционные экстракты, извлечения из свежих растений и ряд других. Экстракционный процесс лежит в основе технологии многих препаратов, получаемых из сырья животного происхождения (препараты гормонов, ферментов и др.).

Экстракционный процесс лежит в основе не только производства суммарных препаратов, но и технологии выделения из сырья индивидуальных фармакологически активных веществ.

1. Понятие экстракта

Экстракты представляют собой концентрированные извлечения из лекарственного растительного сырья. Различают жидкие экстракты, густые экстракты - вязкие массы с содержанием влаги не более 25 %, сухие экстракты - сыпучие массы с содержанием влаги не более 5 %.

Для получения экстрактов используются различные способы: мацерация (настаивание), перколяция (вытеснение), реперколяция, противоточная и циркуляционная экстракция и др.

Для экстрагирования лекарственного растительного сырья применяют воду, этиловый спирт различной концентрации и другие экстрагенты, иногда с добавлением кислот, щелочей, глицерина, хлороформа и др.

При изготовлении жидких экстрактов из одной весовой части лекарственного растительного сырья получают одну или две объемные части экстракта.

Полученные извлечения отстаивают не менее 2 суток при температуре не выше 10° С до получения прозрачной жидкости и фильтруют.

Экстракты, содержащие сухих веществ выше норм, указанных в частных статьях, разбавляют.

Экстракты хранят в упаковке, обеспечивающей стабильность препарата в течение указанного срока годности, и, если необходимо, в прохладном, темном месте.

Разрешается приготовление растворов густых экстрактов в соотношении 1:1 в растворителе, состоящем из 6 частей воды, 3 частей глицерина и 1 части спирта. Растворы густых экстрактов применяют в двойном количестве и хранят не более 15 суток.

Масляные извлечения из растительного сырья получают двумя способами:

-непосредственно экстрагированием сырья маслом или -предварительным экстрагированием сырья органическим растворителем с последующим переводом извлеченных веществ в масло.

Первым способом получают масляные экстракты зверобоя, однако в виду высокой вязкости экстрагента диффузионный процесс при экстракции маслом протекает очень медленно и действующие вещества извлекаются не полностью. Несколько ускоряется процесс при применении подогретого масла.

Большой выход действующих веществ наблюдается при получении масляных извлечений по второму способу. По этому способу получают масляный экстракт белены, путем мацерации листьев белены 70° спиртом с добавлением 1% раствора аммиака. Полученное извлечение смешивается с подсолнечным маслом, затем отгоняется под вакуумом спирт. Концентрат разбавляют маслом до фармакопейной концентрации .

Кроме экстрактов из лекарственных растений получают настойки, настои и отвары, в основе получения которых лежит также процесс экстрагирования.

Настои и отвары представляют собой водные извлечения из разных частей лекарственного растительного сырья, используемые для приема внутрь и наружного применения. В качестве исходных материалов для получения водных извлечений применяют различные части лекарственных растений (кора, корни и корневища, листья, цветки, травы, семена, плоды и сборы из; них).

В соответствии с требованиями Государственных Фармакопеи СССР X и XI изданий для приготовления настоев и отваров части растений измельчают: кожистые листья- до частиц не более 3 мм, плоды и семена - не более 0,5 мм и готовят по-разному. Цветки заваривают в фарфоровой посуде, заливая крутым кипятком. Листья заливают кипятком и держат на огне 3-5 мин, либо просто настаивают 15-20

2. Метод Мацерации

Сущность его состоит в том, что измельченное до 0,5 - 3 мм растительное сырье, отсеянное от пыли на сите № 38 и от крупных частиц на сите №50, помещается в мацератор и заливается 5х или 10х-ным объемом экстрагента (в зависимости от списка "А" и "В") и настаивается при периодическом перемешивании при комнатной температуре в течение 7 суток. Извлечение сливается, шрот прессуется под прессом, промывается недостающим объемом чистого экстрагента, вновь прессуется, все извлечения объединяются, и после отстаивания в течение 4-8 суток настойка фильтруется, стандартизуется и фасуется или упаковывается (в ангро) в бутыли.

2. В настоящее время мацерация в этом "классическом" виде не отвечает требованиям интенсификации производства и используется только в редких случаях.

3. Достоинством этого способа является простота метода и оборудования. Недостатками же служат:. а) неполнота экстракции действующих веществ (менее 90%),

б) большая продолжительность процесса,

в) завышенное содержание балластных веществ в извлечениях-ВМС,

г) трудоемкость (двойное прессование, промывка шрота).

