Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы получения экстракционных препаратов из лекарственного растительного сырья. Учебно-методическое пособие
.pdf
21
5. по стоимости – это вполне доступный экстрагент.
Недостатки этанола как экстрагента:
1. Значительно труднее, чем вода, проникает через стенки клеток: чем
ниже концентрация спирта, тем легче он проникает внутрь клеток.
2. Фармакологически неиндифферентен: он оказывает как местное,
так и общее действие, что необходимо учитывать при производстве
извлечений.
3. Летуч и гигроскопичен: при хранении в открытых сосудах
одновременно испаряется и поглощает воду из воздуха, вследствие чего
уменьшается его концентрация.
4. Огнеопасен, потому при работе с ним должны соблюдаться
установленные требования противопожарной безопасности.
5. Является лимитированным продуктом, отпускаемым
фармацевтическим производством в установленном порядке.
При изготовлении извлечения из сухого растительного сырья его
объем получается значительно меньше, чем выписанный в рецепте, так как
в процессе экстракции возможны следующие потери объема экстрагента:
– поглощение растительным материалом (абсорбция растительным
сырьем) – около 84 % общих потерь экстрагента, которые учитывает
коэффициент поглощения;
– испарение при нагревании;
– смачивание материала аппаратуры.
Коэффициент поглощения (водопоглощения, спиртопоглощения)
показывает количество экстрагента, удерживаемое 1,0 г растительного
сырья стандартной степени измельчения после его отжатия.
Коэффициент поглощения (К
п
) сырья определяется по формуле:
где М1 и М2 – соответственно масса сырья до и после набухания.
Если для конкретного растительного сырья не указано значение Кп, то
можно использовать его средние значения: для корней, корневищ, коры –
1,5 см
3
/г, для трав, цветков, листьев – 2,0 см3/г, для семян – 3,0 см3/г.
Экстрагирование лекарственного растительного сырья является
основной стадией получения галеновых препаратов. От соблюдения всех
22
условий проведения процесса экстракции напрямую зависит качество
полученного извлечения.
Вопросы для самоконтроля:
1. Что такое экстракция? Экстрагент?
2. Из каких стадий состоит процесс экстрагирования? В чем их
суть?
3. Что является движущей силой процесса экстракции?
4. Когда процесс экстракции завершается?
5. Какие факторы влияют на полноту, скорость и качество
экстракции?
6. Какие требования предъявляются к экстрагенту?
7. В чем достоинства и недостатки воды как экстрагента?
8. В чем достоинства и недостатки этанола как экстрагента?
9. За счет чего происходят потери экстрагента при
экстрагировании БАВ из растительного сырья?
10. Что показывает коэффициент поглощения и как он
рассчитывается?
1.5 Методы экстрагирования
Все существующие способы экстрагирования классифицируют на:
– статические (сырье периодически заливают экстрагентом и
настаивают определенное время);
– динамические (предусматривается постоянная смена либо
экстрагента, либо экстрагента и сырья).
Динамические способы более эффективны, так как в них извлечение
веществ происходит за счет конвективной диффузии.
Среди способов экстрагирования выделяют также:
– периодические – когда экстрагирование одной или нескольких
порций сырья проводится в течение определенного времени, т.е. подача
экстрагента и/или растительного материала в экстракционные аппараты
осуществляется периодически;
– непрерывные – когда сырье и экстрагент непрерывно поступают в
экстракционный аппарат.
23
К статическим периодическим способам относятся одноступенчатые
– мацерация – и многоступенчатые – ремацерация.
К динамическим периодическим способам – одноступенчатые –
перколяция и многоступенчатые – реперколяция с законченным и
незаконченным циклами.
Непрерывные способы экстрагирования выделяются только среди
динамических способов: – прямоточные (экстрагент и материал в одном
потоке) и противоточные (активное движение навстречу экстрагента и
растительного материала).
Многие из этих методов применяются в различных модификациях,
отличающихся временем экстрагирования, способом распределения сырья
в экстракторах, аппаратурой. Выбор метода определяется эффективностью
производства готового продукта и зависит от свойств экстрагента и
растительного материала, а также от структуры последнего. Рассмотрим
основные методы экстрагирования.
1.5.1 Мацерация
Мацерация (лат. maceratio – вымачивание) – статический метод
экстрагирования ЛРС путем длительного настаивания.
Ранее он широко применялся для получения настоек. В настоящее
время его применяют редко и в основном для экстрагирования свежего
растительного сырья.
Специальным оборудованием для производства настоек методом
мацерации являются мацерационные баки – мацераторы.
