содержание      ..     12      13      14      15     ..

Технология лекарственных форм. Том 1-2 (1991 год) - часть 14

Глава 14
ЭКСТРАКЦИОННЫЕ ПРЕПАРАТЫ ИЗ ЛЕКАРСТВЕННОГО РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ.
НАСТОЙКИ (T1NCTURAE).
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 массообмен-ным и определяется основными законами массопере-дачи: молекулярной диффузией, массоотдачей, массо-проводимостью.

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 твердого тела на растворимую и нерастворимую части. В отличие от процесса растворения, когда переход вещества в раствор происходит полностью, при экстрагировании он осуществляется частично, образуя две фазы: 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 одной фазы в другую и обратно при данных условиях.

Скорость массопередачи (кг/м² • с) пропорциональна движущей силе процесса:

где М - количество веществ, подвергающегося массопередаче, кг; F - площадь фазового контакта, м²; т - время процесса, с; Δ - движущая сила массообменного 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:

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:

где β - коэффициент конвективной диффузии. Он показывает, какое количество вещества передается через1 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 вешествами. Объем клеточного сока увеличивается и внутри клетки возникает гидростатическое давление. Когда оно становится равным осмотическому, проникновение экстрагента в клетку прекращается.

Рис. 14.1. Поднятие жидкости в капилляре

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 20000 и более пор 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 заканчивается массопереносом веществ от поверхности материала в раствор.

Оболочки клеток обладают дифильными свойствами, с преобладанием гидрофильности. Процесс проникновения экстрагента в клетку определяется степенью гидрофильности материала, природой экстрагента, числом и размером пор в клеточной стенке. Чем 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)

Сила капиллярного подъема F может быть представлена уравнением:

где r - радиус капилляра, м; σ - коэффициент поверхностного натяжения; θ - 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

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.

14.1.2. Смачивание веществ

Процесс смачивания веществ тесно связан с проникновением экстрагента в сырье и зависит от их сродства. Поступая в сырье по макро- и микротрещинам, межклеточным ходам, диффузией через поры клеточной оболочки, экстрагент проникает внутрь клетки и контактирует с высохшим клеточным соком. Для облегчения проникновения экстрагента и улучшения смачивания содержимого клеток рекомендуется добавлять ПАВ (иногда достаточна концентрация 0,01-0,1%), обеспечивающие снижение поверхностного натяжения на границе раздела фаз.

14.1.3. Растворение биологически активных веществ растительного материала

По мере поступления экстрагента в сырье происходит десорбция и растворение биологически активных веществ, которые определяются их сродством. Скорость растворения зависит от скорости массопередачи от поверхности твердого тела а для веществ, находящихся внутри клеток, определяется скоростью массопередачи через пористую перегородку сначала в экстрагент межклеточного пространства, а затем - в омывающий сырье

14.1.4. Массоперенос веществ через пористые клеточные мембраны

Массоперенос растворенных в клеточном соке веществ через поры клеточных стенок в межклеточные пространства и далее на поверхность растительного материала осуществляется путем внутренней диффузии. Ее скорость определяется разностью концентраций по обе стороны клеточной стенки, зависит от толщины и количества слоев клеточных мембран, числа и диаметра пор, которые не бывают постоян ными, а колеблются в широких пределах у разных видов растительного сырья Перенос вещества с по верхности клеток происходит за счет свободной молекулярной диффузии Скорость диффузии в этом случае можно выразить следующим образом

где x - толщина слоя, через который проходит диффузия.

Одновременно с поступлением экстрагента в сырье образуется встречный поток жидкости с растворенными в ней биологически активными веществами Общая скорость экстрагирования определяется как разность скоростей движения экстрагента и раствора.

14.1.5. Массопередача вещества от поверхности растительного материала в экстрагент

В настоящее время предложено несколько теорий для объяснения этого процесса, например пленочная теория массоотдачи веществ и теория диффузионного слоя.

Согласно пленочной теории массоотдача веществ происходит путем молекулярной диффузии через неподвижную пленку экстрагента, находящегося на поверхности материала Вещества с поверхности растительного сырья переносятся в поток экстрагента путем свободной молекулярной диффузии, скорость которой зависит от площади и толщины пленки По теории диффузионного слоя на поверхности сырья имеется пристенный, пограничный (ламинарный) слой, в который переносятся вещества из пор растительного материала. Скорость массопереноса в большей степени зависит от толщины этого слоя, который в свою очередь определяется скоростью движения экстрагента, коэффициентом молекулярной диффузии, вязкостью растворителя, расстоянием между слоями с разной концентрацией. Толщина пограничного слоя постоянно меняется в зависимости от движения экстрагента. При энергичном перемешивании пограничный слой уменьшается и переходит в диффузионный подслой. При турбулентном потоке жидкости толщина пограничного диффузионного слоя может стать равной нулю и тогда молекулярная диффузия заменяется на конвективную. Массоперенос веществ в движущемся слое экстрагента осуществляется конвективной диффузией, скорость которой определяется главным образом гидродинамикой процесса

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.

14.1.9. Факторы, влияющие на процесс массопередачи внутри частиц сырья и в свободном экстрагенте

В эту группу входят факторы, влияющие на гидродинамические условия процесса: характер и скорость движения экстрагента, перемешивание, вибрация, колебания жидкости, циркуляция экстрагента, воздействие центробежных сил и ультразвука, повышение температуры смеси. На процесс экстрагирования оказывает влияние характер загрузки сырья в экстракторы, выбор и способ подачи экстрагента и др.

Для обеспечения полноты извлечения действующих веществ и максимальной скорости экстрагирования к эстрагенту предъявляются следующие требования: узкий спектр действия (извлечение определенной группы действующих веществ); избирательная способность (максимальное извлечение действующих веществ и минимальное сопутствующих); химическая и фармакологическая индифферентность; малая токсичность, невысокая стоимость и др.

Выбор экстрагента определяется степенью гидрофильности извлекаемых веществ. Для экстрагирования полярных веществ с высоким значением диэлектрической постоянной используют полярные растворители: воду, метанол, глицерин; для неполярных - кислоту уксусную, хлороформ, эфир этиловый и другие органические растворители. Наиболее часто в качестве экстрагента применяют этанол - малополярный растворитель, который при смешивании с водой дает растворы разной степени полярности, что позволяет использовать его для избирательного экстрагирования различных биологически активных веществ. Кроме этанола, из малополярных растворителей применяют ацетон, пропанол, бутанол.

Важными физическими свойствами экстрагента, оказывающими существенное влияние на скорость процесса, являются поверхностное натяжение и вязкость. Использование менее вязких экстрагентов с невысокой поверхностной активностью способствует более быстрому окончанию экстрагирования.

Перспективными в этом отношении являются предлагаемые в последнее время сжиженные газы: углерода диоксид, пропан, бутан, жидкий аммиак и др. Каждый из сжиженных газов имеет свои термодинамические свойства. Это дает возможность извлекать из растительного материала вещества с различной полярностью (гидрофильные и гидрофобные). Наиболее часто используется сжиженный углерода диоксид, являющийся химически индифферентным к большому числу действующих веществ, вязкость которого в 14 раз меньше вязкости воды и в 5 раз - этанола. Он хорошо извлекает эфирные, жирные масла и другие гидрофобные вещества. Гидрофильные вещества хорошо экстрагируются сжиженными газами с высокой диэлектрической проницаемостью (аммиак, метилен хлористый, метиленоксид и др.).

Процесс экстрагирования сжиженными газами проводится под большим давлением, при снятии которого экстрагент легко улетучивается, а экстрактивные вещества остаются в сухом виде.

14.2. МЕТОДЫ ЭКСТРАГИРОВАНИЯ

В фармацевтической промышленности используются следующие методы:^ мацерация, ремацераиия, перколяция, реперколяция, противоточное и циркуляционное экстрагирование.^/Многие из этих методов применяются в различных модификациях, отличающихся временем экстрагирования, способом распределения сырья в экстракторах, аппаратурой. Их классифицируют на статические и динамические. В пер&ом случае экстрагент поступает на сырье периодически, а вытяжку получают за один или несколько приемов. В динамических методах сырье и экстрагент загружают периодически, а сливают извлечение непрерывно или загрузка сырья, экстрагента и получение вытяжки идут непрерывно.

Выбор метода определяется эффективностью производства готового продукта и зависит от свойств экстрагента и растительного материала, а также от структуры последнего.

14.2.1. Мацерация

Мацерация (от лат maceratio - вымачивание) относится к статическим методам экстрагирования. Ранее он широко применялся для получения настоек и был официнальным по ГФ VIII. Метод заключается в настаивании в мацерационном баке необходимого для получения настойки количества материала с прописанным объемом экстрагента при комнатной температуре в течение 7 сут (если в НТД нет других указаний) с периодическим перемешиванием мешалкой. После этого сырье отжимают и замеряют объем полученной вытяжки. Поскольку часть экстрагента удерживается в шроте, его промывают чистым экстра-гентом 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 малоэффективен. Растительный материал большую часть времени находится в неподвижном состоянии, коэффициент конвективной диффузии невелик. Процесс протекает медленно, так как выравнивание концентрацией веществ внутри растительной клетки и во внешнем слое эстрагента идет в основном за счет молекулярной диффузии. Велики потери на диффузии. Поэтому в данном варианте метод применяется крайне редко: при экстрагировании свежего растительного сырья и для получения настоек из «неорганизованного» материала (не имеющего клеточной структуры).

С целью интенсификации экстрагирования материала процесс ведут при постоянном перемешивании мешалками или во вращающихся мацерационных баках-турбулах. Время экстрагирования при этом можно сократить в несколько раз. Процесс мацерации часто сопровождают циркуляцией экстрагента. После настаивания сырья полученную вытяжку с помощью центробежного насоса возвращают на сырье и вновь настаивают. Циркуляция экстрагента приводит к более быстрому выравниванию концентраций, т. е. к завершению процесса экстрагирования.

14.2.2. Ремацерация

Ремацерация или дробная мацерация с делением на части экстрагента или сырья и экстрагента является разновидностью метода мацерации. 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, при меньшей затрате времени на извлечение, полнее истощить сырье, уменьшить потери на диффузии, так как постоянно поддерживается высокая разность концентраций и как следствие этого - скорость диффузии.

