Основные факторы, влияющие на полноту и скорость экстрагирования

Гидродинамические условия. Коэффициент массопередачи К определяется из уравнения (1.7), включает коэффициенты всех видов диффузии и может изменяться в зависимости от гидродинамических условий процесса. Так, при отсутствии конвекции, т.е. без перемешивания коэффициент конвективной диффузии β равен нулю, а толщина диффузионного слоя d становится равной толщине всего слоя экстрагента. Следовательно, третья стадия экстрагирования отпадает, а коэффициент массопередачи определяется только внутренней диффузией в сырье D_вн и свободной молекулярной диффузией в неподвижной жидкости, и имеет вид:

(1.8)

Такое явление наблюдается при мацерации (настаивании) без перемешивания. Этот способ экстрагирования самый продолжительный.

В том случае, когда экстрагент перемещается хотя бы с незначительной скоростью, коэффициент массопередачи определяется количественными характеристиками всех трех стадий процесса и имеет вид уравнения (1.7). Скорость этого способа экстракции выше, т.к. уменьшается слой неподвижной жидкости, появляются конвекционные токи, способствующие переносу вещества. Такой режим экстрагирования характерен для мацерации с перемешиванием, перколяции, быстротекущей реперколяции, непрерывной противоточной экстракции и др.

И, наконец, при очень интенсивном перемешивании могут отсутствовать вторая и третья стадии диффузионного пути. В этом случае коэффициент конвективной диффузии возрастает до бесконечности, т.е. конвективный массоперенос осуществляется мгновенно и, следовательно, третье слагаемое в знаменателе уравнения (1.7) отпадает. Вместе с тем становится равной нулю и толщина пограничного диффузионного слоя d, поэтому второе слагаемое в знаменателе уравнения также будет отсутствовать. Коэффициент массопередачи в таких случаях определяется только коэффициентом диффузии в порах растительного материала и имеет вид:

(1.9)

Такой вид зависимости для коэффициента массопередачи справедлив для вихревой экстракции и экстрагировании с применением роторно-пульсационного аппарата.

Второе и третье слагаемые могут отсутствовать, но наличие первого неотделимо от самого существа процесса экстракции из сырья с клеточной структурой.

В последнее время предложено экстрагирование с применением ультразвука, с помощью электрических зарядов с использованием электроплазмолиза и электродиализа. В этих случаях появляется возможность влиять на коэффициент внутренней диффузии D_вн, что позволяет значительно ускорить процесс экстрагирования на самой его медленной стадии.

Поверхность раздела фаз (F), «твердое лекарственное сырье – жидкость» зависит от степени измельчения сырья и будет тем больше, чем меньше его частички. Однако на практике известно, что при чрезмерно тонком измельчении сырье может слеживаться, а при содержании слизистых веществ – ослизняться, в результате чего через такие массы экстрагент будет проходить очень плохо. При слишком тонком измельчении резко увеличивается количество разорванных клеток, что приводит к вымыванию сопутствующих веществ, загрязняющих вытяжку (белки, слизи, пектины и др. высокомолекулярные соединения). Кроме того, в экстрагент переходит большое количество взвешенных частиц. В результате вытяжки получаются мутные, трудноосветляемые и плохо фильтруемые. Отсюда следует, что крупное сырье следует измельчать до оптимальных размеров: листья, цветы, травы до 3-5 мм; стебли, корни, кору до 1-3 мм, плоды и семена до 0,3-0,5 мм. При этом в исходном материале будет сохраняться клеточная структура, будут преобладать диффузионные процессы, экстрагирование замедлится, но полученная вытяжка будет содержать меньше механических примесей и будет легче очищаться.

Разность концентраций в сырье С₁ и экстрагенте С₄ является движущей силой процесса экстракции. Во время экстракции необходимо стремиться к максимальному перепаду концентраций, что достигается более частой сменой экстрагента (ремацерация вместо мацерации), проведением противоточного процесса и др.

Время (продолжительность) экстрагирования. Из основного уравнения массопередачи следует, что количество вещества, пpодиффундиpовавшего через некоторый слой, прямо пропорционально времени экстракции. Однако нужно стремиться к максимальной полноте извлечения в кратчайший срок, максимально использовав все прочие факторы, ведущие к интенсификации процесса.