Используются новые формы мацерации с максимальной динамизацией всех видов диффузии. Примерами таких модификаций мацерации являются:

-вихревая экстракция,

-экстракция с использованием ультразвука (акустическая)

-центробежная экстракция,

-дробная мацерация и др.

I. Вихревая (турбо) экстракция основана на вихревом перемешивании содержимого настойника и одновременном измельчении сырья с помощью турбинной или лопастной мешалки, вращающейся со скоростью 5.000 - 13.000 об/минуту.

Интенсификация массообмена в турбулентном потоке экстрагента, прежде всего, объясняется резким уменьшением толщины пограничного (ламинарного, диффузионного) слоя на границе раздела фаз. Мгновенная пульсация скоростей и механические удары частиц сырья о лопасти мешалки и стенки сосуда вызывают также деформацию набухших частиц сырья. Многократно повторяющиеся деформации частиц создают т.н. "эффект губки", т.е. деформации с временным изменением объёма твёрдой фазы. Кратковременные сжатия частиц способствуют более быстрому выведению первичного сока в момент сжатия. Возвращение частиц в первоначальное состояние ускоряет проникновение новой порции экстрагента в твердую фазу.

В последнее время значительное внимание уделяется методам, основанным на диспергировании материала в среде экстрагента. Возможность экстракции травы термопсиса, ландыша, горицвета и др. в шаровой мельнице изучалась в ВНИИФ. Получены интересные данные - динамическое равновесие наступает через 1-3 часа (в случае турбоэкстракции - 10 минут), но извлечение получается намного чище турбоэкстракта, где из сырья получается гомогенная пульпа, которая очень трудно очищается от балластных веществ.

2.Экстракции с помощью УЗ (ультразвука) и инфразвука.

В среде распространения звуковых волн наблюдается частотное, равнопеременное чередования зон сжатия и разрежения, в колебательное движение вовлекается всё содержимое экстрактора - молекулы, объемы жидкости, частицы сырья. При этом появляются сильные турбулентные течения, гидродинамические потоки, способствующие переносу масс, растворению веществ, происходит интенсивное перемешивание содержимого даже внутри клетки (чего невозможно достичь другими способами экстракции). экстрагирование лекарственный мацерация перколяция

На выход действующих веществ влияют интенсивность и продолжительность УЗ-облучения, температура экстрагента, соотношение сырья и иэвлекателя. Большинство авторов, изучающих этот процесс, рекомендует извлечение вести в пределах 40 мин. (бoльшая продолжительность почти не повышает выход действующих веществ, но заметно влияет на их стабильность). Оптимальной частотой является 21-22 КГц. Повышение интенсивности ведет к уменьшению выхода. Рекомендуемая плотность облучения - не более 2-2,2 вт/см². Концентрация твердой фазы - не более 10%, т.е. 1:10.

Основным достоинством этой модификации является малая продолжительность экстракции.

В числе недостатков метода следует назвать дороговизну оборудования, высокую агрессивность УЗ в отношении действующих веществ (ряд авторов подтверждает факт механокрекинга действующих веществ, т.е. разрушение молекул под действием гидродинамических ударов кавитации).

3. Центробежная экстракция осуществляется с использованием фильтрующей центрифуги. За счет центробежных сил первичный сок удаляется из клеточного материала, на его место подается свежий экстрагент, который вновь удаляется из материала. Экстрагент циркулирует до насыщения, а затем заменяется новым.

Метод обеспечивает значительное ускорение экстракции, предложен проф. Ольшевским (Вроцлавская мед. академия, Польша, 1959).

4 Дробная мацерация. Эта модификация предусматривает периодическое изменение разности концентраций на границе раздела фаз за счет обновления экстрагента. При этом экстрагент (5^х или 10^х -кратные объемы) разделяется на порции и время настаивания, т.е. 7 суток, тоже расчленяется на периоды, а именно:

o вначале растительный материал экстрагируется 4 суток 3^х кратным объёмом экстрагента, после прессования экстракция осуществляется 1^х-кратным объёмом чистого экстрагента в течение 2 суток и, наконец, в течение ещё 2-х суток - оставшимся однократным объёмом экстрагента. Т.о., в сумме время экстракции составляет 7 суток, количество экстрагента - 5 объемов. Если же настойка готовится в соотношении 1:10, тогда указанные объемы экстрагента удваиваются, т.е. 6:2:2, что в итоге даст 10-кратный объём.

3. Метод перколяции

Наименование метода происходит от лат. регсоlare - процеживать, обесцвечивать.