Модификацией метода дробной мацерации является* его сочетание с циркуляцией экстрагента через слой сырья. Экстрагент делят на неравные части и после настаивания сырья сначала в первой, а затем во второй его порции, каждый раз вытяжки возвращают на экстрагируемый материал. С третьей порцией экстрагента сырье только настаивают, без циркуляции.

Перспективным является метод дробной мацерации, сопровождающийся прессованием. Сырье замачивают и после набухания отжимают на гидравлических прессах или вальцовых мельницах. Процесс повторяется несколько раз до достижения равновесной концентрации. Метод позволяет сократить потери действующих веществ, так как в шроте остается небольшой объем вытяжки. Готовый продукт содержит высокое количество экстрагируемых веществ.

14.2.3. Перколяция

Перколяция (от лат. percolatio - процеживание) относится к динамическим методам, 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. Они могут быть цилиндрической и конической формы, с паровой рубашкой или без нее, опрокидывающиеся и саморазгружающиеся (рис. 14.2), сделанные из нержавеющей стали, алюминия, луженой меди и других материалов. Сверху перколяторы закрывают крышкой, имеющей один или несколько патрубков для ввода экстрагента, вывода отработанного пара из паровой рубашки и т. д. Внизу - со спускным краном. Перколяторы имеют ложное дно, на которое помещается фильтрующий материал (мешковина, полотно, древесная стружка) и загружается сырье. Цилиндрические перколяторы удобны в работе при загрузке и выгрузке сырья, конические - обеспечивают более равномерное экстрагирование и получение, за тот же период, вытяжки, более обогащенной действующими веществами. Метод перколяции включает три последовательно протекающие стадии: намачивание сырья, настаивание, собственно перколяция.

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 кусками растительного материала и внутрь клетки, происходит так называемая капиллярная пропитка. Сырье набухает со скоростью, зависящей от свойств материала и природы экстрагента. Многие виды лекарственного растительного сырья обладают дифильными свойствами, но имеют большее сродство к гидрофильным экстрагентам. Такое сырье лучше набухает при использовании воды или слабого этанола (2$-30%), особенно если в нем содержится много пектиновых веществ или низкомолекулярных белков, Наименьшее набухание этих видов сырья вызывает крепкий этанол и различные органические растворители. 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. Однако в том случае, когда сырье способно сильно набухать, стадию намачивания опускать не рекомендуется, так как 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.

Рис. 14.2. Устройство цилиндрического перколятора

Настаивание - следующая стадия процесса перко-ляции. Набухший или сухой материал загружают в перколятор на ситчатое (ложное) дно достаточно плотно, чтобы в сырье оставалось как можно*меньше воздуха. Материал, способный слеживаться, укладывают в перколятор слоями. Для такого сырья перколяторы снабжают специальными ситовидными прокладками. Сверху растительный материал покрывают куском полотна и прижимают перфорированным диском. Экстрагентом заливают сырье. Его подают в перколятор сверху или снизу (при открытом кране для вытеснения воздуха) непрерывным потоком. Как только экстрагент начинает вытекать в приемник, кран перколятора закрывают, а экстрагент возвращают на сырье в экстрактор. После этого в перколя-тор добавляют чистый экстрагент до «зеркала», толщина которого должна составлять 30-40 мм (тем самым предотвращают попадание воздуха в сырье) и выдерживают 24-48 ч - мацерационная пауза. В результате молекулярной диффузии экстрагируемые вещества переходят в экстрагент. Для некоторых видов сырья стадия настаивания не является обязательной, ею можно пренебречь, если растительный материал прошел стадию намачивания. Для многих видов сырья мацерационная пауза может быть сокращена.

Собственно перколяция - непрерывное прохождение экстрагента через слой сырья и сбор перколята. У перколятора открывают кран, а на сырье непрерывно, с постоянной скоростью подают экстрагент Концентрированный сок вытесняется из растительного материала током свежего экстрагента. Скорость поступления экстрагента на сырье должна быть равна скорости перколирования (1/24 и 1/48 рабочего объема перколятора). Отмечаются два периода экстрагирования. Сначала вытекает более концентрированный сок, содержащий экстрактивные вещества, вымываемые из разрушенных клеток, так называемая быстротекущая перколяция, за ем процесс продолжается за счет внутренней диффузии.

Перколирование заканчивается получением вытяжки за один прием - при приготовлении настоек, дустых и сухих экстрактов или в два приема - при производстве жидких экстрактов. В последнем случае сначала собирают 85 объемных частей готового продукта, затем продолжают экстрагирование до полного истощения материала. Вытяжку низкой концентрации упаривают под вакуумом до 15 объемных частей и присоединяют к готовому продукту, получая в сумме 100 объемных частей жидкого экстракта в соотношении 1:1, т. е. из одной части сырья получают одну объемную часть экстракта¹.

14.2.4. Реперколяция

Реперколяция или. повторная (многократная) перколяция впервые предложена в 1966 г. в США. Сущность метода заключается в том, что сырье делят на части и каждую последующую его порцию экстрагируют (перколируют) вытяжкой, полученной из предыдущей. При этом методе применяется батарея из 3-5 и более перколяторов. Извлечение из одного перколятора передается для экстрагирования сырья в следующий. При этом максимально используется растворяющая способность экстрагента, так как слабые вытяжки имеют ее запас и могут извлекать действующие вещества из необработанного материала. Метод позволяет получить концентрированные вытяжки без последующего упаривания.

Известно много вариантов метода реперколяции с делением сырья на равные и неравные части.

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, замачивают определенным объемом экстрагента, равным его массе или половине массы. После набухания в течение 4-6 ч материал укладывают в перкорлятор и настаивают в течение 24 ч с двойным по отношению к массе сырья объемом экстрагента и перколируют до истощения материала. Общее количество экстрагента, необходимое для обработки сырья, равно 7 - 9-кратным объемам по отношению к общей массе обрабатываемого материала.

Из первого перколятора получают 80% готового продукта по отношению к массе сырья в нем и отпуски (менее концентрированные извлечения), которые собирают частями. Первый отпуск - в объеме, равном массе второй порции сырья и предназначенном для его намачивания, второй - в объеме, соответствующем удвоенной массе этой порции (для настаивания), третий - для экстрагирования сырья во втором пер-коляторе. Из второго перколятора получают 100% готового продукта по отношению к массе загруженной в него порции сырья и собирают отпуски для работы с сырьем для следующего перколятора. Из последнего перколятора получают 100% готового продукта и отпуск, который используют в качестве экстрагента для получения экстрактов из аналогичного сырья. Готовые продукты, полученные для всех перколяторов, объединяют.

Реперколяция с делением сырья на равные части с законченным циклом. Этот вариант предусматривает упаривание отпуска из последнего перколятора до 20% объема по отношению к массе загруженного в перколятор сырья. Упаривание проводят под вакуумом и полученный остаток присоединяют к общему объему готового продукта.

Реперколяция по Босину. По методу, предложенному инженером Ленинградского химико-фармацевтического завода А. И. Военным, сырье делят на равные части и загружают в 3 или 5 перколяторов. Сырье в первом перколяторе экстрагируют чистым экстра-гентом, в последующих - отпусками, полученными после извлечения сырья из предыдущих перколяторов. Готовый продукт получают только из последнего перколятора в объеме, равном всей массе экстрагируемого материала.

Реперколяция с делением сырья на неравные части. Эти варианты офнцинальны по фармакопеям США и ГДР. Американская фармакопея предлагает деление сырья на 3 части в соотношении 5:3:2, Германская - на 3 части в соотношении 5:3,25:1,75. Исходное сырье принимают за 100%. Работу начинают с наибольшей порцией сырья и обрабатывают ее чистым экстрагентом. Перколят собирают в два приема: готовый продукт и отпуск, который иногда делят на фракции.

Первую фракцию -для намачивания второй порции сырья получают в объеме, равном массе этого сырья. Для настаивания второй порции сырья собирают вторую фракцию - в двойном по отношению к первой. Третья фракция спстапллет песь ост 1лыюй перколят. Ее используют для лерколлрова ия второй порции сырья. Из первого перколятора получают 20% готового продукта, из второго - 30 и из третьего - 50%. При получении экстракта в соотношении 1:2, из каждого перколятора получают двойные объемы готовых продуктов. При делении сырья на неравные части достигается уменьшение потерь на диффузии.

Худшие условия экстрагирования - в третьем перколяторе, где находится меньшая часть сырья и оно истощается не полностью

Описанные методы могут применяться на небольших производствах при получении незначительного количества продукта.

Метод реперколяции по Чулкову. Метод предложен Н. А. Чулковым в 1943 г и нашел применение на крупных промышленных предприятиях. Экстрагирование проводится в батарее из 4-5 и более перколя-торов./Различают два периода: пусковой и рабочий. В пусковой период ежедневно загружают по одному лерколятору» (первый называют головным, последний- хвостовым). Сырье делят на равные части Первую порцию намачивают равным объемом экстрагента, набухшее сырье загружают в головной перколятор, заливают двойным объемом экстрагента и оставляют на сутки. На следующий день собирают два отпуска: один для намачивания в/горой порции сырья в объеме, равном его массе, другой - в двойном количестве (для настаивания сырья во втором перколя-торе). В это время в первый перколятор подают чистый экстрагент в количестве, равном объемам взятых отпусков. На 3-й день из второго перколятора собирают два отпуска для работы с третьей порцией сырья, предназначенной для загрузки в третий перколятор.

Во второй перколятор подают отпуски из первого перколятора, а в него снова подают чистый экстрагент и т д. Через сутки после загрузки последнего перколятора начинается рабочий период с получением первой порции готового продукта в объеме, равном массе загруженного сырья. Одновременно из первого перколятора собирают весь отпуск и подают его во второй перколятор, в который затем начинает поступать чистый экстрагент Первый перколятор загружают новой порцией сырья, которую обрабатывают отпусками из последнего перколятора. Сбор готового продукта идет месяцами, пока не используется все сырье.

Потерь на диффузии практически нет, так как в каждом перколяторе сырье неоднократно обрабатывается чистым экстрагентом и истощается максимально.

14.2.5. Противоточное экстрагирование

Метод заключается в многоступенчатом продвижении экстрагента с более истощенного на менее истощенное сырье до насыщения экстрактивными веществами. В промышленности противоточное экстрагирование проводится различными способами: в батарее экстракторов, когда сырье находится в неподвижном состоянии, а движется только экстрагент; в экстракторах непрерывного действия, диффузорах, где сырье и экстрагент движутся навстречу друг другу.

