Механизм извлечения действующих веществ из растительного материала.

Процесс извлечения проходит в три стадии.

Первая стадия – смачивание растительного материала и проникновение экстрагента внутрь него. Сначала по макро-, затем микротрещинам, по межклеточным ходам экстрагент достигает клеток и получает возможность диффундировать через клеточные стенки. Это первая стадия извлечения – диализ, или эндосмос.

Вторая стадия – образование «первичного сока». Внутри клетки экстрагент взаимодействует с находящимися в них веществами: вещества, способные образовывать истинные растворы, растворяются; неограниченно набухающие ВМС набухают и растворяются; ограниченно набухающие ВМС набухают, образуя гели. Процесс растворения осложняется тем, что некоторые растворимые соединения адсорбционно связаны с нерастворимыми компонентами внутриклеточного содержимого. Поэтому экстрагент должен быть еще и десорбентом. Таким образом, на второй стадии происходит десорбция и растворение действующих веществ.

Третья стадия – массообмен или массоперенос – переход веществ из растительного материала в жидкую среду.

Процессы экзо- и эндоосмоса протекают спонтанно, пока концентрация растворов снаружи и внутри клетки не станут одинаковыми. При этом происходит молекулярная и конвективная диффузии. Молекулярная диффузия осуществляется за счет хаотического движения молекул, зависит от запаса кинетической энергии молекул. Скорость молекулярной диффузии зависит от температуры извлечения (при ее увеличении возрастает скорость движения молекул), величины поверхности разделяющей вещества, толщины слоя, через который проходит диффузия. Наконец, перемещение вещества требует определенного времени (чем дольше диффузия, тем большее количество вещества переходит из одной среды в другую). Этот процесс можно выразить уравнением Фика-Щукарева:

где:

S - количество продиффундировавшего вещества в кг;

D – коэффициент молекулярной диффузии, м²/сек;

F – площадь диффузионного обмена (суммарная площадь измельченного растительного сырья), м²;

- градиент концентрации (изменение концентрации вещества на расстоянии,

(-) – диффузионный процесс направлен в сторону уменьшения концентрации.

Коэффициент молекулярной диффузии D показывает количество вещества в кг, которое продиффундирует за 1 с через поверхность в 1 м², при толщине слоя 1 м и разности концентраций в 1 кг/м³.

Математически выражение коэффициента диффузии было дано Эйнштейном:

где:

R – газовая постоянная 8,32 Дж/(град·моль);

T – абсолютная температура;

N – число Авагадро 6,0·10²³

η - вязкость, в Н/(с· м²);

r – радиус диффундирующих частиц, в м.

Из приведенного уравнения видно, что коэффициент диффузии увеличивается с повышением температуры и уменьшается с увеличением вязкости среды и размера частиц вещества.

В практике численные значения коэффициента молекулярной диффузии берут из справочников.

Конвективная диффузия – перенос вещества в результате причин, вызывающих перемещение жидкости: сотрясение, изменение температуры, перемешивание. Этот вид диффузии осуществляется значительно быстрее и происходит за счет конвекции, т.е. переноса массы из одного места подвижной среды в другую. Математически эта зависимость выражается следующим образом:

где:

β – коэффициент конвективной диффузии, представляющий собой количество вещества, переносимое за 1 с через поверхность в 1 м², при разности концентраций, равной 1 кг/м³; размерность м/сек.

S –количество вещества, перешедшего из жидкой фазы в поток другой жидкости в кг;

F – поверхность раздела в м²;

С-с разность концентраций вещества, преходящего в поток, у поверхности раздела фаз (С) и в центре потока (с), в кг/м³;

t – время в с.

При конвективной диффузии размер молекул диффундирующего вещества, вязкость растворителя, кинетическая энергия молекул становится второстепенной. Главным для скорости конвективного переноса вещества становится гидродинамические условия, т.е. скорость и режим движения жидкости. Эти положения относятся к так называемой свободной диффузии, то есть к такому случаю, когда между соприкасающимися растворами или жидкостями нет никаких перегородок, иначе говоря, когда молекулярная и конвективная диффузии протекают свободно, не встречая на своем пути каких-либо преград.

Извлечение из растительного сырья осложняется рядом особенностей.

Клеточная стенка имеет свойства пористой перегородки, а извлечение характер диализа, т.е. диффузии через пористую перегородку. Наличие пористой перегородки снижает скорость диффузии. Через поры могут пройти вещества, частицы которых не превышают определенных размеров. Кроме этого экстрагент десорбирует действующие вещества внутри клетки.

Весь комплекс диффузионных явлений, протекающих внутри кусочков растительного материала, называют внутренней диффузией. В основном он слагается из диффузии через пористую перегородку (стенка мертвой клетки) и свободной молекулярной диффузии. Это дает возможность применить уравнение Фика к количественной характеристике экстракции, но с поправкой на имеющиеся особенности.

