Глава 14

ЭКСТРАКЦИОННЫЕ ПРЕПАРАТЫ ИЗ ЛЕКАРСТВЕННОГО РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. НАСТОЙКИ (TINCTURAE). ЭКСТРАКТЫ (EXTRACTA)

К экстракционным лекарственным средствам ра­стительного происхождения, производство которых сосредоточено на крупных фармацевтических пред­приятиях, относятся настойки, экстракты, максималь­но очищенные препараты и препараты индивидуаль­ных веществ. Основной стадией их получения явля­ется экстрагирование лекарственного растительного сырья.

14.1. Теоретические основы экстрагирования

Процесс экстрагирования относится к мясспп^еи-ным и определяется основными законами массопере-дачи: молекулярной диффузией,...массоотдачей, массо-проводдшосхыо.

' При ^экстрагировании процесс массопередачи про­исходит в системах твердое тело — жидкость или жидкость — жидкость. В фармацевтической промы­шленности наиболее широко распространена экстрак­ция в системе твердое тело — жидкость. Экстракция в системе жидкость — жидкость применяется при очистке получаемых вытяжек из лекарственного сырья или для выделения индивидуальных веществ.

Экстрагирование твердых материалов представляет собой, процесс разделения- т-вердого тела на раство­римую и нерастворимую части. В отличие от процесса растворения, когда переход вещества в раствор про­исходит полнсклъю, при экстрагировании он осущест-вляется~^ТсГст"ичнБ7~о^^»з^Я""7ГВ^~ф?зы: раствор веществ в сырье и раствор экстрактивных веществ в экстра-генте, омывающем сырье. Переход веществ из одной фазы в другую осуществляется до тех пор, пока они имеют разную концентрацию, являющуюся движущей силой процесса экстрагирования. Предельным состоя­нием массообмена является достижение равновесия системы, выравнивание скорости перехода веществ из

352

dU

одной фазы в другую и обратно приданных условиях. Скорость массопередачи (кг/м"• с) пропорцио­нальна движущей силе процесса

•= КА,

где М — количество веществ, подвергающегося массо-передаче, кг; F — площадь фазового контакта, м²

_т время процесса, с; Л — движущая сила массооб-

менного процесса, кг/м³; К — коэффициент массо­передачи.

Перенос веществ в экстрагент осуществляется молекулярной и конвективной диффузией.

. Молекулярная диффузия обусловлена хаотическим, беспорядочным движением молекул, граничащих друг с другом и находящихся в макроскопическом покое. Математическое выражение молекулярной диффузии, определяющей скорость процесса, пред­ставлено уравнением первого закона Фика:

L

dx

dx

dM

где — скорость диффузии, кг/м; dc — разность

концентраций на границе раздела фаз, кг/м³; dx — изменение толщины диффузионного слоя, м²; D — коэффициент., .молекулярной диффузии — показывает количество вещества (кг), которое диффундирует в единицу времени (с), через единицу площади (м²), при разности концентраций, равной единице (кг/м ) и толщине слоя— 1 м; знак (—) —означает направ­ление процесса в сторону уменьшения концентрации (из клетки).

Скорость молекулярной диффузии зависит от тем­пературы, радиуса диффундирующих молекул вещест­ва, вязкости среды.

Конвективная диффузия — это перенос вещества в виде небольших объемов раствора. Математическое выражение скорости диффузии представлено уравне­нием: \

\ ^dM _ a_F ^dc

\ dT~ ^~dx~-

где р—коэффициент конвективной диффузии. Он по­казывает, какое количество вещества передается через

12-942 353

i 14.1. Поднятие жидкости в капилляре

1 м² поверхности фазового контакта в воспринимаю­щую среду в течение 1 с при разности концентрации между слоями, равной единице.