Экстрагирование в батарее экстракторов. Процесс происходит таким образом, что в каждом экстракторе сырье настаивается определенное время, в первом - с чистым экстрагентом, в последующих - с вытяжками, полученными из предыдущих экстракторов. Батарея экстракторов связана между собой с помощью штуцеров и трубопроводов, является коммуницированной. Получается замкнутая система, позволяющая подавать экстрагент и получать вытяжку из любого экстрактора. Этот метод используется на крупных заводах, которые выпускают продукцию одного наименования в больших количествах. Батарея монтируется из 4-5 и одного запасного экстрактора для обеспечения ее непрерывной работы, которая может продолжаться длительное время. Число экстракторов в батарее и скорость движения экстрагента должны обеспечить возможность его полного насыщения к моменту получения готовой вытяжки из последнего экстрактора и полного истощения сырья в первом. Принцип противоточного экстрагирования в батарее экстракторов можно проследить на рис. 14.3.

Чистый экстрагент непрерывно подается на сырье в первый экстрактор. В момент получения готового продукта из последнего экстрактора (V) первый отключают и загружают запасной (VI). Чистый экстрагент подается на сырье во втором экстракторе, который становится первым, а готовый продукт получают из запасного экстрактора, который становится последним. Таким образом, готовый продукт получают с менее истощенного сырья. Во всей батарее поддерживается значительная разность концентраций. Метод позволяет истощить сырье в каждом экстракторе максимально.

Экстрагирование в экстракторах непрерывного действия (активный противоток). Растительный материал при помощи транспортных устройств: шнеков, ковшей, дисков, скребков или пружинно-лопастных механизмов перемещается навстречу движущемуся экстрагенту. Сырье, непрерывно поступающее в экстракционный аппарат, встречает на своем пути экстрагент, насыщенный экстрактивными веществами, и по мере продвижения внутри аппарата истощается. На получение концентрированной вытяжки затрачивается от 20 мин до 2 ч.

Рис. 14.3. Батарея перколяторов (схема)

Рис. 14.4. Устройство  экстрактора дискового.

1- две трубы; 2 - вращающиеся звездочки; 3 - трос с перфорированными дисками; 4 - патрубок для ввода экстрагента;

5 - бункер; 6 - патрубок для вывода готового продукта, 7 - сборник

Экстрагирование проводится в экстракторах различной конструкции: дисковом (рис. 14.4), пружинно-лопастном (рис. 14.5), шнековом (рис. 14.6) и др. Дисковый экстракционный аппарат цепного типа состоит из двух труб, расположенных под углом 30° и соединенных между собой камерой с вращающимся устройством. В трубах аппарата движется трос, с насаженными на нем на расстоянии 120 мм перфорированными дисками диаметром 100 мм. Экстрактор заполняется экстрагентом через патрубок с правой стороны. Слева из питателя на диски движущегося троса равномерно подается сырье. Скорость движения троса рассчитывается таким образом, чтобы за один оборот его в аппарате достичь максимального истощения материала. Готовая вытяжка вытекает из патрубка, расположенного под питателем слева, а шрот смывается с дисков при выходе из трубы в камере верхней части аппарата и собирается в сборник для отработанного сырья.

Пружинно-лопастной экстрактор непрерывного действия состоит из корпуса, разделенного на секции. В каждой секции на валу укреплен барабан с двумя дугообразными пружинными лопастями. Под дном аппарата расположен обогреватель. Сырье из бункера с помощью дозатора подается в начальную секцию аппарата, а экстрагент через трубу - в конечную секцию. Сырье при помощи лопастей медленно погружается в экстрагент и постепенно передается дальше в следующую секцию, при этом оно прижимается к стенке аппарата и слегка отжимается. Готовую вытяжку получают из первой секции. Выгрузка шрота осуществляется транспортером - в конце экстрактора. Процесс экстрагирования можно проводить в широком диапазоне температур.

Шнековый вертикальный экстрактор представляет собой аппарат, работающий по принципу противотока, в корпусе которого имеются два вертикальных и один горизонтальный шнеки для перевода сырья с одного вертикального шнека на другой.

Ускоренная дробная мацерация по принципу противотока (по ЦЛНИИ)1 Противоточное экстрагирование в модификации ЦАНИИ дает возможность значительно сократить время на выпуск готовой продукции.

Растительный материал в сухом виде загружают поровну в три экстрактора. Экстрагент подают в первый экстрактор «до зеркала» и настаивают в течение 2 ч. Полученную вытяжку переносят на сырье во второй экстрактор, одновременно в первый снова заливают чистый экстрагент «до зеркала». 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. Ь первый экстрактор заливают весь оставшийся экстрагент. 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.

Рис. 14.5. Устройство экстрактора пружинно-лопастного.

1 - корпус; 2 - секции; 3 - барабан; 4 - пружинные лопасти; 5 - камера для обогрева; 6 - камера для сбора извлечения; 7- бункер для ввода сырья; 8-дозатор.

Рис. 14.6. Устройство экстрактора шнекового.

Объяснение в тексте.

14.2.6. Циркуляционное экстрагирование

Сущность метода заключается в многократном экстрагировании растительного сырья одной и той же порцией летучего экстрагента (эфир, хлороформ, метилен хлористый и т. д.). Экстрагирование осуществляется в замкнутом цикле в аппарате типа «Сокслет» (рис. 14.7) Лучшие условия экстрагирования сырья создаются в нижней части экстрактора (4), так как оно находится там в контакте с экстрагентом более длительное время, чем в верхней. В связи с этим конструируются экстракторы, снабженные специальными приспособлениями для перемещения сырья внутри аппарата.

Основными узлами установки для проведения циркуляционного экстрагирования являются: испаритель (1), снабженный паровой рубашкой, экстрактор (4), конденсатор (2) и сборник (3). Все узлы комму-нифицированы между собой.

Во избежание засорения трубопровода растительный материал загружают в полотняном мешке, заливают экстрагентом и оставляют для настаивания на несколько часов. После этого вытяжку переводят в испаритель (1) и доводят до кипения. Образующиеся пары поступают в конденсатор и в виде дистиллята возвращаются на сырье в экстрактор. Циркуляция экстрагента повторяется 10-15 раз до истощения растительного материала. Полученную вытяжку концентрируют отгонкой экстрагента в приемник. В испарителе остается концентрированный раствор экстрактивных веществ.

14.2.7. Интенсификация процесса экстрагирования

По мере развития производства экстракционных препаратов совершенствулотся и разрабатываются более эффективные способы обработки лекарственного растительного сырья. Интенсификация методов экстрагирования осуществляется созданием колебательного движения системы твердое тело - жидкость в звуковом или в ультразвуковом диапазонах. Это приводит к изменению гидродинамических условий. Частицы среды подвергаются сильным механическим и гидродинамическим ударам, что способствует усилению капиллярного эффекта, внутренней и внешней диффузии и, следовательно, ускорению процесса массооб-мена.

С целью повышения эффективности извлечения действующих веществ из сырья, экстрагирование проводят в турбулентном потоке экстрагента, при вибрации, пульсации жидкости через слой сырья, с применением ультразвука, электрической обработки материала и т. д.

Рис. 14.7. Устройство циркуляционного аппарата Сокслета.

1 - куб; 2 - конденсатор; 3 - сборник; 4 экстрактор.

Турбоэкстракция (вихревая). Метод вихревой экстракции, предложенный чешскими учеными в 1953 г., получил дальнейшую разработку в нашей стране. Он основан на интенсивном перемешивании и одновременном измельчении сырья в среде экстрагента с помощью быстроходных мешалок, снабженных острыми лопастями. Скорость вращения мешалок от 4000 до 15 000 об/мин. В процессе экстрагирования в таких условиях изменяется способ обтекания частиц сырья экстрагентом, толщина ламинарного слоя становится минимальной (слой почти исчезает), конвективная диффузия протекает мгновенно. Высокая скорость перемешивания создает условия неравномерного давления на поток обрабатываемой смеси. В системе возникает эффект кавитации и пульсации, что положительно сказывается на скорости внутренней диффузии. Время экстрагирования материала сокращается до нескольких минут, вместо 7 сут при использовании классического метода - мацерации.

Недостатком турбулизации является повышение температуры при работе мешалок, что может влиять на сохранность действующих веществ и приводить к потере экстрагента. Кроме того, дополнительное измельчение растительного материала не всегда желательно, так как может произойти загрязнение вытяжки мелкими частичками растительного материала и осложниться ее очистка.

Рис. 14.8. Устройство установки с РПА.

1 - РПА, 2 - экстрактор, 3 - питатель шнековый для подачи сырья, 4 - двигатель.

Экстрагирование сырья на роторно-пульсационном аппарате. Экстрагирование с помощью РПА основано на циркуляции обрабатываемой среды при различной кратности твердой и жидкой фаз.

РПА (рис. 14.8) состоит из корпуса - статора с патрубками для входа и выхода обрабатываемого материала. Внутри корпуса находится ротор с закрепленными на нем перфорированными цилиндрами, имеющими прорези. На крышке корпуса расположено такое же число аналогичных неподвижных цилиндров. При вращении ротора с цилиндрами, последние проходят между цилиндрами статора, радиальный зазор между которыми может быть от 0,25 до 2 мм. В каждом отдельном случае расстояние между цилиндрами подбирается с учетом технологических требований и физико-механических свойств обрабатываемого материала. Частота вращения ротора - 800-4000 об/мин, число прорезей в цилиндрах - от 5 до 40, ширина от 5 до 40 мм. Вместо цилиндров на статоре и роторе иногда устанавливают концентрически расположенные зубья, в полости ротора - лопасти или ножи для измельчения крупных частиц твердой фазы.

При работе РПА отмечается интенсивное механическое воздействие на частицы сырья, возникает эффективная турбулизация и пульсация потока. В технологической схеме РПА установлен в циркуляционном контуре, замкнутом на экстрактор с мешалкой Экстрактор и трубы циркуляционного контура могут быть снабжены паровой рубашкой для нагревания или охлаждения обрабатываемой среды. Сырье загружают на ложное дно экстрактора и заливают экстрагентом. При работе РПА жидкая фаза поступает в него из нижней части экстрактора, а сырье подается и дозируется шнеком - питателем, установленным на торце над его днищем. Из РПА пульпа поднимается вверх и через штуцер в крышке экстрактора вновь заполняет его. Процесс повторяется до получения концентрированного извлечения. При использовании РПА происходит совмещение операций экстрагирования и диспергирования. Это в ряде случаев позволяет исключить предварительное измельчение сырья и значительно сократить материальные потери. РПА дает возможность интенсифицировать процесс экстрагирования сырья. В качестве экстрагентов применяют: дихлорэтан, метилен хлористый, масла растительные и минеральные.