Чрезмерная продолжительность извлечения приводит к загрязнению вытяжек сопутствующими высокомолекулярными соединениями, скорость диффузии которых значительно меньше, чем у биологически активных веществ. При длительном экстрагировании могут протекать нежелательные процессы под влиянием ферментов. Общая продолжительность экстракции зачастую определяется экономическими соображениями. При этом бывает целесообразно прекратить процесс в какой-то момент, учитывая, что дополнительно извлеченные количества веществ не окупят избыточных расходов и увеличивающихся при этом потерь ценных экстрагентов (спирт, эфир).

Вязкость экстрагента. По закону Фика, количество растворенного вещества, пpодиффундиpовавшего через некоторый слой экстрагента, обратно пропорционально вязкости этого экстрагента при данной температуре. Следовательно, менее вязкие растворы обладают большей диффузионной способностью. Для уменьшения вязкости при экстрагировании растительными маслами используют подогрев.

Перспективными в этом отношении являются используемые в последнее время сжиженные газы – углерода диоксид (СО₂), пропан, бутан, жидкий аммиак и др. Наиболее часто используют сжиженный углерода диоксид, который химически индифферентен к большому числу действующих веществ. Его вязкость в 14 раз меньше вязкости воды и в 5 раз меньше вязкости этанола. Сжиженный углерода диоксид хорошо извлекает эфирные масла и другие гидрофобные вещества. Гидрофильные вещества хорошо экстрагируются сжиженными газами с высокой диэлектрической проницаемостью (аммиак, метил хлористый, метиленоксид и др.).

Температура. Как видно из фоpмулы (1.1), повышение температуры ускоряет процесс экстрагирования, но в условиях фитохимических производств подогрев используют только для водных извлечений. Спиртовая и тем более эфирная экстракция проводится при комнатной (или более низкой) температуре, поскольку с ее повышением увеличиваются потери экстрагентов, а следовательно, вредность и опасность работы с ними.

Как было указано выше, при экстрагировании растительными маслами используют подогрев. Но для термолабильных веществ применение горячего экстрагента допустимо лишь в течение коротких отрезков времени. Повышение температуры экстрагента нежелательно для эфиромасличного сырья, поскольку при нагревании эфирные масла в значительной степени теряются. Необходимо учитывать, что при использовании горячей воды происходит клейстеризация крахмала, пептизация веществ; вытяжки в этом случае становятся слизистыми и дальнейшая работа с ними значительно затрудняется. Повышение температуры целесообразно при экстрагировании из корней, корневищ, коры и кожистых листьев. Горячая вода в этом случае способствует лучшему отделению тканей и разрыву клеточных стенок, ускоряя тем самым течение диффузионного процесса.

Добавка поверхностно-активных веществ (ПАВ). Экспериментально установлено, что добавление небольших количеств ПАВ (0,01-0,1%) улучшает процесс экстрагирования. При этом увеличивается количество экстрагируемых веществ – алкалоидов, гликозидов, эфирных масел и др., а в некоторых случаях полнота извлечения достигается при меньшем объеме экстрагента. Добавки ПАВ снижают поверхностное натяжение на границе раздела фаз, улучшая смачиваемость содержимого клетки и облегчая проникновение экстрагента. Кроме того, существенную роль играет солюбилизирующая способность ПАВ.

Выбор экстрагента. Для обеспечения полноты извлечения действующих веществ и максимальной скорости экстрагирования к экстрагенту предъявляют следующие требования: селективность (избирательная растворимость); химическая и фармацевтическая индифферентность; малая токсичность; невысокая стоимость и др.

Выбор экстрагента определяется степенью гидрофильности извлекаемых веществ. Для экстрагирования полярных веществ с высоким значением диэлектрической постоянной используют полярные растворители: воду, метанол, глицерин; для неполярных – кислоту уксусную, хлороформ, эфир этиловый и другие органические растворители. Наиболее часто в качестве экстрагента применяют этанол – малополярный растворитель, который при смешивании с водой дает растворы разной степени полярности, что позволяет использовать его для избирательного экстрагирования различных биологически активных веществ. Кроме этанола из малополярных растворителей применяют ацетон, пропанол, бутанол.