Мацерационные баки – емкости различного объема, над днищем
имеется ложное дно, на которое укладывают фильтрующий материал с
целью предупреждения засорения сливного крана, находящегося в днище,
растительным материалом. Емкость закрывается крышкой. Извлечение
сливается через кран в днище. Мацераторы изготавливаются из алюминия,
нержавеющей стали.
Метод мацерации заключается в настаивании в мацерационном баке
определенного количества растительного материала и экстрагента в течение
7 суток при комнатной температуре с периодическим перемешиванием
мешалкой. После этого сырье отжимают и замеряют объем полученной
вытяжки. Поскольку часть экстрагента удерживается в сырье, его
24
промывают чистым экстрагентом в количестве, равном оставшемуся в
сырье, повторно отжимают и обе порции извлечения объединяют. Если
полученная вытяжка не соответствует заданному объему готового продукта,
то добавляют чистый экстрагент.
Метод мацерации малоэффективен, поскольку протекает медленно,
растительный материал большую часть времени находится в неподвижном
состоянии и полностью не истощается.
Достоинства мацерации:
– простота метода;
– простота оборудования.
Недостатки мацерации:
– неполнота экстракции действующих веществ (менее 90 %);
– длительность метода;
– завышенное содержание балластных веществ в извлечениях (ВМС,
пектины, слизи, белки и др.);
– трудоемкость (двойное прессование, промывка шрота).
Для ускорения процесса мацерации экстрагирование проводят с
использованием различных модификаций процесса: мацерации с
принудительной циркуляцией экстрагента, дробной мацерации, вихревой
экстракции и др.
1.5.2 Мацерация с принудительной циркуляцией экстрагента
Для проведения мацерации с принудительной циркуляцией
экстрагента в мацерационный бак (1) на ложное (перфорированное) дно (2),
на котором находится фильтрующий материал (3), помещают растительное
сырье и заливают экстрагентом. Экстрагент с помощью насоса (4)
откачивается из-под ложного дна и вновь подается на сырье (рис. 1).
Рис. 1. Мацерация с принудительной циркуляцией экстрагента [8]
25
Циркуляция экстрагента приводит к более быстрому выравниванию
концентраций БАВ, т.е. к более быстрому завершению процесса
экстрагирования (время настаивания сокращается в несколько раз) и
достижению более полного истощения сырья при том же расходе экстрагента.
1.5.3 Ремацерация
Ремацерация или дробная мацерация является разновидностью
метода мацерации и связана с делением на части экстрагента или сырья и
экстрагента. В первом случае общее количество экстрагента делят на 3- 4
части и последовательно настаивают сырье в первой части экстрагента,
затем во второй, третьей и четвертой, каждый раз сливая вытяжки. Время
настаивания подбирается индивидуально в зависимости от свойств
растительного материала.
Периодическая смена экстрагента позволяет постоянно поддерживать
высокую разность концентраций БАВ в сырье и экстрагенте, что, в свою
очередь, приводит к меньшей затрате времени на извлечение и более
полному истощению сырья.
Перспективным является метод дробной мацерации,
сопровождающийся прессованием, отжатием сырья на гидравлических
прессах или вальцовых мельницах, что позволяет сократить потери
действующих веществ.
1.5.4 Ускоренная дробная мацерация по принципу противотока
(по ЦАНИИ)1
Ускоренная дробная мацерация по принципу противотока дает
возможность значительно сократить время на выпуск готовой продукции.
Растительный материал в сухом виде загружают поровну в три
экстрактора. Экстрагент делят на три части, причем первая порция
экстрагента больше двух остальных на количество, удерживаемое сырьем в
трех экстракторах (см. лабораторную работу № 6). Первую порцию
экстрагента подают в первый экстрактор и настаивают в течение 2 ч.
Полученную вытяжку переносят на сырье во второй экстрактор,
одновременно в первый заливают вторую порцию чистого экстрагента.
1
ЦАНИИ – Центральный аптечный научно-исследовательский институт, в настоящее время - ВНИИФ
26
Сырье в обоих экстракторах настаивают 2 ч., после этого вытяжку из
второго экстрактора переносят на сырье в третий, а из первого – на сырье во
второй экстрактор. В первый экстрактор заливают третью порцию
экстрагента. Загруженные экстракторы оставляют для настаивания сырья на
24 ч. Затем из третьего экстрактора получают первый слив готового
продукта. Вытяжку из второго экстрактора переносят на сырье в третий,
сливом из первого - заливают сырье во втором экстракторе. Оба экстрактора
оставляют на 2 ч. для настаивания сырья. В это время первый экстрактор
отключают, сырье выгружают и отжимают. Через 2 ч. из третьего
экстрактора получают второй слив готового продукта. Вытяжкой из второго
экстрактора заливают сырье в третьем, второй экстрактор разгружают,
сырье отжимают. После двухчасового настаивания из третьего экстрактора
получают третью порцию готового продукта, сырье выгружают и
отжимают. Все сливы и отжимы объединяют.