Эффективно использование РПА в производстве масла облепихи, настоек календулы, валерианы, танина из листьев скумпии, комплекса каротиноидов из плодов шиповника, оксиметилантрахинонов из коры крушины ломкой и других препаратов. Во всех случаях повышается производительность процесса и увеличивается выход действующих веществ.

Для экстрагирования лекарственного сырья предложена технология, включающая работу нескольких РПА и аппаратов для разделения твердой и жидкой фаз (рис. 14.9) Установка состоит из трех ступеней, каждая из которых представляет собой сочетание трех элементов: экстрактора с мешалкой, РПА и центрифуги. Она может работать периодически и непрерывно. Сырье поступает в РПА (3) из бункера (1) с помощью шнека (2), на него подается промежуточный экстракт из центрифуги (9). После измельчения в среде экстрагента смесь передается в экстрактор (4) первой ступени установки, соединенной с РПА (5). При непрерывной работе установки одновременно с циркуляцией смеси через РПА (5) часть ее поступает в центрифугу (6), из которой получают готовый продукт. Шрот и одновременно экстракт из третьей ступени установки и центрифуги (12) направляется в экстрактор (7). После циркуляции через РПА (8) обрабатываемый материал попадает в центрифугу (9), экстракт - в РПА (3), а шрот вместе со свежим экстрагеном-в экстрактор (10), затем через РПА (11) в центрифугу (12), а оттуда - в экстрактор (7). Отработанное сырье удаляется из установки. Экстрагирование с помощью РПА сокращает время, затрачиваемое на производство экстракционных препаратов в 1,5-2 раза, повышает качество готового продукта.

Получение танина из чернильных орешков по данной технологии увеличило его выход и привело к значительному экономическому эффекту - 60 000 руб. в год.

Экстрагирование с применением ультразвука. В производстве экстракционных препаратов ультразвук (УЗ) находит применение как средство, ускоряющее процесс экстрагирования лекарственного сырья и обеспечивающее полноту извлечения действующих веществ. При экстрагировании источник УЗ помещают в обрабатываемую среду в экстрактор. Возникающие ультразвуковые волны создают знакопеременное давление, кавитацию и «звуковой ветер». В результате происходит ускорение пропитки материала и растворение содержимого клетки, увеличение скорости обтекания частиц сырья, в пограничном диффузионном слое экстрагента образуются турбулентные и вихревые потоки. Молекулярная диффузия внутри растительного материала и в диффузионном слое практически сменяется на конвективную, что приводит к интенсификации массообменных процессов. Возникновение кавитации вызывает разрушение клеточных структур. Ускорение процесса экстрагирования в данном случае происходит за счет вымывания экстрактивных веществ из клеток и тканей растительного материала. При озвучивании вытяжку можно получить в течение нескольких минут.

Рис. 14.9. Принцип работы установки с несколькими РПА

Объяснение в тексте.

Поскольку УЗ не является индифферентным агентом по отношению к действующим веществам: может вызывать кавитацию, ионизацию молекул, изменять свойства биологически активных веществ, понижать или усиливать их терапевтическую эффективность, применение его требует тщательного экспериментального исследования.

Большое значение при ультразвуковом экстрагировании имеет определение оптимальных параметров процесса, интенсификация и экспозиция озвучивания, выбор экстрагента, удельная нагрузка (соотношение сырья и экстрагента) Особое внимание уделяется степени перемешивания материала, которое осуществляется путем подведения частиц к излучающей поверлности, числу экстракторов и их расположению. От этого зависит скорость процесса, которая может составлять 1,5-2 мин. При экстрагировании с помощью ультразвука рекомендуется поддерживать температуру не выше- 30-60°С, во избежании образования пузырьков воздуха, рассеивающих ультразвуковые волны. В качестве экстрагента рекомендуется этанольно-водные смеси с высокой концентрацией этанола, который способен ингибировать окислительно-восстановительные реакции, возникающие в ультразвуковом поле. В качестве средств, задерживающих кавитацию и связанные с ней деструктивные изменения действующих веществ, предлагается в обрабатываемую среду добавлять ПАВ.

Рис. 14.10. Устройство электроплазмолизатора импульсного

Для большинства видов лекарственного растительного сырья наиболее рациональной является интенсивность УЗ в пределах 1,5-2,3 Вт/см² и минимальное время озвучивания.

Экстрагирование с помощью электрических разрядов. Ускорение процесса экстрагирования лекарственного сырья может быть достигнуто применением электроимцульсивных разрядов в специальной установке (рис. 14.10).

Внутри экстрактора с обрабатываемым материалом помещают электроды, к которым поступает импульсивный ток высокой или ультравысокой частоты. Под воздействием электрического разряда в экстрагируемой смеси возникают ударные волны, создающие высокое импульсивное давление. Происходит интенсивное перемешивание обрабатываемой смеси, истончается или полностью исчезает диффузионный пристенный слой и возрастает коэффициент конвективной диффузии. Возникновение ударных волн способствует проникновению экстрагента внутрь клетки. Создаются условия для быстрого протекания внутриклеточной диффузии. В результате искрового разряда в жидкости образуются плазменные каверны, расширяясь, они достигают максимального объема и захлопываются. При этом за короткий промежуток времени в малом пространстве выделяется большое количество энергии и происходит микровзрыв, разрывающий клеточные структуры растительного материала. Процесс ускоряется за счет вымывания экстрактивных веществ из разрушенных клеток. Кроме того, образовавшиеся полости за время своего существования постоянно пульсируют, вызывая увеличение скорости движения жидкости около частиц сырья и ускоряя процесс экстрагирования за счет увеличения коэффициента конвективной диффузии.

Большое значение при воздействии на сырье электрического тока имеет мощность и длительность электрического импульса. На процесс экстрагирования оказывает влияние и число разрядов в единицу времени.

Импульсивная обработка материала с помощью высоковольтных разрядов имеет ряд преимуществ и достоинств, заключающихся в том, что электрическая энергия непосредственно преобразуется в энергию колебательного движения жидкости. Возникающие в жидкости акустические, колебания широкого спектра частот и амплитуд значительно сокращают время процесса экстрагирования и повышают выход биологически активных веществ.

14.2.8. Экстрагирование с использованием электроплазмолиза и электродиализа

Электроплазмолиз - обработка сырья электрическим током низкой и высокой частоты. Электроплазмолиз перспективен при получении препаратов из свежего растительного и животного сырья. Сущность метода заключается в разрушающем воздействии тока на белково-липоидные мембраны растительных тканей с сохранением целостности клеточных оболочек. При этом увеличивается выход сока, обогащенного действующими веществами и содержащего лишь небольшое количество сопутствующих веществ. Процесс проводят в специальных устройствах - электроплаз-мол изаторах, снабженных подвижными и неподвижными электродами.

Электроплазмолизатор с подвижными электродами системы Флауменбаума - Яблочкина имеет два горизонтальных вальца - электрода, вращающихся навстречу друг другу, на которые подается электрический ток от сети, напряжением 220 В. Свежее сырье поступает на вальцы из бункера, сок собирается в приемник. Его выход увеличивается на 20-25% по сравнению с использованием традиционных методов.

Аппаратом с неподвижными электродами является электроплазмолизер импульсный, представляющий собой камеру с перфорированным дном и подвижной крышкой, которая опускаясь отжимает лекарственное сырье. Электроды монтируются непосредственно в камере у боковых стенок, подача тока высокого напряжения осуществляется импульсами через несколько минут после прессования сырья опусканием подвижной крышки. Время обработки сырья электрическим током составляет доли секунды.

Рис. 14.11. Устройство установки для экстрагирования алкалоидов.

1 - экстрактор; 2 - перфорированное ложное дно (катод), 3 - фильтровальный материал. 4 - стальная пластина с анодами

Ускорение процесса экстрагирования растительного и животного сырья может быть достигнуто при обработке его по принципу электродиализа. Движущей силой процесса в данном случае является разность концентраций экстрагируемых веществ по обе стороны полупроницаемой перегородки, роль которой в материале, имеющем клеточную структуру, выполняют оболочки клеток. Под действием электрического тока изменяются электрические потенциалы поверхности материала, улучшается его смачиваемость, ускоряется движение ионов биологически активных веществ в полости клеток и в капиллярах клеточных оболочек.

Вследствие этого увеличивается коэффициент внутренней диффузии.

Степень интенсификации процесса в электрическом поле можно проследить на примере получения алка-лоидон из семян и плодов дурмана индейского. Экстрагирование проводят в аппарате, изготовленном из электронепроводящего материала (дерева, пластика) с коническим днищем из нержавеющей стали, над которым помещается стальная перфорированная пластина, служащая катодом (рис. 14 11). На пластину, покрытую фильтрующим материалом, загружается предварительно замоченное сырье, па которое опускается крышка или рама, обтянутая полотном, с вмонтированными графитными анодами. Электроды присоединяются к источнику постоянного тока (15 А, плотность на катоде 0,6 А/м², напряжение 0,8 В/см) При непрерывном поступлении экстрагента на получение готового продукта затрачивается в два раза меньше времени по сравнению с другими методами экстрагирования Выход алкалоидов возрастает почти на 20%

14.2.9. Экстрагирование сжиженным углерода диоксидом

Экстрагирование сжиженным углерода диоксидом проводится в установках, имеющих экстрактор, испаритель и камеры для предварительной обработки сырья и удаления остатков растворителя из шрота. Установка снабжена конвейером, передающим контейнеры с сырьем из одной камеры в другую, снизу вверх.