Пористость и порозность сырья. Пористость сырья - это величина пустот внутри растительной ткани. Чем она выше, тем больше образуется внутреннего сока при набухании. Порозность - это величина пустот между кусочками измельченного материала. От величины пористости и порозности зависит скорость смачивания и набухания материала. Скорость набухания возрастает при предварительном вакуумировании сырья, а так же при повышении давления и температуры.

Пористость и порозность сырья обусловливают его поглощающую способность, которая характеризуется коэффициентом поглощения сырья К_п:

(1.10)

где Р₁ и Р₂ - соответственно масса сырья до и после набухания.

Поглощающая способность сырья, находится в прямой зависимости от степени его измельчения.

Коэффициент вымывания. Он характеризует степень разрушенных клеток в измельченном сырье. Если он низкий, это значит, что в сырье мало разрушенных клеток, экстрагирование идет медленно и определяется в основном скоростью молекулярной диффузии. За величину коэффициента вымывания принимают количество веществ в вытяжке, полученное из определенной навески сырья, при определенном соотношении (сырье - экстрагент) при экстрагировании сырья в течение одного часа при определенной скорости перемешивания.

Воздействие вибраций, пульсаций, измельчения и деформации сырья в среде экстрагента. Использование методов экстрагирования, в которых имеют место вибрации, пульсации, измельчения и деформация в среде экстрагента позволяет значительно увеличить скорость и полноту экстрагирования из сырья. Объясняется это тем, что:

1). При интенсивном воздействии на твердые частицы появляются сильные турбулентные течения, гидродинамические микропотоки, способствующие переносу масс, растворению веществ. Такое явление отмечается как снаружи твердых частиц, так и внутри них. В результате достигается интенсивное перемешивание даже внутри отдельных клеток.

2). При интенсивном колебании частиц сырья в местах трения происходит локальное повышение температуры, уменьшение вязкости экстрагента, а следовательно, увеличение коэффициента внутренней диффузии.

3). В результате увеличения турбулентности, нарушения структуры прилегающих слоев, пограничный диффузионный слой, истощается или же будет иметь предельно малую толщину.

4). Следствием интенсивных колебаний является чередование зон сжатия и растяжения. При этом в момент растяжения в экстрагенте образуются полости разрыва жидкости (кавитационные зоны), которые захлопываются с силой в несколько сот атмосфер. Положительным качеством этого процесса является диспергирование частиц, приводящее к увеличению межфазной поверхности.

В результате появления турбулентного перемешивания как внутри, так и снаружи клеток молекулярно-кинетическое движение заменяется конвективным, что позволяет поддерживать разность концентраций в зоне соприкосновения фаз на высоком уровне.

Воздействие электроимпульсных разрядов. При экстрагировании с помощью электрических разрядов ускоряется процесс извлечения БАВ потому, что из-за искрового разряда в сырье происходит микровзрыв, разрывающий клеточные структуры материала. Процесс извлечения протекает быстрее за счет вымывания экстрактивных веществ и пульсации, увеличивающих скорость движения экстрагента. Возникающие в жидкости колебания сокращают время экстрагирования и повышают выход биологически активных веществ.

Требования к экстрагентам

Экстрагент в процессе экстракции БАВ играет особо важную роль. Он должен обладать способностью проникать через стенки клетки, избирательно растворять внутри клетки биологически активные вещества, после чего последним необходимо пройти через различные твердые оболочки и выйти за пределы растительного материала. К экстрагентам предъявляются определенные требования, вытекающие из специфических особенностей фармацевтического производства. Экстрагент должен обладать:

• избиpательностью, 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.

Из двух равноценных экстрагентов выбирают менее огнеопасный, доступный по цене, фамакологически менее вредный и т.д. Если же экстрагент не удовлетворяет указанным требованиям, то применяют смеси, например, подкисленную воду, спирт с водой, эфир со спиртом и т.п.

Одним из наиболее часто применяемых экстрагентов является вода, которая обладает следующими преимуществами:

• хорошо проникает через клеточные оболочки, не пропитанные гидрофобными веществами;
• растворяет и извлекает многие вещества лучше других жидкостей;
• фаpмакологически индифферентна;
• повсеместно распространена;
• негоpюча и невзрывоопасна;
• доступна по стоимости.