Для выражения величины коэффициента диффузии в порах растительного материала в уравнение Эйнштейна для свободной диффузии нужно вводить поправочный коэффициент В, учитывающий все осложнения процесса.

В

Тогда в уравнение Фика для переноса вещества в порах растительного материала вместо коэффициента свободной диффузии нужно будет поставить значение коэффициента внутренней диффузии ( ).

Для количественной оценки общего переноса вещества существует понятие массопередача.

Массопередача так же, как молекулярная и конвективная диффузия, означает перенос вещества при отклонении системы от равновесия из фазы с большей концентрацией в фазу с меньшей концентрацией. Эта разность концентраций является движущей силой процесса массопередачи. Скорость перехода вещества пропорциональна поверхности соприкосновения фаз. Математически эта зависимость выражается формулой:

где:

S – количество вещества, перешедшего из одной фазы в другую, в кг;

К – коэффициент массопередачи, означающий количество вещества, переносимое за 1 с через поверхность в 1 м² при разности концентрации, равной 1 кг/м³; размерность м/сек;

F – поверхность соприкосновения фаз, в м²;

t – время в с;

С-с – движущая сила процесса массообмена – разность концентраций вещества, переходящего из одной фазы в другую, в кг/м³.

Коэффициент массопередачи суммирует все величины, являющиеся количественными характеристиками трех перечисленных этапов диффузионного процесса в процессе экстракции.

Связь коэффициента массопередачи и коэффициентов всех видов диффузии определяется следующим уравнением:

где 2r – толщина частицы растительного сырья; n – коэффициент; D_вн – коэффициент внутренней диффузии; D – коэффициент молекулярной диффузии; δ – толщина диффузионного пограничного слоя; β – коэффициент конвективной диффузии.

Самостоятельная работа на занятии.

Изучение устройства и принципов работы аппаратуры для изготовления водных извлечений из лекарственного растительного сырья.

Литература.

1. Гаврилов А.С. Фармацевтическая технология. Изготовление лекарственных препаратов: учебник / А.С. Гаврилов. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2010. – 624 с.

2. Кугач В.В. Курс лекций по аптечной технологии лекарственных средств. – Изд. 3-е, перераб. и дополн. – Витебск, 2010. – 349 с.

3. Ветеринарная фармакология: учебное пособие для студентов вузов по специальности «Ветеринарная медицина»/ Н.Г. Толкач, И.А. Ятусевич, А.И. Ятусевич, В.В. Петров; - Ред. А.И. Ятусевич. – Минск: ИВЦ Минфина, 2008. – 685 с.

ЗАНЯТИЕ 20

Тема: «Частная технология настоев и отваров».

Основные вопросы по теме:

1. Особенности изготовления водных извлечений из сырья, содержащего сердечные гликозиды, алкалоиды.

2. Особенности изготовления водных извлечений из сырья, содержащего эфирные масла, дубильные вещества.

3. Особенности изготовления водных извлечений из сырья, содержащего слизи

4. Введение лекарственных веществ в водные вытяжки, полученные из лекарственного растительного сырья.

5. Приготовление водных извлечений из экстрактов-концентратов. Многокомпонентные извлечения. Оформление, контроль качества, хранение отпуск водных извлечений.

Материальное обеспечение: плакаты, фармакопея, калия бромид, корневище с корнями валерианы, вода очищенная, мерные цилиндры вместимостью 250,0 мл, высы аптечные ручные, комплект гирь, инфундирный аппарат или водяная баня, стаканы химические термостойкие вместимостью 300 мл, марля, воронки стеклянные, палочки стеклянные, флаконы для отпуска, этикетки, шпателя или капсулаторки.

Домашнее задание.

Изучить основные вопросы по теме занятия. Описать свойства ингредиентов, произвести необходимые расчеты и описать технологию приготовления лекарственной формы.

Собаке.

1. Recipe: Infusi herbae Thermposidis 0,6 – 180ml

Liquoris Ammonii anisati 4 ml

Misce. Da. Signa. Внутреннее. По одной столовой ложке

три раза в день. Перед применением взбалтывать.

___________________________________________________________

Собаке.

2.Recipe: Infusi rhizomatis cum radicibus Valerianae 250 ml

Kalii bromidi 4,0

Tincturae Convallariae 6 ml

Misce. Da. Signa. Внутреннее. По одной столовой

ложке три раза в день.

____________________________________________________________

Собаке.

3. Recipe: Infusi radicibus Altheae 200 ml

Natrii benzoatis 2,0

Natrii hydrocarbonatis 3,0

Elixiris pectoralis 6 ml

Misce. Da. Signa. Внутреннее. По одной столовой ложке

четыре раза в день.

___________________________________________________________

Пример рецепта для разбора домашнего задания.

Собаке.

Recipe: Infusi rhizomatis cum radicibus Valerianae 6,0 – 180,0

Kalii bromidi

Ammonii bromidi ana 4,0

Tincturae Convallariae 6,0

Misce. Da. Signa. Внутреннее. По одной столовой ложке три

раза в день.