Растительный материал, загруженный в контейнер, представляющий собой сетчатую емкость, поступает сначала в камеру для замачивания сжиженным газом под давлением 5,8-6,0 Н/м², который подается из сборников, расположенных в верхней части установки. Стадия пропитки проходит при температуре 18-25°С в течение нескольких минут. Затем оно передается в камеру измельчения с пониженным давлением В результате разности давлений внутри твердого материала и на поверхности происходит взрыв, разрывающий его па мелкие куски. Этому способствует также образование кристалликов льда в порах и трещинах экстрагируемого сырья из паров воды и углерода диоксида. Далее сырье поступает в экстрактор, а на него сверху с помощью насоса подается сжиженный углерода диоксид. Экстрагирование идет по принципу противотока. Полученное извлечение направляется на фильтры и далее в теплообменник, где происходит сбор очищенной вытяжки и удаление паров углерода диоксида, которые поступают в конденсатор на сжижение. Шрот поднимается в следующую камеру, обогреваемую паром через паровую рубашку, для удаления паров углерода диоксида из отработанного сырья, которые также попадают в конденсатор для сжижения. В него же отводятся пары из испарителя. Сжиженный углерода диоксид вновь поступает в производство. По выходе из камеры контейнеры с отработанным сырьем разгружаются.

Многие экстракты, полученные с использованием сжиженного углерода диоксида, отличаются более высоким содержанием биологически активных веществ, устойчивостью при хранении, устойчивостью к микробной контаминации. Особенно это относится к сырью, содержащему полифепольпые соединения, алкалоиды и гликозиды.

14.3. НАСТОЙКИ

Настойки (от лат. tincturae - погружать, мочить, красить) - это спиртовые извлечения из лекарственного растительного сырья, получаемые без нагревания и удаления экстрагента. Они представляют собой прозрачные окрашенные жидкости, обладающие вкусом и запахом растений, из которых их готовят. Настойки- старейшая лекарственная форма, введенная в медицинскую практику Парацельсом (1495-1541), не утратившая своего значения до настоящего времени, является официнальной по ГФ XI.

Настойки делят на простые, приготовленные из одного вида сырья, и сложные - приготовленные из различных видов сырья, иногда с добавлением лекарственных веществ. Для их получения используют главным образом высушенный растительный материал, в некоторых случаях - свежее сырье,

Настойки получают методами: мацерации, мацерации с использованием турбоэкстракции, циркуляции экстрагента, дробной мацерации, перколяции, растворением густых и сухих экстрактов. В качестве экстрагейта применяют этанол в концентрации от 40 до 95%. Для настоек принято массообъемное соотношение между сырьем и готовым продуктом. Обычно из 1 части по массе несильнодействующего растительного сырья получают 5 объемных частей готового продукта (1:5), а из одной части сильнодействующего - 10 объемных частей (1:10). В отдельных случаях настойки готовят 1:10 из сырья, не содержащего сильнодействующих веществ (настойка арники, боярышника, календулы) и в других соотношениях.

14.3.1. Технология настоек

Получение настоек состоит из следующих стадий: подготовка лекарственного растительного сырья и экстрагента, экстрагирование лекарственных веществ из растительного материала (растворение густых или сухих экстрактов), очистка извлечения, стандартизация готового продукта.

Подготовка растительного материала заключается в подсушивании, измельчении и освобождении от пыли. Экстрагент готовят разведением крепкого этанола водой до нужной концентрации.

При получении настоек методом мацерации растительный материал истощается неполностью, особенно, когда объем экстрагента ограничен, поэтому в настоящее время предложены различные, более совершенные его модификации. Наряду с ним часто используют метод перколяции. Растворением сухих экстрактов получают лишь отдельные настойки (например, чилибухи), растворением густого экстракта солодки- грудной эликсир.

Настойки по степени очистки являются одними из самых несовершенных препаратов. Очистка настоек заключается в отстаивании полученного извлечения в течение нескольких дней при температуре не выше 8°С. В период отстаивания коагулируют и выпадают в осадок многие высокомолекулярные соединения, различные механические включения. Отстоявшуюся вытяжку сливают и фильтруют через друк- или пресс-фильтры, нутч-фильтры использовать не следует из-за возможной потери экстрагента.

Стандартизацию настоек проводят по этанолу, содержанию действующих или экстрактивных веществ, регламентируют тяжелые металлы (не более 0,001%)

Качество настоек, содержащих сердечные гликозиды или горькие вещества, определяют биологическими методами. Если количество действующих веществ в настойках выше установленного предела или большей биологической активности, их разбавляют добавлением чистого экстрагента или более слабой настойкой. При содержании действующих веществ ниже нормы, укрепляют добавлением более концентрированной настойки.

Содержание этанола устанавливают по температуре кипения или методом дистилляции с последующим определением плотности отгона пикнометром (ГФ XI).

Для примера приводим состав и технологию нескольких настоек, требующих особых технологических приемов.

Настойки мяты перечной (Tinetura Menthae piperitae). Состав: листьев мяты 50,0 г, масла мяты 50,0 г, этанола 90% до 1000 мл.

Настойку готовят методом дробной мацерации. Получают 950 мл извлечения, в котором растворяют 50,0 г масла мяты и доводят до объема 1 л 90% этанолом.

Настойка горькая (Tinetura amara). С о-с т а в: травы золототысячника 60,0 г, листьев трифоли 60,0 г, корневищ аира 30,0 г, травы полыни горькой 30,0 г, кожуры мандарина 15,0 г, этанола 40% до 1000 мл.

Особенность приготовления настойки заключается в подготовке растительного материала - измельчение каждого вида сырья в отдельности и получение однородной смеси, которую экстрагируют в экстракторе методом перколяции.

Эликсир грудной (Elixir pectoralae) или лакричный (Elixir cum extracta Glycyrrhizae) изготавливают растворением экстракта солодки густого или сухого в воде аммиачной (в течение 2 сут), с последующим добавлением раствора эфирного масла анисового в 90% этаноле.

14.3.2. Хранение настоек

Настойки хранят в хорошо закрытых бутылях, в защищенном от света месте. На свету многие настойки меняют цвет - светлеют в результате проходящих в них окислительно-восстановительных процессов, активируемых прямыми солнечными лучами Хранят их при температуре 15°С, но не ниже 8°С, во избежании отстаивания извлечений (образование осадков). С течением времени осадки могут появиться и при соблюдении правил хранения - настойки «стареют». Это связано с изменением растворимости биологически активных веществ и образованием нерастворимых соединений, в результате взаимодействия присутствующих в настойках веществ. На образование осадков, кроме кислорода воздуха и света, оказывает влияние наличие ферментов, температурный режим отстаивания и т. д. В осадке могут содержаться сахара, дубильные вещества, органические кислоты пигменты, следы алкалоидов, гликозидов и другие вещества. Настойки с осадком отфильтровывают и вновь стандартизуют В случае соответствия числовых показателей требованиям ГОСТа их разрешают применять.

Настойки широко используются в медицинской практике для приема внутрь и как наружные средства.

14.4. ЭКСТРАКТЫ

Экстракты (от лат. extractum- вытяжка, извлекать, вытягивать) - это концентрированные вытяжки из лекарственного растительного сырья, известны за несколько тысячелетий до нашей эры. В зависимости от применяемого экстрагента их делят на 4 группы: водные (extracta aquosa), спиртовые (extracta spirituosa), эфирные (extracta aetherea), масляные (extracta oleosa). Кроме того, применяют экстракты стандартизированные - концентраты для приготовления настоев и отваров.

По консистенции различают экстракты: жидкие (extracta fluida), густые (extracta spissa), сухие (extracta sicca).

Жидкие экстракты представляют собой подвижные концентрированные водно-этанольные извлечения из лекарственного растительного сырья; густые - вязкие массы, содержащие не более 25% влаги; сухие экстракты - сыпучие или пористые, губчатые массы, содержащие до 5% влаги.

Технология экстрактов включает следующие ста дин^- экстрагирование лекарственного растительного сырья, очистка полученного извлечения, выпаривание, сушка, стандартизация.

Исходное сырье для получения экстрактов должно отвечать требованиям научно-технической документации (быть свежевысушенным, иметь определенную степень измельчения и т д.)

Процесс получения экстрактов связан с правильным выбором экстрагента, который в значительной степени определяет метод экстрагирования. В качестве экстрагентов используют воду, этанол различной концентрации, органические растворители, растительные и минеральные масла.

Экстракты получают методами дробной мацерации, в различных модификациях, перколяции, реперколя-ции, противоточного и циркуляционного экстрагирования и т. д.

Водные экстракты. По консистенции водные экстракты могут быть густыми и сухими. Номенклатура их весьма ограничена. В настоящее время готовят экстракт корня солодкового густой - Extractum Gly-cyrrhizae spissum, экстракт корня солодкового сухой -- Extractum Glycyrrhizae siccum, экстракт одуванчика густой - Extractum Taraxaci spissum, экстракт трилистника водяного густой - Extractum Мс-nyanthidis spissum, экстракт полыни горькой густой Extractum Absinthii spissum.

Экстракты одуванчика и трилистника водяного получают бисмацерацией, солодки - бисмацерацпей и противоточной экстракцией, полыни горькой - перколяцией и дробной мацерацией с циркуляцией экстрагента. Экстрагирование корней одуванчика и травы полыни горькой проводят водой, содержащей 0,5% хлороформа в качестве консервирующего вещества, а травы полыни горькой методом дробной мацерации. При получении экстракта корней солодки методом бисмацерации используют 0,25% водный раствор аммиака, что вызвано необходимостью перевода плохо растворимой в холодной воде кислоты глицирризиновой в хорошо растворимую аммониевую соль. Экстрагирование корня солодки методом противотока проводится в обогреваемой горячей водой батарее экстракторов. В качестве экстрагента при производстве экстракта трилистника водяного используют кипящую воду с целью инактивации ферментов и обеспечения полноты извлечения основного действующего вещества - глпкозида - мениантина.

Водные извлечения подвергают очистке от сопутствующих веществ, различных ВМС (слизей, пектинов, крахмала, Сахаров и др.), которые способствуют быстрому размножению микроорганизмов в извлечении.

Одним из способов очистки является термическая обработка вытяжки кипячением в течение определенного времени с последующим настаиванием с адсорбирующими веществами (экстракт корня солодки). Очищают вытяжки и настаиванием с адсорбирующими веществами при комнатной температуре в течение нескольких суток (экстракты одуванчика, трилистника водяного) В качестве адсорбентов используют тальк, каолин, бентонит и другие вещества. Применяется спиртоочистка, которая заключается в обработке упаренной до сиропообразной консистенции водной сллтяжки этанолом в концентрации не ниже 60% Под действием сильных дегидратирующих свойств этанола исчезает защитный гидратный слой полимеров, в результате чего происходит их коагуляция и выпадение в осадок.