1.5.5 Перколяция
Перколяция (от лат. percolatio - процеживание) – динамический
метод экстрагирования, который заключается в пропускании через сырье
непрерывного потока экстрагента, т.е. представляет собой процесс его
фильтрования через слой растительного материала.
Экстрагирование осуществляется в емкостях различной конструкции,
называемых перколяторами, которые могут быть цилиндрической или
конической формы, с паровой рубашкой или без нее, опрокидывающиеся и
саморазгружающиеся, сделанные из нержавеющей стали, алюминия,
луженой меди и др.
Перколяторы, как и мацераторы, имеют ложное перфорированное
дно, на которое помещают фильтрующий материал. Сверху перколяторы
закрывают крышкой, имеющей патрубок для ввода экстрагента, а снизу (в
днище перколятора) расположен спускной кран.
Метод перколяции включает три последовательно протекающие
стадии: намачивание сырья, настаивание, собственно перколяция.
1. Намачивание рекомендуется проводить вне перколятора (в
мацерационном баке или любой другой емкости) половинным или равным
количеством экстрагента по отношению к массе сырья, в течение 4-5 ч. без
перемешивания. За счет капиллярных сил экстрагент проникает между
27
кусками растительного материала и внутрь клетки, происходит так
называемая капиллярная пропитка. Сырье набухает со скоростью,
зависящей от свойств материала и природы экстрагента.
При намачивании происходит растворение действующих веществ
внутри клетки и образование концентрированного первичного сока.
В производственных условиях намачивание проводится не всегда и
может быть объединено с настаиванием. Но если сырье способно сильно
набухать, стадию намачивания опускать не рекомендуется, так как далее
достигается равномерная загрузка сырья в перколятор, исключается
возможность образования воздушных полостей, которые препятствуют
прохождению экстрагента. Кроме того, материал может сильно
спрессоваться и вообще не пропустить экстрагент.
2. Настаивание. Набухший или сухой материал загружают в
перколятор на ложное дно с фильтрующим материалом достаточно плотно,
чтобы в сырье оставалось как можно меньше воздуха. Сверху растительный
материал покрывают куском полотна и прижимают перфорированным
диском, чтобы растительное сырье не всплывало. Экстрагентом заливают
сырье. Его подают в перколятор сверху непрерывным потоком, при этом
нижний кран открыт для вытеснения воздуха. Как только экстрагент
начинает вытекать в приемник, нижний кран перколятора закрывают, а
экстрагент из приемника возвращают на сырье в перколятор. После этого в
перколятор добавляют чистый экстрагент до образования «зеркала»
(«зеркало» – неисчезающий постоянный слой экстрагента), толщина
которого должна составлять 20-40 мм. Затем выдерживают мацерационную
паузу 24-48 ч. В результате молекулярной диффузии экстрагируемые
вещества переходят в экстрагент – происходит массообмен.
Для многих видов сырья мацерационная пауза может быть сокращена.
Необходимо следить, чтобы «зеркало» экстрагента не исчезало, не
впитывалось, иначе в растительный материал немедленно попадет воздух и
образуются воздушные полости, что сделает процесс экстрагирования
менее эффективным.
3. Собственно перколяция – непрерывное прохождение экстрагента
через слой сырья и сбор перколята. У перколятора открывают нижний кран,
а на сырье непрерывно, с постоянной скоростью подают экстрагент.
Скорость поступления экстрагента на сырье должна быть равна скорости
вытекания извлечения, чтобы толщина «зеркала» над материалом не
28
изменялась. Скорость вытекания извлечения из перколятора нужно
отрегулировать нижним краном. Обычно скорость перколирования равна
1/24 и 1/48 рабочего объема перколятора. В результате концентрированный
сок вытесняется из растительного материала током свежего экстрагента.