Однако как экстрагент имеет ряд отрицательных сторон, например:

• не растворяет и не извлекает гидрофобные вещества;
• не обладает антисептическими свойствами, вследствие чего в водных извлечениях могут развиться микроорганизмы, которые способны вызвать порчу получаемого извлечения;
• за счет воды происходит гидролитическое расщепление многих веществ, особенно при высокой температуре;
• в водной среде ферменты могут расщеплять лекарственные вещества и т.д.

Этиловый спирт - наиболее часто применяемый экстрагент после воды.

Качество спирта-ректификата регламентируется ГФ Х и ГОСТ 5962-51.

Спирт как экстрагент:

• является хорошим растворителем многих соединений, которые не извлекаются водой, например жиры, алкалоиды, хлорофилл, гликозиды, эфирные масла, смолы и др;
• обладает антисептическими свойствами (в спиpтоводных растворах более 20% не развиваются микроорганизмы и плесени);
• чем крепче спирт, чем менее возможны в его средах гидролитические процессы. Спирт инактивирует ферменты;
• достаточно летуч, поэтому спиртовые извлечения легко сгущаются и высушиваются до порошкообразных веществ. Для сохранения термолабильных веществ выпаривание и сушка проводятся под вакуумом;
• является лимитированным продуктом, отпускается фармацевтическим производством в установленном порядке;
• значительно труднее, чем вода, проникает через стенки клеток, отнимая воду у белков и слизистых веществ, превращая их в осадки, закупоривающие поры клеток и тем самым ухудшает диффузию. Чем ниже концентрация спирта, тем легче он проникает внутрь клеток;
• фармакологически неиндифферентен; он оказывает как местное, так и общее действие, что необходимо учитывать при производстве извлечений;
• горюч и огнеопасен.

Итак, спирт - экстрагент имеет более широкий диапазон извлечения БАВ, чем вода, причем его извлекающая способность зависит от концентрации. При экстрагировании этанолом в концентрации не менее 70% получают вытяжки, свободные от биополимеров (белков, слизей, пектинов).

Ацетон (СН₃СOСН₃). Бесцветная жидкость с характерным запахом. Относительная плотность 0,798. Кипит при 56,2°С. С водой и органическими растворителями смешивается во всех отношениях. Применяют как экстрагент для алкалоидов, смол, масел и др.

Этиловый эфир (СН₂Н₅ОС₂Н₅). Бесцветная, легкоподвижная жидкость с чрезвычайной летучестью, температура кипения - от 34°до 36°С. Растворим в 12 частях воды, смешивается во всех соотношениях с ацетоном, спиртом, петpолейным эфиром, жирными и эфирными маслами. Удельный вес 0,714 (при 20°С). Пары эфира имеют большой удельный вес (2,56 по отношению к воздуху), они стелются по полу, ядовиты, могут перемещаться и накапливаться на далеком расстоянии от источника испарения эфира. При соприкосновении с огнем или горячими предметами могут дать взрыв большой силы (температура вспышки эфира минус 40°С). Поэтому при работе с эфиром необходимо соблюдение особых мер безопасности, что ограничивает его применение как экстрагента. Этилацетат в смеси с этанолом в соотношении (9:1) используют при жидкостной экстракции флавоноидов в производстве фламина.

Хлороформ (СНСl₃) Бесцветная, прозрачная, легколетучая жидкость, смешивающаяся во всех соотношениях со спиртом, эфиром, бензином, со многими жирными и эфирными маслами, в воде растворима (1:200) и не смешивается с глицерином. Удельный вес 1,52; кипит при 59,5-62°С. Пары хлороформа ядовиты, но не горючи и не взрывоопасны.

Является хорошим растворителем для многих лекарственных веществ: алкалоидов, гликозидов, масел и т.д.

Дихлорэтан (СН₂Сl CH₂Cl). Бесцветная прозрачная жидкость, несмешивающаяся с водой. Имеет запах, напоминающий хлороформ. Плотность 1,252-1,235. Температура кипения 83,0-84,0°С. Смешивается со спиртом и эфиром, жирами, минеральными маслами, смолами. Дихлорэтан малоогнеопасен (температура воспламенения 21,1°С). При вдыхании паров вызывает отравление. Дихлорэтан в смеси с хлороформом (при плотности 1,315) применяется для экстрагирования гликозидов.