После отстаивания в хорошо закрытой емкости в течение нескольких суток при температуре не выше 8°С вытяжку сливают и фильтруют через нутч-фильтр (экстракт полыни горькой, получаемый перко-ляцией).

Очищенные водные вытяжки сгущают в вакуум-выпарной аппаратуре при температуре 50-60°С. При получении экстракта полыни горькой методом дробной мацерации применяют особый технологический прием: первый слив сразу упаривают в вакуум-выпарном аппарате до консистенции густого экстракта, два последующих - до '/₃ первоначального объема и после центрифугирования снова упаривают. Все сгущенные вытяжки объединяют.

При производстве сухого экстракта корня солодки упаренные вытяжки подвергают сушке в вакуум-вальцовых сушилках и массу измельчают в шаровых мельницах.

Стандартизуют густые экстракты по содержанию влаги, тяжелых металлов (допустимое количество - не более 0,01%) В экстракте корня солодки определяют количество кислоты глицерризиновой. В густом экстракте должно быть не менее 14%, в сухом - не менее 17%.

Водные экстракты применяют в качестве наполнителей при изготовлении пилюль, экстракты корня солодки также для изготовления сиропа и эликсира лакричного. Экстракт травы полыни горькой используют как горечь для возбуждения аппетита и усиления деятельности пищеварительных органов.

Спиртовые экстракты. Спиртовые экстракты по консистенции могут быть жидкими, густыми и сухими Для получения спиртовых экстрактов используют методы перколяции, реперколяции, дробной мацерации по принципу противотока и противоточного экстрагирования. В качестве экстрагента при получении жид ких экстрактов применяют этанол в концентрации от 30 до 90%, чаще 70%, в производстве густых и сухих экстрактов - также спирты амиловый, про-пиловый, иногда метиловый, которые в процессе производства готового продукта полностью удаляются. При получении густых экстрактов предпочитают использование этанола. Для полного истощения растительного материала при перколировании требуется 7-9-кратное количество экстрагента.

Жидкий экстракт 1: ( означает, что в одной объем ной части готового продукта содержится столько же действующих веществ, сколько в единице массы растительного сырья. На фармацевтических предприятиях экстракт готовят по массе, т е. из единицы массы сырья получают единицу массы готового продукта. Наиболее предпочтительным методом получения жидких экстрактов является противоточный, исключающий стадию упаривания извлечения.

Очистка жидких экстрактов как аналогов настоек осуществляется длительным отстаиванием при температуре не выше 8°С в хорошо закрытых емкостях, с последующим фильтрованием осветленной жидкости через пресс-фильтр.

Очистка вытяжек для густых и сухих экстрактов проводится различными способами: аналогично водным извлечениям - кипячением с добавлением адсорбирующих веществ или без них, если экстрагирование проводилось слабым этанолом (20-40%) и в вытяжках много ВМС (водорастворимых белков, Сахаров, ферментов); обработкой крепким этанолом, путем замены растворителя - к упаренной вытяжке добавлнют воду Растворимые в этаноле побочные продукты (хлорофилл, смолистые вещества и некоторые другие) выпадают в осадок. Вытяжку отстаивают, фильтруют или центрифугируют и затем упаривают до нужной концентрации

Стандартизуют жидкие экстракты по содержанию этанола, определение которого проводят дистилляционным методом, приведенным в ГФ XI действующих веществ, сухому остатку, плотности Густые и сухие экстракты стандартизуют по содержанию влаги и действующих веществ. Экстракты, не соответствующие требованиям НТД по содержанию действующих веществ доводят до стандарта смешиванием с одноименным экстрактом или (при необходимости) разбавляют каким-либо индифферентным веществом густые экстракты декстрином, сахаром свекловичным, патокой; сухие - сахаром молочным, глюкозой и т. д.

Жидкие экстракты получили наиболее широкое применение в медицине. Они имеют ряд преимуществ, их легко и быстро дозировать пипеткой или бюреткой; производство жидких экстрактов более простое; полученное извлечение или концентрированная часть его (в зависимости от способа экстрагирования) не подвергаются тепловой обработке, что в большей степени обеспечивает нативность действующих веществ Густые экстракты быстро подвергаются разложению под действием микроорганизмов, их трудно дозировать (отвешивать)

Сухие экстракты большей частью гигроскопичны Многие из них отсыревают в процессе производства и во время хранения Достаточно 1-2 раза открыть банку с сухим экстрактом, как он набирает влагу, сбивается в комки прилипает к стенкам, дозировать его невозможно

В связи с этим проводится поиск методов устранения их гигроскопичности. Установлено что этанол разной концентрации существенно влияет на гигроскопичность экстрактов, следовательно, необходимо подбирать такой экстрагент который не извлекал бы гигроскопичные побочные вещества. По этой же причине обращается внимание на подбор наполнителей при разбавлении экстрактов

Эфирный экстракт Получают один эфирный экс тракт густой из корневищ папоротника мужского Extractum Filicis maris aethereum Используют метод циркуляционного экстрагирования в аппарате «Сок-слет». В качестве экстрагента, кроме эфира этилового, могут применяться другие органические растворители, в частности, неогнеопасные - дихлорэтан и углерод четырххлористый. Готовое извлечение собирается в испарителе аппарата, органический растворитель полностью отгоняется под вакуумом. Экстракт стандартизируется по содержанию действующего вещества - филицина, представляющего собой гидрофобный комплекс фенол ьных соединений. Сырого филицина в экстракте должно быть в пределах 25-28%. При большем содержании филицина экстракт разбавляют маслом подсолнечным, парафином жидким или экстрактом с меньшим содержанием филицина. Экстракт с меньшим содержанием филицина укрепляют путем смешивания с более концентрированным.

Хранить экстракт следует в хорошо укупоренной таре, в защищенном от света месте, по списку Б При хранении экстракт может загустеть, а филицин - выкристаллизоваться. В этом случае перед употреблением препарат следует разогреть на водяной бане и перемешать. Применяют в сочетании с солевым слабительным против ленточных глистов.

Масляные экстракты. Масляные экстракты (медицинские масла) - это извлечения из лекарственного растительного сырья, приготовленные с использованием растительных или минеральных масел.

В настоящее время в медицинской практике применяют масляные экстракты из листьев белены (масло беленное), травы зверобоя, плодов шиповника (масло шиповника) и облепихи (масло облепиховое).

Экстрагирование растительного материала проводится методом мацерации подогретыми до температуры 60-70° маслами, а также методом противоточ-ного экстрагирования - 70% этанолом или другими органическими растворителями.

Получение беленного масла (Oleum Hyoscyami) методом мацерации заключается в обработке стандартного сырья листьев белены аммиачно-этанольным раствором. 100,0 г листьев белены с содержанием не менее 0,05% алкалоидов смачивают смесью, состоящей из 75 мл 95% этанола и 3 мл 10% раствора аммиака, настаивают при комнатной температуре в течение 12 ч. Содержащиеся в листьях малорастворимые в масле соли алкалоидов переходят в хорошо растворимые основания. Затем в обработанную массу добавляют масло подсолнечное и безводный натрия сульфат. Смесь нагревают в варочном котле до температуры 50-60 ^СС при постоянном перемешивании (до удаления этанола и аммиака). Полученную вытяжку процеживают через марлю, сырье отжимают на прессе и вытяжки объединяют. Очищают отстаиванием в течение 48 ч при температуре 8°С и повторно процеживают через двойной слой марли. Метод недостаточно эффективен, в материале остается значительное количество алкалоидов.

При получении масла беленного методом противо-точного экстрагирования в качестве экстрагента используют смесь 70% этанола с 10% раствором аммиака. Экстрагирование проводят до полного истощения сырья. Процеженную и отфильтрованную вытяжку смешивают с равным количеством растительного масла (подсолнечного или хлопкового) и переносят в вакуум-выпарной аппарат. Отгонку этанола проводят без вакуума, а затем при разрежении (79993,2-86659,3 Н/м*) и температуре 80-85°С отгоняют воду. К полученному экстракту добавляют недостающее количество растительного масла, тщательно перемешивают, дают отстояться в течение 4-5 сут, после чего прозрачный слой масла декантируют, а мутный слой фильтруют через нутч-фильтр. Обе порции экстракта объединяют и определяют выход и подлинность препарата, Масло белены разливают в стеклянные бутыли по 15-18 кг. Хранят в прохладном месте.

Масляный экстракт травы зверобоя (Extractum Hyperici oleosum) получают методом мацерации с 10-кратным количеством растительного или минерального масла при нагревании. Полученное извлечение фильтруют и определяют наличие производных антрацена.

При получении масляного экстракта из плодов шиповника (Extractum Rosae oleosum) используют отходы производства после получения витамина С и Р Сухой жом мякоти плодов шиповника, очищенный от семян, настаивают с растительным маслом при температуре 60-70°С- Кроме подсолнечного масла, можно использовать соевое и др. Полученное извлечение фильтруют. Экстрагирование сырья проводят также путем противоточного процесса органическими растворителями - дихлорэтаном или метиленом хлористым. Экстрагент полностью удаляют из вытяжки, а оставшуюся массу растворяют в растительном мае ле. Препарат стандартизуют по содержанию кароти-ноидов, которых должно быть не менее 1,2 г/л.

Масло шиповника (Oleum Rosae) получают из семян, экстрагирование которого осуществляют органическими растворителями в аппарате «Сокслет», с последующим удалением растворителя отгонкой под вакуумом.

В масле регламентируется содержание а- и (З-токо-феролов (не менее 0,4 г/л) и каротиноидов (не менее 0,5 г/л). Кислотное число должно быть не более 5,5.

