2. Сущность извлечения

Механизм извлечения действующих веществ из растительного сырья. Процесс экстрагирования проходит в три стадии: смачивание сырья (капиллярная пропитка); образование первичного сока; массообмен.

Смачивание сырья. Благодаря наличию в растительном сырье гидрофильных веществ оно легко смачивается водой и в первую очередь из разрушенных клеток вымываются растворимые и нерастворимые вещества. По микротрещинам, порам, межклеточным ходам, как по капиллярам, экстрагент пропитывает растительное сырье, вытесняя воздух. Происходит поглощение экстрагента сырьем (водопоглощение), которое характеризуется коэффициентом водопоглощения (Кв). Через пористую оболочку высушенного сырья экстрагент проникает внутрь клетки. Смачивание происходит также за счет наличия в сырье гидрофильных веществ, которые набухают в присутствии воды (слизи, пектиновые вещества). Продолжительность набухания сырья зависит как от его анатомо-морфологической структуры (листьев, корней и т.д.), так и измельченности.

Образование первичного сока. После проникновения экстрагента внутрь клетки протекает процесс десорбции. Большинство веществ внутри клетки адсорбционно связаны с другими веществами или сорбированы оболочкой клетки. Впервые это явление обнаружил русский физиолог и биохимик М. С. Цвет. В его экспериментах с хлорофиллом бензин не извлекал хлорофилл из растений, хотя после экстракции его из клеток — растворял. Спирт этиловый и извлекал, и растворял, так как является для хлорофилла не только растворителем, но и десорбентом. После десорбции идет процесс растворения.

Поступая внутрь клетки, экстрагент вытесняет воздух и смачи¬вает сухой остаток, при этом образуются различные дисперсные системы: истинные растворы, растворы ВМВ, разрушаются адсорбционные связи нерастворимых комплексов. Сначала растворяются вещества (низкомолекулярные — кислоты, соли, сахара, гликозиды), обладающие большей способностью к диффузии. Затем начинается растворение ВМВ, коллоидов, неограниченно набухающие вещества при этом быстро набухают и пептизируются, ограниченно набухающие — образуют гели (поэтому, например, пектиновые вещества могут быть извлечены только после гидролиза при нагревании). Внутри клетки образуется концентрированный раствор («первичный сок»). Создается разность концентраций по обе стороны пористой перегородки.

Для осуществления процесса экстракции и получения водного извлечения необходимы: лекарственное растительное сырье, экстрагент, соответствующая аппаратура. Метод и режим экстрагирования (температура, время, рН экстрагента и др.) выбирают с учетом вида сырья (свежее или высушенное), анатомо-морфологических (гистологических) особенностей сырья, физико-химических свойств действующих веществ, влияния сопутствующих (в ряде случаев — балластных) веществ.

Лекарственное растительное сырье. Водные извлечения изготавливают из различных тканей и органов, как правило, высушенного растительного сырья (цветков, листьев, коры, корней), которым присуща определенная клеточная структура. Требования к качеству сырья сформулированы в частных статьях Государственной фармакопеи.

Клеточные оболочки растений прочные и имеют сложный состав: их основу составляет набухающая в воде целлюлоза, растворимые и нерастворимые пектины, увеличивающий прочность стенок лигнин. Клеточная мембрана содержит вкрапления кутина, суберина, которые вообще не смачиваются водой. Клеточная оболочка высушенного сырья отличается от оболочки живой клетки. В живой клетке пристеночный слой протоплазмы делает оболочку полупроницаемой. Оболочка живой клетки не пропускает содержащиеся в клетке вещества, отделяет раствор внутри клеток (клеточный сок) от жидкости вне ее. Например, вода не станет сладкой, если в нее поместить свежие корни солодки. Вода способна проникать внутрь живой клетки в результате осмоса.

В процессе сушки клетки растительного сырья теряют влагу, протоплазма их сморщивается и содержимое клеток превращается в сухой остаток; внутренняя часть клетки заполняется воздухом и в целом высушенный растительный материал приобретает губчатую структуру. Клетка высушенного растения теряет свойство полупроницаемости из-за гибели протоплазмы и приобретает свойства пористой перегородки (ультрофильтрация). Через нее становится возможен процесс диализа, т.е. диффузия действующих веществ наружу через пористую перегородку. Кроме того, при измельчении высушенного сырья оболочки, клетки разрываются и в процессе экстракции вымываются действующие, сопутствующие и балластные вещества.

Сухой остаток в клетке представляет собой комплекс веществ, имеющих различные физико-химические свойства: нерастворимые, растворимые, гидрофильные набухающие и ненабухающие в воде вещества; при этом часто растворимые вещества адсорбци-онно связаны с нерастворимыми веществами.

Таким образом, в основе экстракции лежат следующие физико-химические и химические процессы:

на стадии смачивания сырья — капиллярная пропитка, диффузия экстрагента через пористую мембрану высушенной растительной клетки;

на стадии образования первичного сока — растворение низкомолекулярных веществ и образование растворимых соединений, десорбция и растворение, гидролиз пектиновых веществ, внутриклеточная и внеклеточная диффузия веществ (вымывание);

на стадии массообмена — молекулярная диффузия, диффузия путем конвекции, мембранная диффузия (диализ веществ через пористую оболочку клетки).

Возможно также простое вымывание экстрактивных веществ из клеток, разрушенных при измельчении. Оно превалирует при получении водных извлечений из грубых частей растений. Например, дубильные вещества содержатся между пучками сосудов в длинных веретенообразных клетках, которые вскрываются при измельчении в поперечном направлении.

При чрезмерном измельчении сырья вымываются не только действующие, но и балластные вещества в значительном количестве. При оптимальном измельчении любое сырье отсеивают от пыли (размер частиц 0,2 мм).