Хлористый метилен (СН₂Сl₂). Экстрагент с высокой относительной плотностью – 3,33 и температурой кипения 41°С. Применяется для экстрагирования гидрофобных веществ (гликозидов, алкалоидов и др.).

Метанол, метиловый или древесный спирт (СН₃ОН). В настоящее время получается синтетически. Прозрачная бесцветная жидкость со слабым запахом, напоминающим этиловый спирт. Смешивается с водой во всех отношениях, образуя прозрачные растворы без следов помутнения и опалесценции. Плотность не более 0,793. Температура кипения 64-67°С. Сильный яд. Прием внутрь 10 мл вызывает атрофию зрительного нерва, дозы 15-20 мл смертельны. К работе с метиловым спиртом допускаются лишь после специального инструктажа. Хранят в опломбированной таре. Применяется при экстрагировании кумаринов. Для разделения смеси гликозидов используют смесь метанола и воды (плотность 0,9464).

Масла растительные. Применяют масла растительные холодного прессования, хорошо отстоявшиеся; желтого цвета. Чаще всего применяют персиковое, миндальное и подсолнечное масла. Жирные масла смешиваются с эфиром, хлороформом, бензином, эфирными маслами и минеральными маслами. Все масла, кроме касторового, не смешиваются со спиртом и водой. Прогоркают, что влечет за собой повышение кислотного числа. Жирные масла обладают избирательной способностью как экстрагенты.

Сжиженные газы. Перспективными для экстрагирования являются предлагаемые в последнее время сжиженные газы: углерода диоксид, пропан, бутан, жидкий аммиак, хладоны (хлорфторпроизводные углеводородов) и др. Сжиженный углерода диоксид хорошо извлекает эфирные, жирные масла и другие гидрофобные вещества. Гидрофильные вещества хорошо экстрагируются сжиженными газами с высокой диэлектрической проницаемостью (аммиак, метил хлористый, метиленоксид и др.)

Исследованиями, проведенными в ГНЦЛС, показано, что наиболее селективным растворителем в отношении эфирных масел является хладон С318 (ц-С4F8), практически не извлекающий жирных масел. Хладон-11 (CCl₃F), хладон-12 (CCl₂F₂) и хладон-22 (CHClF₂) извлекают эфирные и жирные масла, каротиноиды, терпеноиды и др. природные вещества.

Экстрагирование сжиженными газами проводится под давлением, при снятии которого экстрагент улетучивается, а экстрактивные вещества остаются в чистом виде.

Галеника (история)

 

Галеновые препараты

План

1. Определение, классификация галеновых препаратов и их особенности.

2. Основные закономерности экстрагирования капиллярно-пористого сырья с клеточной структурой (теоретические основы экстрагирования). Виды диффузии, поверхностные явления.

3. Стадии и методы экстракции.

 

Галеновые препараты представляют специфическую группу лек. средств, содержащих комплексы веществ более или менее сложного состава. “Галеновые” препараты – исторически утвердившийся термин, примененный еще в средние века Парацельсом к препаратам знаменитого римского врача и фармацевта Клавдия Галена (131-201 гг. н. э.).

К галеновым препаратам, представляющим неоднородную в технологическом отношении категорию лек. средств относятся: различные экстракционные препараты из растительного и животного сырья, водные и неводные растворы сложного и несложного состава, сиропы, ароматные воды и спирты, препараты витаминов, фитонцидов, биогенных стимуляторов, медицинские мыла и мыльно-крезоловые препараты и др.

Классификация галеновых препаратов (ГП)

Все ГП можно разделить на два класса (группы):

1. Экстракционные препараты;

2. Растворы и смеси.

Первый класс-группа препаратов подразделяется на две подгруппы:

а) освобожденные (полностью или почти) от балластных - сопровождающих веществ;

б) неосвобожденные или частично освобожденные от сопровождающих веществ.

Второй класс-группа препаратов подразделяются на:

а) растворы и смеси, содержащие комплексы веществ;

б) растворы индивидуальных веществ.