Перколяция - это непрерывная фильтрация, процеживание экстрагента сквозь слой сырья. Осуществляется в специальных емкостях, представляющих собой цилиндр с ложным дном и краном внизу (см. таблицу схему-перколятор). Перколяторы могу быть цилиндрической или конической формы, с паровой рубашкой или без неё, самоопрокидывающиеся и саморазгружающиеся. Цилиндрические перколяторы удобны в работе при выгрузке сырья, конические - обеспечивают более равномерное экстрагирование. Процесс экстракции состоит из следующих стадий:

I - намачивание сырья. Измельченное до 3-7 мм и отсеянное от пыли (сито № 38) сырье замачивается в мацераторе 1/2 или равным объёмом чистого экстрагента и оставляется в покое на 4-5 часов в закрытой посуде. За этот период осуществляется капиллярная пропитка сырья, происходит образование концентрированного внутриклеточного сока (первичного сока).

II-я стадия - мацерационная пауза (настаивание). Продолжается 24 или 48 часов, в зависимости от анатомической характеристики сырья - грубое, одревесневшее сырье намачивается дольше, т.е. 48 часов, нежное, рыхлое - 24 часа.

Для этого растительный материал плотно укладывается в перколятор, заливается при открытом спускном кране экстрагентом до образования "зеркала", т.е. гладкой поверхности. На этой стадии происходит выход экстрактивных веществ в экстрагент, образуется пограничный слой.

III-я стадия - перколация, т.е. непосредственное процеживание экстрагента через слой сырья. Процесс перколяции проходит синхронно - с какой скоростью извлечение выливается через нижний кран, с такой же скоростью сверху подается новый (чистый) извлекатель. Перколяция ведется с определенной скоростью: на производстве она соответствует 1/24 или 1/48 части рабочего объема (объема, нанятого сырьем) в час. При такой скорости экстрагент успевает насытиться извлеченными из клеточного материала веществами, за счет движения увлечь с собой часть пограничного слоя, обновить жидкость у твердой фазы

4. Циркуляционное экстрагирование

Способ основан на циркуляции экстрагента. Экстракционная установка работает непрерывно и автоматически по принципу аппарата Сокслета. Она состоит из коммуницированных между собой перегонного куба 1, экстрактора 2, холодильника-конденсатора 3, сборника конденсата 4.

Сущность метода заключается в многократном экстрагировании материала чистым экстрагентом. В качестве экстрагента используют летучие органические растворители, имеющие низкую температуру кипения - эфир, хлороформ, метилен хлористый или их смеси. Этиловый спирт (даже 96%) для этих целей непригоден, так как он будет адсорбировать влагу, содержащуюся в сырье и изменять свою концентрацию, что приведет к изменению температуры кипения и экстрагирующей способности. Сырье загружают в экстрактор 2 и заливают экстрагентом немного ниже петли сифонной трубки 5. Одновременно в куб 1 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 куб. Затем куб начинают обогревать. Образующиеся пары экстрагента поднимаются в конденсатор (которым служит змеевиковый теплообменник), а из него в сборник. Далее экстрагент поступает на сырье. Насыщенная вытяжка вновь поступает в куб. Циркуляция экстрагента проводится многократно до полного истощения сырья. Полученную вытяжку концентрируют отгонкой экстрагента в приемник. В кубе остается концентрированный раствор экстрактивных веществ. [6]

5. Непрерывное противоточное экстрагирование с перемешиванием сырья и экстрагента

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. При этом свежее сырье контактирует с выходящим, насыщенным экстрактивными веществами экстрагентом, который еще более насыщается, так как в сырье концентрация еще выше. Истощенное сырье экстрагируется свежем экстрагентом, который еще полнее извлекает оставшиеся экстрактивные вещества. С точки зрения теории экстрагирования этот способ наиболее эффективен, так как в каждый момент процесса и в любом поперечном сечении по длине (или высоте) аппарата имеет место разность концентраций БАВ в сырье и экстрагенте, что позволяет с наибольшим выходом и наименьшими затратами проводить процесс. Кроме того, непрерывные процессы поддаются автоматизации, что позволяет исключить трудоемкие работы по загрузке и выгрузки сырья из перколяторов. Экстрагирование проводится в экстракторах различной конструкции: шнековом горизонтальном или вертикальном, дисковом, пружинно-лопастном и др.

6. Традиционные методы экстракции

В настоящее время широко распространены методы экстракции, называемые "традиционными". Это отдельная большая группа методов выделения биологически активных веществ из растительного или животного сырья, известная с незапамятных времен и приведшая впоследствии к созданию новых передовых методов, использующих принципиально новые подходы. К традиционным методам экстракции относятся следующие.

1. Холодное прессование.

