14.1.6. Виды массопереноса

В процессе экстрагирования лекарственного растительного сырья сочетается три вида массопереноса: 1) массоперенос внутри растительного материала, скорость которого характеризуется коэффициентом внутренней диффузии – D_B; 2) в клеточном соке и пограничном диффузионном слое, определяющимся коэффициентом - D_c; 3) конвективный, характеризующийся величиной коэффициента - β.

Суммарный коэффициент массопередачи при экстрагировании растительного сырья определяется следующим уравнением:

где К, Dc, Da - соответственно коэффициенты массопередачи, свободной молекулярной диффузии, внутренней диффузии; / - размер частиц, м, S - толщина пограничного слоя, м.

Коэффициент свободной диффузии определяется уравнением Эйнштейна:

где k - постоянная величина Больцмана; Т - абсолютная температура, град; R - радиус диффундирующих частиц, м; η- вязкость раствора, н/с-м².

Он зависит от температуры и концентрации раствора. Коэффициент внутренней диффузии имеет более низкую величину, на нее влияют число и диаметр пор, структура материала. Коэффициент конвективной диффузии больше коэффициента свободной диффузии и является определяющим для процесса экстрагирования в целом.

Для расчета коэффициента массопередачи пользуются уравнением:

где - коэффициент массопередачи.

14.1.7. Потеря на диффузии

По окончании экстрагирования растительный материал за счет набухания удерживает часть экстрагента, вместе с которым в шроте остаются биологически активные вещества. Их называют потерей на диффузии и определяют по формуле:

_

где х_о - количество действующих веществ в растительном сырье, кг; а - количество экстрагента, оставшееся в шроте, л; п - общее количество взятого экстрагента, л.

Для уменьшения потери на диффузии шрот отжимают на прессах, применяют дробное экстрагирование. Иногда увеличивают объем экстрагента, но это может привести к нарушению заданной концентрации вытяжки.

14.1.8. Основные факторы технологии, влияющие на процесс экстрагирования

Полнота и скорость экстрагирования действующих веществ из растительного лекарственного сырья зависит от технологических свойств материала: содержания влаги, действующих и экстрактивных веществ, пористости и порозности, величины поверхности частиц, способности набухать и удерживать определенное количество экстрагента, коэффициентов диффузии, вымывания и др. Их необходимо учитывать в процессе экстрагирования. Пористость сырья - это величина пустот внутри растительной ткани. Чем она выше, тем больше образуется внутреннего сока при набухании. Порозность - это величина пустот между кусками измельченного материала. Она связана с количеством внешнего сока. При набухании порозность возрастает при малом объеме сырья и уменьшается, если его объем большой и он плотно уложен в экстракторе. От величины пористости и порозности зависит скорость смачивания и набухания материала. Скорость набухания возрастает при предварительном вакуумировании сырья, а также при повышении давления и температуры.

Содержание влаги действующих и экстрактивных веществ в сырье дает возможность определить его исходное количество для получения заданного объема препарата. Процентное содержание влаги в сырье строго регламентируется, его повышение может привести к потере действующих веществ.

Высококачественное сырье дает возможность полу чить препарат, в котором содержание действующих веществ будет выше сопутствующих. Степень и характер измельчения, поверхность,частиц и число разрушенных клеток оказывают существенное влияние на процесс экстрагирования. Чем мельче размер частиц материала, тем больше поверхность его соприкосновения с экстрагентом, тем быстрее происходит из влечение. Для каждого вида сырья в зависимости от анатомического строения, состава и локализации действующих веществ степень и характер измельчения подбираются индивидуально. Оптимальным считается размер частиц от 0,5 до 2,0 мм, он определяется просеиванием через сито. При использовании слишком измельченного сырья, вследствие сильного набухания резко возрастает гидравлическое сопротивление и процесс экстрагирования затрудняется. Полученная вытяжка будет содержать много мельчайших частичек растительного материала, от которых ее трудно очистить. Из сырья с разрушенной клеточной структурой (раздавленное, истертое, размолотое) процесс извлечения, как указано выше, сводится к вымыванию. В распиленном и изрезанном материале, где сохраняется клеточная структура, преобладают диффузионные процессы, экстрагирование замедляется, но полученная вытяжка содержит меньше механических включений и легче очищается.

Пористость и порозность сырья обусловливают его поглощающую способность.

Коэффициент поглощения сырья определяется по формуле:

где P₁ и P₂ - соответственно масса сырья до и после набухания.

Различают «внутреннюю» и «полную» поглощаемость сырья. «Внутренняя» - это количество внутреннего сока, удерживаемое сырьем, «полная» - количество экстрагента, поглощенное сырьем и находящееся на его поверхности. Для проведения процесса определяющим является «полная» поглощаемость сырья, которая находится в прямой зависимости от степени его измельчения.

В настоящее время нет единого мнения о необходимости стадии намачивания материала. В ряде случаев она может быть опущена, так как не будет оказывать существенного влияния на процесс экстрагирования. Для некоторых видов сырья она необходима, так как предотвращает запрессовывание материала в экстракторах в результате увеличения его объема при смачивании и способствует эффективности извлечения.

Одним из параметров, характеризующих протекание процесса экстрагирования, является коэффициент вымывания. Если он низкий, это значит, что в сырье мало разрушенных клеток, экстрагирование идет медленно и определяется в основном скоростью молекулярной диффузии, есди достаточно велик, то процесс протекает быстро. В этом случае он зависит главным образом от гидродинамических условий системы. За величину коэффициента вымывания принимают количество веществ в вытяжке, полученное при экстрагировании сырья в течение 1 ч при перемешивании.