Итак, к первой группе (освобожденные от сопровождающих веществ) относятся:

1) новогаленовые препараты, появившиеся в 60-х годах XIX века, которые представляют собой извлечения из лек. растит. сырья, частично или полностью освобожденные от балластных в-в;

2) препараты индивидуальных в-в - гликозидов, алкалоидов, витаминов, флавоноидов и др.;

3) органопрепараты - сухие и жидкие извлечения желез внутренней секреции, содержащие гормоны;

В основе процесса изготовления большинства органопрепаратов лежит экстракция (так же как и для галеновых препаратов из растительного сырья). По этой же причине к галеновым препаратам, освобожденным от балл. в-в относятся:

4) ферментные препараты (биологические катализаторы химических реакций);

5) аминокислотные препараты.

Ко второй подгруппе извлечений (неосвобожденные или частично освобожденные от балластных веществ) относятся:

1) настойки и экстракты из лек. растительного сырья, внедренные 13 веков тому назад Парацельсом - врачом и фармацевтом средневековья;

2) препараты свежих растений - соки, экстракты; соки подорожника, алоэ, каланхоэ; препарат кардиовален (спирт. извлечение из травы желтушника + адонизид и др.);

3) препараты фитонцидов - аллилсат (из чеснока), аллилглицер (из лука) и др.;

4) препараты биогенных стимуляторов - открытых В.Н. Филатовым - экстракт алоэ, экстракты лиманных целебных грязей, стекловидного тела, торфа и др.

5) препараты витаминов - из шиповника (каротин), экстракты шиповника; из листьев чая, из облепихи (масло) и др.

К этой подгруппе относятся также частично освобожденные от балластных веществ извлечения.

6) органопрепараты: гормональные препараты: тиреоидин (из щитовидных желез убойного скота, паратиреоидин (частично очищен от сопровожд. в-в), адиуректин (из задней долей гипофиза убойного скота), и ферментные препараты: пепсин (из слизистой свинных желудков), панкреатин (из поджелудочной железы рогатого скота или свиней) абомин (из сычуга телят и ягнят (молочного возраста)), инкрепан (экстракт из поджелудочной железы у крупного рогатого скота);

7) некоторые аминокислотные органопрепараты: аминопептид (раствор аминокислот из казеина, цельной крови скота, фибринных сгустков или сухого альбумина);

8) некоторые органопрепараты неспецифического действия: с пленин - препарат из селезенки крупного рогатого скота, пантокрин - спиртовый экстракт молодых неокостеневших рогов (панты) оленя, марала, изюбра.

Ко второй группе относятся: р астворы и смеси, содержащие комплексы веществ - настойки рвотного корня, чилибухи, алоэ, получаемые путем растворения густых экстрактов в спирте. Эликсир грудной или ликричный состоит из экстракта солодкового корня, аммиака, эфирного анисового масла, спирта и воды. Нашатырно-анисовые капли - спиртово-аммиачный раствор анисового масла.

Сиропы - пертусин, холосас, ревенный, пакричный, алтейный и др.

Ароматные воды - полученные путем перегонки с паром растит. сырья - горькоминдальная.

Ароматные воды и спирты:ароматная вода спиртовая кориандра, ароматная вода мяты, фенхеля и др., спирты лавандовый, шалфейный и др.

Мыла и мыльно-крезоловые препараты.

Известны мыла еще в эпоху Галена. В основе их производства лежит химический процесс омыления

К ним относят: мыло калийное или зеленое.

Мыльный спирт сложный -Spiritus Saponis Kalini Compositus на основе зеленого мыла, спирта и лавандового спирта.

Нафтазол - калийное мыло нафтеновых кислот - мылонафт.

Лизол - зеленое мыло + крезол.

Креолин (приготавливается из канифоли, масел каменноугольной смолы, хоз. мыла, фенола, едкого натра и воды).

Ко второй подгруппе растворов и смесей, содержащих индивидуальные вещества -

Сироп сахарный - Sirupus sacchari

Растворы йода, эфирных масел в спирте.

Часть галеновых препаратов может быть отнесена одновременно к разным группам: препараты гормонов, сиропы, ароматные воды, настойки.

Эта классификация удобна для пользования при изучении галеновых препаратов, однако она не претендует на совершенство.

Достоинства и недостатки ГП

Галеновые препараты (особенно экстракционные) весьма просты в изготовлении, они экономически более выгодны в производстве, чем соответствующие химически чистые вещества.