Отжим под прессом или, как его по-научному называют, холодное прессование применяется для извлечения биологически активных веществ из кожуры цитрусовых плодов. Это очень мягкое прессование, при котором масло выжимается из измельченного наружного слоя кожуры, а из полученной субстанции выделяются ценные вещества. Тем же способом из измельченных семян получают маслоносители.

2. Горячее прессование.

Горячее прессование используется в производстве растительных масел. Данная технология подразумевает нагрев сырья до 160°С-200°С, после чего сырье прессуют, а полученную жидкость фильтруют до получения конечного продукта. Однако при этом методе экстракции, как и при холодном прессовании, масло теряет ряд своих ценных витаминных качеств.

3. Водно-паровая экстракция.

Сегодня большинство эфирных масел производится методом перегонки водяным паром. При методе прямой перегонки с паром дистиллятор загружается растительным сырьем, из основания дистиллятора выпускается пар, и летучие элементы сырья смешиваются с паром. Эта летучая смесь, конденсируясь, превращается в воду, на поверхности которой плавает эфирное масло, которое затем отделяют. Каждое растение высвобождает свои масла при специфических дистилляционных условиях. Например, герань выделяет свое масло после достаточно короткого промежутка времени, тогда как на чайное дерево необходимо воздействовать паром значительно дольше. Поэтому данный метод экстракции довольно трудоемкий. Кроме того, для получения одного литра ароматического масла требуются сотни, а то и тысячи килограммов растительного сырья.

4. Водно-спиртовая экстракция.

Этот метод получения концентратов биологически активных веществ заключается в промывании растительного сырья 60-80-процентным спиртовым раствором. К сожалению, часть нерастворимых в спирте ценных веществ остается в сырье, тогда как прочие компоненты растворяются и удаляются. Полученный концентрат затем нейтрализуют и высушивают.

5. Масляная экстракция.

Технология масляной экстракции доступна практически каждому любителю: подогретое растительное масло пропускают через сырье, в процессе чего биологически активные вещества перекочевывают из растения в масло. Недостатком такого продукта является необходимость нагревать экстрагент до 70°С, что приводит к разрушению ряда биокомпонентов. Кроме того, полученный продукт крайне нестоек и реально сохраняет свои качества в течение 7-10 дней со дня изготовления.

6. Экстрагирование растворителями.

Более современная, нежели предыдущие, технология экстрагирования, применяемая для особенно нежных растений, не переносящих воздействия паром, -- жасмина, розы, цветков апельсина. Процесс выделения ценных веществ состоит из двух стадий. На первой воздействием углеводородного раствора извлекается твердая субстанция, содержащая растительные воски и летучие масла. На второй стадии к полученной субстанции добавляется растворитель, позволяющий разделить воски и масла. Затем воски удаляются, а оставшийся раствор масел подвергается испарению. Этот этап повторяется многократно до тех пор, пока чистое масло полностью не экстрагируется. Удаление остатков растворителя достигается мягким.

Заключение

Экстракция - один из древнейших методов получения биологически активных веществ из природных растительных источников и в настоящее время остается основным методом при получении БАВ.

Биологически активные вещества в небольших количествах содержатся в различных растениях, но их роль в поддержании и стабилизации важных биохимических и физиологических процессов человека велика. В современном арсенале лекарственных средств препараты растительного происхождения составляют 40%. Вот далеко не полный перечень тех органических веществ, которые содержатся в растительном сырье: белки, спирты, альдегиды, аминокислоты, углеводы, липиды, ферменты, витамины, органокислоты и кетоны, фитостерины, сложные эфиры, смолистые и дубильные вещества, гликозиды, терпеноиды, кумарины, холин, пурины, алкалоиды, горькие вещества и многие другие.

Таким образом, экстракция - один из самых древних технологических процессов, освоенных еще древнейшими нашими предками, и в наши дни является одним из самых распространенных и чаще других используемых методов выделения и очистки БАВ.

Литература

1. Банный И.П. Литвиненко М. М. и др. Фармакогностический анализ лекарственного растительного сырья . Учебное пособие.- Х.: Золотые страницы, 2003. - 86 с.

2. Безчаснюк Е.М., Дяченко В.В., Кучер О.В., "Процесс экстрагирования из лекарственного растительного сырья" - Фармаком 1 - 2003., стр. 54-56.

3. Арзамасцев, А.П. Фармацевтическая химия - М.:Гэотар-мед,2004.-635 .

4. Беликов, В.Г. Фармацевтическая химия - Пятигорск, 2003. - 715 с.

5. Государственная фармакопея СССР XI издание / 1 и 2 т. - М.: Медицина,1987

Размещено на Allbest.ru