Масло облепихи (Oleum Hfppophaeae) В настоящее время используются два способа обработки сырья. По первому способу масло получают из сухого жома плодов облепихи после отделения из них сока. Экстрагирование масла проводят методом противотока в батарее экстракторов, снабженных паровыми рубашками, обогреваемыми горячей водой. Сухой жом в мешках из белтинга или другой фильтрующей ткани загружают в предварительно нагретые экстракторы. В первом экстракторе сырье настаивают С горячим маслом подсолнечным (60-65°С) в течение 1,5 ч, после чего вытяжка из первого экстрактора передается на сырье во второй экстрактор, а в первый поступает чистый экстрагент и т д. Готовый продукт получают из последнего экстрактора и в это время первый экстрактор отключают Из него сливают отработанное масло подсолнечное, называемое «концевое» и выгружают шрот. В первый экстрактор загружают новую порцию сырья, на которое поступает вытяжка из последнего экстрактора, а свежий экстрагент подают на сырье во второй экстрактор. Следующую порцию готового продукта получают теперь из первого экстрактора и т д. Каждый раз количество готового продукта, так называемого «диффузионного» масла, должно соответствовать массе сырья в экстракторе. Вытяжки объединяют и стандартизируют по содержанию каротина и каротиноидов, которых должно быть не менее 0,18%, токоферолов не менее 0,11%. Нормируется содержание свободных жирных кислот Кислотное число должно быть не более 14,5. Если масло не отвечает требованиям стандарта, например, содержит больше действующих веществ, то в него добавляют «концевые масла», т е проводят купаж.

После этого масла подвергают очистке фильтрованием.

По второму способу в качестве сырья используют мякоть плодов облепихи без семян или отдельно семена. Обработка того и другого сырья осуществляется применением метода циркуляционного экстрагирования с использованием метилена хлористого при температуре около 40°С. Органический экстрагент отгоняется полностью в вакуум-выпарном аппарате в среде углерода диоксида при добавлении в извлечение небольшого количества воды. Готовый продукт стандартизируют по тем же показателям, которые указаны выше Метод дает возможность увеличить выход масла с повышенным содержанием кароти-ноидов и меньшим количеством свободных жирных кислот

Экстракты стандартизованные - концентраты для приготовления настоев и отваров. Это особая группа жидких и сухих экстрактов, предназначенная для быстрого приготовления настоев и отваров в условиях аптечного производства.

Жидкие экстракты готовят в соотношении 1:2, сухие -1:1 из стандартного растительного сырья, т. е. из единицы массы растительного материала получают две объемные части жидкого или единицу массы сухого экстракта. В качестве экстрагента используют этанол в концентрации от 20 до 40%, чтобы приблизить экстракты по составу экстрагируемых веществ к водным извлечениям. Применение этанола в концентрации менее 20% невозможно, так как не обеспечивает антибактериальную стабильность препарата.

Технология стандартизованных экстрактов предусматривает те же стадии, что и общая схема получения экстрактов, а именно: экстрагирование лекарственного растительного сырья, очистка извлечения, выпаривание и сушка[2], стандартизация.

Экстрагирование лекарственного растительного сырья проводится до максимального истощения материала методами перколяции, протнвоточного экстрагирования, дробной мацерации по принципу противотока. Очистка вытяжек сводится к отстаиванию и фильтрованию отстоявшегося извлечения. Жидкие экстракты для настоев и отваров получают, как правило, без управления вытяжки. Извлечение для приготовления сухих экстрактов упаривают и сушат под вакуумом при температуре не выше 50-60 ^йС, сухую массу измельчают в шаровой мельнице. Для высушивания вытяжки применяют также лиофилыгую (распылительную) сушку

Стандартизуют экстракты для настоев и отваров по содержанию действующих веществ или биологической активности, жидкие экстракты -по сухому остатку и содержанию этанола, сухие по содержанию влаги. В качестве разбавителей жидких экстрактов применяется этанол; наполнителями для сухих экстрактов служат лактоза и декстрин.

В отличие от обычных сухих экстрактов, стандартизованные содержат действующие вещества в количестве, равном их содержанию в исходном лекарственном сырье

14.5. РЕКУПЕРАЦИЯ И РЕКТИФИКАЦИЯ

Рекуперация (от лат. recuperatio - возвращение, получение вновь) - технологический прием, осуществляемый с целью возвращения в производство части ценных растворителей из отработанного сырья, конденсатов и т. д.

При получении экстракционных препаратов из растительного или животного сырья в качестве экстрагента широко используется этанол, большое количест во которого остается в материале после извлечения Во избежание потерь этанола, для снижения себестоимости готовой продукции и обеспечения рентабельности производства проводят частичную или полную его рекуперацию.

Частичная рекуперация этанола. Она сводится к отгонке этанола с водяным паром или вытеснению его водой, объем которой должен быть 3-5-кратным по отношению к массе сырья. Рекуперация проводится в экстракторах, перколяторах или других емкостях, где материал настаивается в течение 2-3ч, после чего промывные воды медленно сливают Рекуперат содержит 6- 10% этанола и различные красящие вещества, придающие ему темный цвет.

Отгонка с водяным паром проводится в экстракторах с паровой рубашкой или в специальных установках, работающих при атмосферном давлении. Установка состоит из перегонного куба с ложным дном и паровой рубашкой. Через «хобот» куб соединен с холодильником (конденсатором). Загрузка и выгрузка шрота осуществляется через люки, расположенные в крышке и нижней части аппарата. Шрот поступает на ложное дно перегонного куба, под которым проложен барботер для подачи острого пара. Обогрев куба начинается с поступления пара в паровую рубашку и длится до 6 ч, пока материал полностью не прогреется. Затем через барботер подается острый пар, который равномерно проходит через всю толщу сырья и увлекает этанол. Дистиллят собирают в приемник. Рекуператы бесцветны, содержат от 20 до 25% этанола, имеют определенный запах за счет летучих компонентов, увлекаемых из сырья водяным паром, в результате чего применение их ограничено. После укрепления рекуператы могут быть использованы для экстрагирования сырья того же вида.

Для очистки и укрепления этанольных рекуператов в производстве широко используют ректификацию (полную рекуперацию).

Ректификация (от лат. rectificatio - исправление, очистка) заключается в разделении смеси взаимо-смешивающихся жидкостей с разной температурой кипения на индивидуальные компоненты, в системах, содержащих азеатропы - на азеатропную смесь и один из компонентов.

В широком смысле перегонка представляет собой процесс, осуществляемый однократно или многократно, включающий частичные испарения разделяемой смеси с последующей конденсацией образующихся паров. Разделение смеси летучих жидкостей, имеющих разную температуру кипения, на фракции путем однократной простой перегонки неполное. Так как температура кипения отдельных компонентов смеси разная, состав пара над кипящей жидкостью отличается от ее состава. Пар содержит больше легколетучего (низкокипящего) компонента, чем жидкость, из которой он образуется.

При кипячении рекуперата (этанольно-водной смеси) пар обогащается этанолом как низкокипяшим компонентом. Сконденсированный пар - дистиллят представляет собой более концентрированный этанол по сравнению с исходной этанольно-водкой смесью.

Рис. 14.12. Диаграмма состав - свойства.

 Объяснение тексте

В процессе перегонки состав рекуперата и паровой фазы постепенно меняется. По мере испарения низко-кипящего компонента (этанола) из рекуперата, температура его непрерывно растет, пар все больше обогащается высококипящим компонентом (парами воды), а содержание низкокипящего компонента - уменьшается. Дальнейшая перегонка теряет смысл, так как концентрация этанола в получаемом дистилляте начинает уменьшаться. Для более полного разделения смеси летучих жидкостей применяют многократную перегонку - ректификацию, осуществляемую путем противоточного взаимодействия паров, образующихся при перегонке жидкости, и флегмы, получающейся при конденсации паров. Процессы испарения и конденсации повторяются многократно и сопровождаются массо- и теплообменом,

Процесс ректификации можно проследить на диаграмме «Состав - свойства», представляющей зависимость температур кипения и конденсации от состава жидкости и пара (t -X-Y) (рис. 14.12).

Диаграмма выражена двумя кривыми, соединенными между собой в двух точках. Точка А - температура кипения воды (100°С при 101324,72 Н/м²)

Точка D - температура кипения азеотроплой смеси (жидкая фаза находится в равновесном состоянии с паровой фазой того же состава). Нижняя кривая - линия кипения, верхняя - линия конденсации. Пространство под нижней кривой представляет область жидкости, выше верхней - пара. Между линиями кипения и конденсации существует двухфазная область жидкости и пара. По диаграмме можно определить температуру кипения этамольно-водной смеси любого состава. Для этого необходимо провес г и вертикаль до пересечения с линией кипения и затем спроектировать точку на ось ординат Можно также найти состав пара какой-либо смеси, для чего на оси абсцисс откладывают ее состав и из данной точки проводят вертикаль до пересечения с линией кипения и далее из точки пересечения - горизонталь до линии конденсации. Абсцисса найденной точки пересечения выражает искомый состав пара.

На диаграмме видно, что температура кипения смеси ниже температуры кипения чистого высоко-кипящего компонента и выше - чистого низкокипящего. По мере увеличения в смеси низкокипящего компонента температура ее кипения понижается. Абсциссы линий конденсации больше абсцисс линии кипения при тех же ординатах, т. е. жидкая и паровая фазы, находящиеся в равновесном состоянии, имеют различный состав. При частичной конденсации паровой фазы образующийся дистиллят имеет температуру кипения выше температуры конденсации пара.

Линия С-C₁, на которой расположены точки, показывает различную степень конденсации паров от 0 в точке С до полной - 100% в точке С₁,

Нагревая исходную смесь состава Х₁ до температуры кипения t₁, получим находящийся в равновесии с жидкостью пар состава Х₃, обогащенный низкокипящим компонентом (этанолом). При частичной конденсации этого пара В- B₁ в дистиллят переходит больше высококипящего компонента, а в паровой фазе остается больше низкокипящего, но температура кипения полученного дистиллята будет ниже температуры кипения исходной смеси. При дальнейшей частичной конденсации пара, обогащенного низкокипящим компонентом, образующийся дистиллят будет иметь еще более низкую температуру кипения (t₃), чем предыдущий, а образующийся пар обогатится низкокипящим компонентом и т.д. до образования нераздельно кипящей смеси (азеотропа).

Процесс ректификации может протекать при атмосферном давлении, разрежении для разделения высо-кокипящих смесей и под давлением выше атмосферного дня смесей, которые при более низких величинах давления находятся в газообразном состоянии.

Рис. 14.13. Устройство посадочной ректификационной колонны.

1 - дефлегчатор. 2 - иагальи. 3 - концевой холодильник

Ректификационные установки. Процесс ректификации проводят в установках, которые состоят из ректификационной колонны, перегонного куба, дефлегматора, конденсатора-холодильника и сборника дистиллята. Ректификационная колонна представляет собой цилиндрический аппарат высотой от 15 до 30 м и диаметром от 1 до 6 м. В зависимости от внутреннего устройства ректификационные колонны делят на насадочные (рис. 14.13) и барботажные, имеющие ситчатые (рис. 14.14) или колпачковые (рис. 14.15) тарелки. Назначение внутреннего устройства - обеспечить наиболее тесный контакт паров, поднимающихся снизу, с жидкой фазой, стекающей по колонне сверху вниз.

Дефлегматор (кожухо-трубный теплообменник) предназначен для полной или частичной конденсации паров (при охлаждении водой, имеющей температуру 60-80°С). Холодильник представляет собой концевой конденсатор, в котором происходит охлаждение дистиллята и конденсация паров, прошедших через дефлегматор и оставшихся в парообразном состоянии. Рекуперат поступает в перегонный куб, обогреваемый глухим паром, и доводится до кипения. Образующиеся пары поднимаются вверх-, попадают в ректификационную колонну и далее в дефлегматор, откуда в виде конденсата, так называемой флегмы, возвращаются в верхнюю часть колонны.

Насадочные колонны представляют собой цилиндрические аппараты. Для создания большей поверхности фазового контакта и интенсивности перемешивания жидкой и паровой фаз в них загружают насадку - твердые тела различной формы: шары, кольца, тонкостенные цилиндры, изготовленные из керамики, фарфора, стали. Насадки засыпают беспорядочно или правильными рядами в виде отдельных слоев, высотой от 1,5 до 3,0 м, между которыми устанавливают направляющие конусы. В зависимости от режима движения жидкости и пара насадочные колонны могут работать с различной эффективностью. В первом случае, когда поток пара является сплошным, а жидкость стекает по насадке тонкой пленкой, соприкосновение фаз определяется величиной поверхности насадки. Если движение пара ускоряется за счет барбо-тирования через жидкость, контакт между фазами возрастает, что приводит к интенсификации процесса массообмена. При эмульгировании жидкость заполняет весь объем насадки, не занятый паром, и становится дисперсионной средой, а пар - дисперсной фазой, распределенной в жидкости, что еще больше увеличивает степень разделения смеси.

Барботажные колонны имеют ряд горизонтальных перегородок - тарелок. Режим их работы несколько отличается от насадочных колонн Пар распределяется в жидкости в виде пузырьков и струй, образуя большую поверхность контакта.

Ситчатые тарелки имеют отверстия диаметром 2-5 мм, через которые проходит пар. Он барботирует через слой жидкости на тарелке высотой 25-30 мм, который поддерживается положением верхних концов переливных трубок, а снизу - давлением пара. Жидкость перетекает на следующую тарелку только по переливным трубкам. Взаимодействие между паром и жидкостью происходит на некотором расстоянии от дна тарелки в слое пены и брызг. Для нормальной работы колонны необходимо, чтобы пар имел давление, необходимое для преодоления гидростатического сопротивления жидкости на тарелке. Если давление пара недостаточно, то жидкость будет стекать через отверстия и затапливать колонну.

Колпачковые тарелки снабжены патрубками, накрытыми сверху колпачками. Пар проходит через слой жидкости, уровень которой на тарелке поддерживается переливными трубками. Нижние концы трубок опущены под уровень жидкости следующей тарелки, благодаря чему создается гидрозатвор, предотвращающий прохождение через них пара. Колонны различаются числом колпачков на тарелке. Барботажные колонны обеспечивают довольно хорошее разделение смеси.

Ресгификационные установки независимо от конструкции колонн могут быть как периодического, так и непрерывного действия

В ректификационных колоннах периодического действия вся смесь загружается в куб, где поддерживается ее постоянное кипение. Пар поступает в колонну, орошаемую флегмой, происходит его укрепле ние Другая часть дистиллята из дефлегматора и кон цсвого конденсатора, охлажденная до определенной температуры, попадает в сборник готового продукта. Ректификацию продолжают до тех пор, пока жидкость в кубе не достигнет заданного состава. После этого обогрев куба прекращают, остаток удаляют, а куб загружают новой смесью. В начале процесса в колонну поступают пары, богатые низкокипящим компонентом В этот период в колонну необходимо подавать большое количество флегмы, чтобы выделить из паров содер жащнйся в них высококипящий компонент. В ходе процесса кубовая жидкость обедняется низкокипящим компонентом, а пары все более обогащаются высоко-кипящим. В связи с этим для получения дистиллята постоянного состава необходимо увеличивать количество флегмы. Если же его оставлять постоянным, то в дистилляте будет снижаться концентрация низко-кипящего компонента (этанола)

Недостатками колонн периодического действия являются: ухудшение качества готового продукта и потери тепла при загрузке и выгрузке куба Они устраняются в ректификационных колоннах непрерыв ного действия, состоящих из двух частей нижней, в которой происходит отделение низкокипнщего ком понента из стекающей вниз флегмы, и верхней укрепляющей, назначение которой обогащать поднимающиеся вверх колонны пара низкокипящего компонента

Исходная смесь нагревается до кипения и непре рыв но с определенной скоростью поступает в исчерпывающую часть колонны, затем в дефлегматор, из которого на верхнюю часть колонны подается одинаковое количество флегмы постоянного состава.

Взаимодействие пара и жидкости на тарелках ректификационной колонны можно проследить на диа грамме «Состав-свойства» (рис 14.16) Пар А из куба, имеющий температуру t_A, попадая на нижнюю тарелку, смешивается с жидкостью-флегмой В. При контакте с флегмой, имеющей более низкую температуру – 1_В, пар частично конденсируется. За счет выделяющейся теплоты конденсации жидкость на тарелке кипит. Образовавшийся пар содержит низкокипящего компонента больше, чем пар, поднимающийся из куба. Его состав соответствует положению точки D, а температура - t_В. Флегма, обогатившаяся высококипящим компонентом в момент равновесия системы А, имеет температуру, равную температуре пара, ее состав соответствует точке Е, состав пара при этом будет Y_D, а флегмы Х_Е. На следующей тарелке процесс повторяется. С последней тарелки вверху колонны выходит пар, максимально содержащий низкокипящий компонент (этанол), а с нижней тарелки стекает флегма, состоящая почти целиком из высококипящего компонента.

Рис. 14.16. Диаграмма состав – свойства

Объяснение в тексте.

Кроме колонной аппаратуры, для ректификации могут быть использованы роторные аппараты с различной конструкцией контактных устройств: пленочные, капельно-струйные, комбинированные и др. Они работают в режиме турбулентных потоков паровой и жидкой фаз, при атмосферном давлении и под вакуумом. В пленочных роторных ректификационных аппаратах массообмен протекает между вращающимися и невращающимися цилиндрами, стенкой аппарата и ротором, на поверхности пленки и капель. В капельно-струйных аппаратах пар взаимодействует с жидкостью, находящейся в мелкодисперсном состоянии. Максимальная поверхность контакта фаз, в таких аппаратах осуществляется путем многократной деформации капель жидкости. Контактное устройство этих аппаратов может представлять собой гладкие конусные диски, с которых жидкость стекает в центр вращающихся корзин с перфорированной поверхностью. Под действием центробежной силы жидкость поднимается по поверхности корзины и разбрызгивается через отверстия в виде капель и струй. Ударяясь о корпус аппарата, стекает в центр нижерасположенной корзины. Пар поднимается вверх через завесу капель жидкости. Предложены аппараты, в которых конусы устанавливают на внутренней стороне неподвижных и на внешней стороне вращающихся цилиндров, что обеспечивает многократную деформацию капель жидкости и улучшает турбулентное движение пара, проходящего через жидкость в различных направлениях.

Роторные ректификационные аппараты отличаются компактностью, высокой производительностью, небольшим гидравлическим сопротивлением и возможностью использования в нестационарных условиях.

Характеристика укрепленного и абсолютного этанола. При ректификации рекуператов получают очищенный и укрепленный этанол любой крепости - до 97,18% (95,57% по массе), плотность которого составляет 0,8025, температура кипения 78,12°С. Иногда этанол содержит летучие примеси, для удаления которых его обрабатывают углем активированным. При разбавлении водой до концентрации 96,2-96,4% получают этанол-рекуперат, который неограниченно используется в фармацевтическом производстве.

Для проведения аналитических работ, химического синтеза лекарственных веществ на стадии очистки находит применение абсолютный этанол, его температура кипения 78,5°С (78,37°С), плотность 0,78927 Этанол абсолютный получают перегонкой водно-этанольиого раствора при пониженном давлении или в присутствии третьего компонента (бензола) Смесь бензола с водой кипит при температуре более низкой, чем этанольно-водная, что дает возможность выделить отдельно компоненты. Крепкие ректификаты подвергают обезвоживанию с помощью вод оотни мающих средств, перегонкой над натрием или калием металлическим, кипячением в течение нескольких часов с меди сульфатом безводным.

Контрольные вопросы

1.  В чем заключается физическая сущность процесса экстра i ированин?

2.  Каковы особенности экстрагирования высушенного и свежего лекарственного растительного сырья?

3.  Чго такое потери на диффузии и каковы возможности н*с уменьшения?

4.  Какие факторы влияют на процесс экстрагирования?

5.  На чем основан выбор технологии экстракционных препаратов?

6.  В чем заключается метод противоточного экстрагирования?

7.  Каковы возможности использования метода циркуляционного экстрагирования в аппарате «Соксдета»?

8.  Какая аппаратура применяется в производстве настоек и экстрактов?

9.  Какие стадии процесса лерколяции существуют в производстве настоек и жидких экстрактов?

10.      Какими способами проводится очистка вытяжек при получении настоек и экстрактов? Перечислите используемую аппаратуру

11.      Каковы способы стандартизации настоек и жидких экстрактов?

12.      Каковы особенности технологии стандартизованных жидких и сухих экстрактов?

13.      Каковы способы очистки жидких и густых экстрактов?

14.      Из каких стадий состоит процесс получения масляных экстрактов?

15.      Каковы перспективы интенсификации технологии экстракционных препаратов?

16.      Как осуществляется частичная и полная рекуперация этанола?

17.      По какой диаграмме можно проследить процесс ректификации этанола?

18.      Каков принцип работы ректификационных установок?

содержание      ..     12      13      14      15     ..