Лечебное действие экстракционных препаратов обусловлено не каким-либо одним действующим веществом, а всем комплексом находящихся в них биологически активных веществ, усиливающих, ослабляющих или видоизменяющих действия основных в-в. Галеновые препараты могут обладать разносторонним физиологическим действием.

Вот почему галеновые препараты представляют собой группу ценных лекарственных средств, занимающую важное место в современном лекарственном арсенале. Значимость их возрастает в связи с производством таких уникальных препаратов, как препараты ферментов и гормонов, фитонцидов и биогенных стимуляторов, воспроизводство которых синтетическим путем невозможно или экономически невыгодно.

Значительную долю галеновых препаратов составляют экстракционные препараты, т.е. препараты, полученные путем экстракции – это настойки, экстракты и НГП из растит. сырья, препараты гормонов, ферментов из сырья животного происхождения, препараты из свежих растений - экстракты и ряд других, препараты индивидуальных веществ.

Экстракция (от лат. extragere-извлекаю, вытягиваю) – это процесс извлечения необходимых лекарственных веществ из растительного и животного материала с помощью экстрагента (извлекателя, растворителя).

Извлечение, как процесс, отличается определенной сложностью, т.к., включает в себя и растворение, и десорбцию, и диализ, диффузию и др. процессы. В отличие от растворения твердого тела в жидкости, процесс извлечения осложняется наличием клеточной оболочки, которая оказывается основным препятствием при проникновении внутрь клетки растворителя и при выходе экстрактивных веществ наружу.

С помощью электронного микроскопа и рентгеноструктурного анализа установлено, что клеточная оболочка растений представляет собой плотную войлокоподобную перегородку, образованную мицеллярными нитями целлюлозы состава (С₆Н₁₀О₅)_n, где “n” равно 600-30.000. Кроме того имеются оболочки пектиновые, протобелковые и др. Оболочка клетки пронизана ультрамикропорами диаметром 0,01-0,001 мкм и зачастую инкрустирована или покрыта веществами, уменьшающими эти поры, либо вообще их закупоривающими - это протопектин, лигнин, суберин, кутин, воски и др. Все они в воде мало или совсем нерастворимы, что снижает проникновение экстрагента через оболочку внутрь клетки.

Ультрамикропористая клеточная оболочка оказывает большое гидростатическое сопротивление движению молекул растворителя и растворенных веществ и, что самое важное, способна отделять, задерживать ВМС (высокомолекулярные вещества), т.е. обеспечивать диализ, пропуская при этом НМС (низкомолекулярные соединения), к числу которых относятся почти все терапевтически активные вещества природного происхождения.

В клеточной оболочке имеются и макропоры (0,1-0,2 мкм), они соединяют между собой клетки, образуют межклеточные ходы, по ним осуществляется медленное капиллярное движение растительных соков из клетки в клетку.

Клеточное содержимое никогда не представлено одним веществом, а является сложным комплексом действующих веществ, питательных метаболитов обмена, ферментов кислот, минеральных веществ и др., которые влияют на процессы десорбции, растворения и диффузии - т.е. экстракцию, оказывают действие и на терапевтическую эффективность препарата.

Процесс извлечения сырья осложняется и рядом поверхностных явлений, связанных со взаимодействием молекул экстрагента-растворителя с молекулами клеточных структур.

Имеют место и сорбционные явления - большинство веществ находится в высушенном сырье в сорбированном состоянии на поверхности и в толще оболочки, эндо- и цитоплазмой, форменными элементами, протоплазмы, и это оказывает большое влияние на процесс экстракции.

Вообще факторов, влияющих на процесс экстракции, очень много:

– молекулярная масса и, следовательно, размер молекул извлекаемых веществ,

– заряд коллоидных частиц протоплазмы клетки;

– температура процесса экстрагирования;

– крупность измельченного материала;

– плотность укладки;

– род извлекателя, его вязкость и гидродинамические условия;

– продолжительность процесса по времени;

– наличие воздуха в сырье;

– наличие живой протоплазмы и многое другое.

Вот поэтому до сих пор нет строгой математической модели процесса экстракции организованного (клеточного) сырья.

Сложный процесс экстракции представляет собой сочетание целого ряда процессов (смачивание, набухание, растворение, химическое взаимодействие, адсорбция, десорбция, диффузия, диализ и др.).