Конвективная диффузия может быть естественной и принудительной. Естественная (свободная) проис­ходит за счет разности Плотностей экстрагента и раствора, изменения температуры, гидростатического столба жидкости. Принудительная возникает при перемешивании мешалками, насосами, вибрацией. Коэффициент конвективной диффузии определяется опытным путем и зависит от гидродинамических условий проведения процесса, а ее скорость в 10¹² раз выше молекулярной. Конвективная диффузия пред­ставляет больший практический интерес, так как спо­собствует интенсификации процесса массообмена.

14.1.1. Экстрагирование растительного сырья

Экстрагирование растительного материала имеет много особенностей, связанных с его клеточной струк­турой и физико-механическими свойствами. Биологи­чески активные вещества заключены в клетку, экстра-гент должен проникнуть в нее, преодолев клеточный барьер. Процесс экстрагирования различен для све­жего и высушенного сырья. В свежем сырье действую­щие вещества находятся в растворе внутри клетки, в высушенном — в виде сухих конгломератов в поло­сти клетки (адсорбированы на ее стенках) или по­рах). Этим обусловлен разный подход к экстраги­рованию материала: из свежего сырья он сводится к вымыванию клеточного сока из разрушенных клеток и открытых пор. Перенос действующих веществ из неразрушенных клеток в экстрагент не происходит, что объясняется сложностью их строения. Раститель­ная клетка представляет собой живой протопласт, заключенный в клеточную оболочку. Протопласт окружен плазмолеммой и тонопластом, обладающими избирательной проницаемостью. Кроме этих мембран, в клетке имеется много других, окружающих много­численные вакуоли. Живая клетка находится в состоя­нии тургора, пристенный слой которой плотно прижат к оболочке. Через клеточные мембраны чистый экстра­гент проникает внутрь клетки, они же препятствуют переходу из нее раствора с высокомолекулярными веществами Объем клеточного сока увеличивается и

354

Ряс.

в нутри клетки возникает гидростатическое давление. Когда оно становится равным осмотическому, прони­кновение экстрагента в клетку прекращается.

При высушивании растительного материала клетка меняет свойства — она переходит в состояние плаз­молиза. Клеточные мембраны теряют полупроницае­мость и приобретают свойства пористой перегородки, в которой насчитывается до 20 000 и более, riop диа­метром от 0,2—0,3 мм до десятков и сотен наномет­ров, а процесс экстрагирования сырья — характер диализа через нее.

Процесс экстрагирования высушенного раститель­ного сырья является многостадийным и начинается с проникновения экстрагента в материал, смачивания веществ, находящихся внутри клетки, растворения и десорбции их, вымывания клеточного содержимого из разрушенных клеток, диффузией через поры клеточ­ной оболочки и заканчиваетсямассопереносом ве­ществ от поверхности материала в раствор.

Оболочки клеток обладают дифильными свойст--вами, с преобладанием гидрофильности. Процесс про­никновения экстрагента в клетку определяется сте­пенью гидрофильности материала, природой экстра­гента, числом и размером пор в клеточной стенке. "ем больше сродство экстрагента к материалу, тем он быстрее смачивает стенки капилляра, проникает ^в сырье до уравновешивания сил капиллярного подъема и силы тяжести гидростатического столба жидкости (экстрагента) в капилляре (рис. 14.1) 12*

355

Сила капиллярного подъема F может быть пред­ставлена уравнением:

F = 2nracosd,

где г — радиус капилляра, м; о — коэффициент по­верхностного натяжения; 9 — краевой угол смачи­вания (образован жидкостью и стенкой капилляра, град) Если он острый, то жидкость проникает в ка­пилляр, и высота подъема зависит от его величины и радиуса капилляра. Если

2acos8 Pgr

F = Р, Р = pgnr'h, то h =

где Р — сила тяжести, Н; h — высота подъема жидко­сти в капилляре, м.

Проникновению экстрагента в капилляры мешает находящийся в них воздух. Для интенсификации про­цесса предложено предварительное вакуумирование сырья, подача экстрагента под повышенным давле­нием или замена воздуха в порах на легко раство­римый газ.