Об окончании процесса перколяции судят по обесцвечиванию
извлечения. Однако это не совсем правильно, поскольку не свидетельствует
о полноте экстрагирования всех лекарственных веществ. Например,
обесцвечивание вытекающей жидкости служит признаком полного
экстрагирования всех пигментов, но в растительном материале могут быть
и труднорастворимые алкалоиды, гликозиды и другие вещества, дающие
неокрашенные растворы, и в таком случае лекарственные вещества могут
остаться неизвлеченными. Более точными методами определения полноты
экстрагирования являются химические. Для этого берут последние капли
перколята, в которых качественным химическим анализом определяют
присутствие лекарственных веществ. При отрицательном результате
анализа перколяцию прекращают.
Достоинством перколяции является то, что относительно быстро
можно достигнуть полноты извлечения материала. Недостаток этого метода
– перколят может получаться сильно разбавленным.
1.5.6 Реперколяция
Реперколяция – повторная (многократная) перколяция, позволяющая
максимально использовать растворяющую способность экстрагента,
получить концентрированные извлечения при полном истощении сырья.
Сущность метода заключается в том, что сырье делят на части и каждую
последующую его порцию экстрагируют (перколируют) вытяжкой,
полученной из предыдущей, т.е. извлечение из одного перколятора
поступает для экстрагирования сырья в следующий. Процесс проводят в
нескольких перколяторах (от 3-х до 5-ти и более), которые работают во
взаимосвязи, в так называемой батарее перколяторов.
Существуют различные варианты реперколяции: с делением сырья на
равные и неравные части, с законченным и незаконченным циклом и др.
29
1.5.7 Реперколяция по Босину
Метод предложен инженером Ленинградского химико-
фармацевтического завода А.И. Босиным. Сырье делят на равные части и
загружают в батарею перколяторов (обычно 3-5 перколятора). Сырье в
первом перколяторе экстрагируют чистым экстрагентом, в последующих –
извлечениями, полученными после перколирования сырья из предыдущих
перколяторов (рис. 2).
Готовый продукт получают только из последнего перколятора. Число
перколяторов подбирают таким образом, чтобы из последнего перколятора
получалась вытяжка в объеме, равном всей массе экстрагируемого
материала, т. е. 1:1, или в двойном объеме, т.е. 1:2.
Рис. 2. Схема реперколяции по Босину
1.5.8 Реперколяция с делением сырья на неравные части
(по фармакопее США и Германии)
Исходное сырье принимают за 100% и согласно фармакопее США,
делят его на 3 части в соотношении 5:3:2, по Германской фармакопее – на 3
части в соотношении 5:3,25:1,75.
Работу начинают с наибольшей порцией сырья и обрабатывают ее
чистым экстрагентом. Перколят собирают в два приема: готовый продукт 1
(ГП 1) в количестве 20% от общего количества сырья и отпуск 1 (отпуск –
менее концентрированные извлечения), который используют для
намачивания, настаивания и перколяции во 2-м перколяторе (рис. 3). Из 2-
го перколятора получают готовый продукт 2 (ГП 2) в количестве 30% от
общего количества сырья и отпуск 2, используемый для 3-го перколятора.
I
100
II
100
III
100
Экстрагент
Готовый
продукт
1:1 или 1:2
30
Из 3-го перколятора собирают 50% готового продукта 3 (ГП 3) по
отношению к массе сырья. Всего получают 20+30+50=100% готового
продукта из 100% исходного сырья, т. е. 1:1.
Рис. 3. Схема реперколяции с делением сырья на неравные части (США)
При получении экстракта 1:2 из каждого перколятора получают
двойные объемы готовых продуктов.
При делении сырья на неравные части, сырье во 2-м и в 3-м
перколяторах истощается не полностью. Меньше всего сырье истощается в
3-м перколяторе.
1.5.9 Реперколяция с делением сырья на равные части
с незаконченным циклом
Сырье, разделенное на равные части, загружают в перколяторы, число
которых подбирается таким образом, чтобы при получении вытяжки из
последнего перколятора, сырье в первом было полностью истощено.
Первую порцию сырья, предназначенную для загрузки в перколятор,
предварительно намачивают равным или половинным объемом экстрагента
по отношению к массе сырья. После набухания (4-6 ч.) материал
укладывают в перколятор 1 и настаивают в течение 24 ч с двойным по
отношению к массе сырья объемом экстрагента. Далее проводят
перколирование до полного истощения сырья. Общее количество
экстрагента, необходимое для экстрагирования сырья в одном перколяторе,
равно 7-9 кратному объему по отношению к массе
растительного сырья.
I
50
Г.П. 1
20 %
Отпуск 1
Отпуск 2
Г.П. 1
30 %
Г.П. 3
50 %
Экстрагент
II
30
III
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]