В нем различают три основные стадии:

1. Пропитывание сухого растительного материала экстрагентом, т.н. капиллярная пропитка - проникновение экстрагента в сырье и смачивание веществ, находящихся в сырье.

2. Растворение компонентов растительной клетки - образование первичного сока.

3. Переход растворенных веществ в экстрагент - массообмен, массоперенос веществ через пористые клеточные стенки.

1 стадия. Пропитывание растительного материала экстрагентом осуществляется за счет капиллярных сил. По каналам, образованным кусочками измельченного растительного материала, по межклеточным ходам и ультрамикропорам экстрагент проникает в толщу сырья и внутрь клетки. Пропитывание высушенного сырья - процесс спонтанный, самопроизвольный, осуществляемый без воздействия извне. Основную роль в этом играет энергия свободной поверхности и энергия ассоциаций молекул экстрагента и молекул твердой фазы.

Если молекулы экстрагента активнее взаимодействуют с поверхностными молекулами твердой фазы (оболочки клетки, например), чем с собственными молекулами, то в этом случае жидкость будет стремиться к увеличению площади соприкосновения с твердой фазой, она будет растекаться по ней, т.е. смачивать твердую поверхность. В таком случае извлекатель быстрее пропитывает растительный материал, входя в ультрамикропоры и в тонкие капиллярные трубки спонтанно.

И растительный, и животный материал является, в целом, гидрофильным, поэтому легко смачивается водой и полярными (или малополярными) жидкостями, имеющими в своих молекулах группы: ОН-, СООН-, НОС-, NH- (такими, как вода, низкоатомные спирты, ацетон, гликоли, глицерин и др.).

Однако растительный материал часто содержит и гидрофобные вещества (инкрустирующие воски, пропитывающие волокнистую оболочку, растительные масла, эфирные масла и др.). Поэтому эти же растительные материалы способны смачиваться гидрофобными жидкостями (эфир, этилацетат, бензол, бензин, гексан, хлороформ, дихлорэтан, хлорметилен и др.).

Если силы ассоциации молекул экстрагента превышают силы взаимодействия их с молекулами твердой фазы, тогда имеет место несмачиваемость материала, и ни о какой экстракции здесь не может быть и речи. Например, свежее растительное сырье, обрабатываемое бензином, не смачивается, поэтому массообменных процессов нет.

На скорость проникновения экстрагента внутрь клетки оказывают влияние не только капиллярные силы, но и вязкость жидкости, поверхность контакта и др. факторы. При малой вязкости жидкость быстрее пропитывает материал и, наоборот, с увеличением вязкости процесс замедляется.

По закону Фика количество растворенного вещества, продиффундировавшего через некоторый слой экстрагента, обратнопропорционально вязкости этого экстрагента при данной температуре. Следовательно, менее вязкие растворы обладают большей диффузионной способностью.

Экстрагент, заполняя клеточное пространство, вытесняет воздух, что очень существенно в процессе экстракции, т.к. увеличивается площадь контакта с сырьем.

Процессом проникновения извлекателя внутрь клетки заканчивается первая стадия экстрагирования.

2 стадия. Набухание и растворение компонентов растительных клеток. Образование первичного сока.

Растворитель, проникнув внутрь клетки, вступает во взаимодействие со всеми компонентами клеточных стенок (мембран) и клеточного содержимого:

– растворимые вещества десорбируются и растворяются;

– неограниченно набухающие – набухают и пептизируются;

– ограниченно набухающие – только набухают.

Происходят и другие процессы, например, химическое взаимодействие. При этом клеточные мембраны утолщаются, поры растягиваются, а объем сырья увеличивается. Наибольшее набухание растительного сырья вызывает вода, наименьшее - жидкие углеводороды. Особое место среди экстрагентов занимает спирт. Степень набухания сырья (количество экстрагента, удерживаемого одним граммом сырья) лежит в обратной зависимости от концентрации спирта: чем она выше, тем степень набухания меньше, тем меньше раскрываются поры, труднее происходит процесс экстракции.

При проникновении экстрагента в материал в клетке образуется концентрированный раствор растворимых в этом извлекателе веществ. Этот раствор наз. первичным соком. Часть его остается свободной, часть впитывается в различны

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: