Экстрагирование лекарственного сырья это

Экстракция

Экстракцией (экстрагированием, диффузией) называется извлечение одного или нескольких компонентов из сложного по составу сырья с помощью растворителя. Экстрагирование растительного сырья является одной из наиболее продолжительных стадий его переработки. На большинстве заводов экстрагирование осуществляется малоэффективными, трудоемкими и длительными методами перколяции и мацерации. Применение ультразвука — один из наиболее перспективных методов интенсификации экстрагирования растительного сырья. Ультразвуковой способ экстрагирования позволяет значительно сократить длительность процесса и обеспечить более полное извлечение веществ. При воздействии ультразвуковых волн нарушается пограничный диффузионный слой, улучшается проникновение экстрагента в материал. В результате сырьё набухает гораздо быстрее, возникают турбулентные и вихревые потоки, способствующие переносу масс, растворению веществ. Происходит интенсивное перемешивание содержимого даже внутри клетки (чего невозможно достичь другими способами экстракции). Всё это приводит к значительному ускорению процесса перехода действующих веществ из сырья в экстрагент.

На эффективность процесса экстрагирования оказывают влияние следующие факторы:

• дисперсность сырья: перед экстракцией рекомендуется провести дробление нативного сырья и измельчение высушенного;
• замачивание: перед экстрагированием высушенное растительное сырьё рекомендуется замочить, обычно по регламенту на этот процесс тратится 5—10 часов. Ультразвуковые колебания позволяют значительно сократить время замачивания — в 3—5 раз после кратковременной ультразвуковой обработки, при этом сырьё полностью набухает;
• перемешивание: необходимо обеспечить доступ экстрагента и ультразвукового воздействия к каждой частице. Во время ультразвукового воздействия и в промежутках между озвучиванием требуется перемешивание;
• соотношение сырье/экстрагент: рекомендуется увеличить объем жидкости для того, чтобы ультразвук не гасился в плотной массе сырья. Рекомендуется проводить экстракцию в один залив с объемом экстрагента, равным сумме объемов двух заливов;
• продолжительность ультразвуковой обработки: не рекомендуется проводить слишком длительную ультразвуковую обработку сырья, т. к. может повыситься мутность экстракта из-за сопутствующего процесса диспергирования. Продолжительность озвучивания зависит от величины частиц экстрагируемого сырья, например, частицы размером 0,5 мм рекомендуется обрабатывать не более 15—30 минут, частицы размером 1 мм — не более 60 минут, частицы размером 2 мм — не более 120 минут, частицы крупнее 10 мм рекомендуется измельчать. Интервал между периодами озвучивания должен быть достаточно длительным (для повторного накопления концентрации полезных веществ) — от нескольких часов до суток.

Проведенные нами исследовательские работы показали, что ультразвуковая обработка ускоряет процесс экстрагирования сырья в 2—4 раза. К примеру, сроки проведения экстрагирования сократились до следующих пределов: рябины — с 28 до 8 суток; трав — с 12 до 6 суток; кофе — с 10 до 3 суток.

Мы разрабатываем и изготавливаем ультразвуковые экстракторы любого размера, объема и конструкции по техническому заданию, а также предлагаем следующие экстракторы по имеющимся разработкам:

• Экстрактор РПМ 2/12-Н . Ультразвуковой экстрактор объемом 2 м³ представляет собой сварной цилиндрический корпус, выполненный из пищевой нержавеющей стали. Выгрузка отработанного сырья проводится через боковой люк. Экстрактор оснащен мешалкой.
• Экстрактор НО-58. Ультразвуковой экстрактор объемом 2 м³ представляет собой сварной цилиндрический корпус, выполненный из пищевой нержавеющей стали, состоящий из двух частей: верхней цилиндрической стационарной и нижней цилиндрической подвижной, опускающейся на 600 мм. Разъемное дно предназначено для удобства выгрузки отработанного сырья. Экстрактор оснащен мешалкой.
• Лабораторный ультразвуковой экстрактор объемом 4 л с одним излучателем представляет собой сварной цилиндрический корпус, выполненный из пищевой нержавеющей стали. Экстрактор оснащен ручной мешалкой.

Кроме того, мы производим ультразвуковые модули, которые можно встраивать в перколяторы для интенсификации процесса экстрагирования растительного сырья.

Источник

1. Теоретические основы процесса экстрагирования

Процесс экстракции имеет место в технологии всех экстракционных препаратов (водные извлечения, настойки, экстракты и др.) и при получении индивидуальных веществ из растительного и животного сырья.

Экстракция — частный случай процессов массообмена, в которых имеет место переход массы вещества из одной среды в другую. При экстракции осуществляется переход вещества из сырья (отдающая среда) в экстрагент (воспринимающая среда).

Экстракция — сложный процесс, объединяющий несколько более простых процессов, относящихся по своей сути тоже к массообменным. Процесс экстракции включает следующие процессы:

Все они идут одновременно, взаимно влияют друг на друга и составляют процесс экстракции. Основным процессом, обеспечивающим извлечение веществ из сырья, является диффузия.

Диффузия — это процесс постепенного взаимного проникновения веществ, граничащих друг с другом. Она основана на выравнивании концентрации вещества в отдающей и воспринимающей средах. Движущей силой диффузии является разность концентраций. При выравнивании концентраций диффузия приостанавливается. Различают молекулярную и конвективную диффузии, свободную и внутреннюю.

Молекулярная диффузия обусловлена хаотическим движением молекул. Отличительной особенностью ее является то, что перенос вещества осуществляется в виде молекул, а среды неподвижны относительно друг друга.

Скорость молекулярной диффузии определяется уравнением Фика:

( 1 ) , где

— скорость диффузии, определяемая массой вещества, перешедшей из одной среды в другую за единицу времени;

F — площадь контакта отдающей и воспринимающей сред;

dc — разность концентраций вещества в средах;

dx — изменение толщины диффузионного слоя;

D — коэффициент молекулярной диффузии:

( 2 ) , где

R — универсальная газовая постоянная;

T — абсолютная температура;

N_o — число Авогадро;

r — вязкость экстрагента;

 — радиус частиц ( молекул ) вещества.

Как видно из уравнений, скорость молекулярной диффузии прямо пропорциональна поверхности контакта сред, разности концентраций, температуре. Обратная зависимость от толщины диффузного слоя, вязкости экстрагента и радиуса частиц.

Конвективная диффузия отличается от молекулярной тем, что перенос вещества осуществляется не отдельными молекулами, а объемами его раствора. Происходит конвективная диффузия в результате перемещения экстрагента относительно сырья, а скорость ее выражается следующим уравнением:

( 3 ) , где

 — коэффициент конвективной диффузии;

— скорость диффузии, определяемая массой вещества, перешедшей из одной среды в другую за единицу времени;

F — площадь контакта отдающей и воспринимающей сред;

dc — разность концентраций вещества в средах;

dx — изменение толщины диффузионного слоя.

Коэффициент конвективной диффузии показывает количество вещества, переходящее через 1 м поверхности контакта в воспринимающую среду (экстрагент) в течение 1 с при разности концентраций, равной 1.

Скорость конвективной диффузии значительно выше молекулярной. Молекулярную и конвективную диффузии можно отнести к свободной диффузии, если между отдающей и воспринимающей средами нет перегородки. В процессе экстракции лекарственного сырья дело обстоит сложнее в связи с тем, что отдающая и воспринимающая среды разделены клеточной перегородкой. Если растительная клетка живая (свежее сырье), она имеет пристенный слой протоплазмы, который делает оболочку полупроницаемой, т.е. она проницаема для экстрагента и непроницаема для содержащихся в клетке веществ. Поглощение живой клеткой экстрагента представляет собой процесс осмоса экстрагирования веществ из клетки при этом не наблюдается.

Внутренняя диффузия. По-другому ведет себя клетка высушенного сырья (мертвая клетка). Вследствие гибели протоплазмы клеточная оболочка теряет характер полупроницаемой и приобретает свойства пористой перегородки, а характер диффузии через нее составляет процесс диализа. Диализ, имеющий место при экстракции растительного сырья можно считать также внутренней диффузией, так как она происходит внутри частичек сырья.

Составляющим процессом экстракции является десорбция — процесс противоположный адсорбции. Десорбция имеет место в клетках, когда в них проникает экстрагент. Экстрактивные вещества в клетках находятся в адсорбированном состоянии, т.е. они прочно связаны силами адсорбции с внутриклеточным содержимым. Экстрагент преодолевает эти силы, десорбирует вещества. Процесс экстракции идет по следующей схеме:

Экстрагент проникает в кусочки сырья, по межклеточным каналам достигает поверхности клетки, через простую клеточную оболочку поступает внутрь клетки.

Внутри клетки после десорбции экстрактивные вещества растворяются в экстрагенте.

За счет разности концентраций начинается диализ — переход веществ из клетки через клеточную перегородку.

В результате диализа на поверхности растительного сырья образуется неподвижный диффузионный слой. В нем имеет место молекулярная диф-фузия. Толщина его различна и зависит от скорости движения экстрагента относительно сырья. Диффузионный слой является сопротивлением для экстракции веществ, т.к. замедляет выход веществ из сырья.

Преодолев диффузионный слой, экстрактивные вещества распределяются по всему объему экстрагента по законам свободной конвективной диффузии.

Процесс экстрагирования в целом может быть выражен следующим математическим уравнением:

S = KFdc( 4 ) , где

S — количество извлеченного вещества;

F — поверхность контакта сред;

dc — разность концентраций;

K — коэффициент массопередачи;

Коэффициент массопередачи объединяет все виды диффузии:

( 5 ) , где

 — коэффициент конвективной диффузии;

D_b — коэффициент внутренней диффузии ( диализа );

 — толщина диффузионного слоя, в котором происходит молекулярная диффузия;

D_c — коэффициент молекулярной диффузии.

В зависимости от метода экстракции значение коэффициента различно. При высокой скорости движения экстрагента значение второго и третьего слагаемых может быть минимальным или даже равным 0 в связи с тем, что существенно увеличивается коэффициент конвективной диффузии и соответственно уменьшается диффузионный слой.

Однако при любом методе экстракции внутренняя диффузия (диализ) имеет место и значение коэффициента значимо.

Источник

Экстрагирование лекарственного сырья это

Классификация способов экстрагирования.

Все существующие способы экстрагирования классифицируют на статические и динамические.

В статических способах сырье периодически заливают экстрагентом и настаивают определенное время.

В динамических – предусматривается постоянная смена либо экстрагента, либо экстрагента и сырья.

Среди статических и динамических способов экстрагирования выделяют периодические – когда экстрагирование одной или нескольких порций сырья проводится в течение определенного времени, т.е. подача сырья (экстрагента и/или растительного материала) в экстракционные аппараты осуществляется периодически.

К статическим периодическим способам относятся одноступенчатые – мацерация — и многоступенчатые – ремацерация, циркуляция с периодическим сливом (это многоступенчатые прямоточные), а также многоступенчатые противоточные – реперколяция с периодическим сливом по Чулкову.

К динамическим периодическим способам – одноступенчатые – перколяция и многоступенчатые – реперколяция с законченным и незаконченным циклами.

Среди динамическим способов особо выделяют непрерывные (с непрерывной подачей сырья) – прямоточные (экстрагент и материал в одном потоке) и противоточные (активное движение навстречу экстрагента и растительного к материала).

Рассмотрим особенности отдельных способов экстрагирования.

Наиболее простыми способами экстрагирования являются статические и в их числе простейший метод – метод настаивания, мацерации (лат. macerare – вымачивать, намачивать), применяемый при изготовлении экстрактов, настоек. Несколько сложнее ремацерационные методы (неоднократное настаивание), в частности, метод бисмацерации, широко применяемый при производстве густых и сухих экстрактов.

В настоящее время мацерация в этом «классическом» виде не отвечает требованиям интенсификации производства и используется только в редких случаях.

Достоинством этого способа является простота метода и оборудования. Недостатками же служат:

а) неполнота экстракции действующих веществ (менее 90%);
б) большая продолжительность процесса;
в) завышенное содержание балластных веществ в извлечениях (ВМС, пектины, слизи, белки и др.);
г) трудоемкость (двойное прессование, промывка шрота).

Сейчас изыскиваются и внедряются новые формы мацерации с максимальной динамизацией всех видов диффузии. Примерами таких модификаций мацерации являются:

1. вихревая экстракция – турбоэкстрация;
2. экстракция с использованием ультразвука (акустическая);
З. электроимпульсный и другие методы импульсной обработки сырья;
4. центробежная экстракция;
5. дробная мацерация и др.

На выход действующих веществ влияют интенсивность и продолжительность УЗ облучения, температура экстрагента, соотношение сырья и извлечение вести в пределах 40 мин. (большая продолжительность почти не повышает выход действующих веществ, но заметно влияет на их стабильность). Оптимальной частотой является 21-22 КГц. Повышение интенсивности ведет к уменьшению выхода. Рекомендуемая плотность облучения – не более 2-2,2 вт/cм2. Концентрация твердой фазы – не белее 10%, т.е. 1:10.

Среди многих факторов интенсификации экстракции ведущими являются скоростные изменения температуры и давления. Изменения этих параметров достигаются с помощью различных Физических и электрофизических приемов импульсного магнитного поля (давление 1×109 Па), термического и механического действия лазерного луча на экстрагент с сырьем (2-3х1022Па), акустического излучения и импульсного электроразряда (до 109Па). Преимущество электрогидравлического эффекта по сравнению с любым из перечисленных методов заключается в большой надежности и воспроизводимости процесса, возможности его автоматизации.

В магнитоимпульсном экстракторе под действием и с частотой изменения электромагнитного поля колеблется подвижная электропроводная мембрана передающая импульсное движение экстрагенту. В результате ее колебательного движения образуется плоский импульс знакопеременного давления, который и способствует экстракции – в экстрагенте возникает кавитация.

Схема магнитоимпульсного аппарата, работающего на разрыв жидкости:
1 — металлический диск; 2 — индуктор; 3 — штанга; 4 — поршень; 5 — рабочая камера.

В магнитоимпульсном аппарате амплитудные колебания передаются через диск 1, лежащий на индикаторе 2, соединенном с помощью прочной штанги 3 с поршнем 4. Поршень движется в рабочей камере экстрактора, наполненного под нижнюю плоскость поршня экстрагентом («зеркало» в перколяторе). При подаче импульса в индикатор наведенное электромагнитное поле выталкивает диск 1, который через штангу 3 поднимает поршня. Происходит множественный разрыв жидкой среды, повторяющиеся с частотой подачи электроимпульса в катушку индикатора.

К физическим способам воздействия на процесс экстракции можно отнести и импульсную обработку лекарственного сырья, в частности электроимпульсный метод экстракции.

Устройство электроплазмолизатора импульсного.

При пробое жидкости специально сформированным высоковольтным импульсным разрядом в её толще возникают сверхвысокие ударные гидравлические давления порядка 1х10(8)-1х10(10) атм., и мощные кавитационные процессы. Этот метод позволяет создавать мощные гидравлические удары с заданной частотой – от долей Гц до нескольких десятков кГц. Продолжительность каждого удара – несколько сотых 50-100 мкс долей секунды КПД преобразования электроэнергии в этих установках более 90%.

Этот метод перспективен, хотя и не лишен таких недостатков, как возможность механокрекинга молекул, большая шумность за счет гидравлических ударов при пробое, себестоимость продукта выше, чем в случае метода мацерации.

Осуществляется с использованием фильтрующей центрифуги. За счет центробежных сил первичный сок уделяется из клеточного материала, на его место подается свежий экстрагент, который вновь удаляется из материала. Экстрагент циркулирует до насыщения, а затем заменяется новым.

Метод обеспечивает значительное ускорение экстракции; предложен проф. Ольшевским (Вроцлавская мед. академия, Польша, 1959).

При электроимпульсном способе интенсификации экстракции колебательное движение жидкости получается при создании в ней высоковольтного разряда и выделения мощного электромагнитного излучения в очень короткие промежутки времени. Высокое значение мгновенной мощности, которая выделяется в импульсном электрическом пробое жидкости при разряде конденсатора создает электрогидравлический эффект в десятки тысяч атмосфер и перемещение жидкости со скоростью сотен метров в секунду создается микровзрыв.

Аналогично электрогидравлическому эффекту сильные гидравлические волны возникают внутри жидкости при поглощении ею светового луча квантового генератора (лазера). При этом отмечается разрыв клеток сырья, вызванный возникновением избыточного давления в ударной волне – порядка миллиона атмосфер. Эффект проявляется в еще более короткие промежутки времени, чем при электрическом разряде, что обусловлено малой длительностью светового импульса, несущего заряд энергии большой мощности.

Дробная мацерация или ремацерация.

Эта модификация предусматривает эпизодическое изменение разности концентраций на границе раздела фаз за счет обновления экстрагента. При этом экстрагент (5х или 10х — кратные объемы) разделяется на порции и время настаивания, т.е. 7 суток, тоже расчленяется на периоды, а именно: если экстракт готовится в соотношении 1:5 то вначале растительный материал экстрагируется 4-ро суток трех кратным объемом экстрагента, после прессования экстракция осуществляется 1х-кратным объемом чистого экстрагента в течение 2 суток и наконец в течение 1-х суток – оставшимся однократный объемом экстрагента. Т.о. в сумме время экстракции составляет 7 суток, количество экстрагента – 5 объемов. Если же экстракт готовится в соотношении 1:10, тогда указанные объемы экстрагента удваиваются, т.е. 6:2:2, что в итоге даст 10-кратный объем. Из статических многоступенчатых методов в производстве используется метод Н.А. Чулкова – противоточная ремацерация с незаконченным циклом.

Из динамических (периодических) методов в производстве используется одноступенчатый периодический способ – перколяция.

Наименование метода происходит от лат. percolare – процеживать, обеспечивать.

Перколяция – это непрерывная фильтрация, процеживание экстрагента сквозь слой сырья. Осуществляется в специальных емкостях, представляющих собой цилиндр с ложным дном и краном внизу.

Перколирование ведется до «полноты» истощения, т.е. до такой степени, когда в сырье остается настолько малое количество действующих веществ, что дальнейшее извлечение становится экономически нецелесообразным. Полноту истощения определяют визуально по обесцвечиванию перколята (извлечения) или качественными реакциями на действующие вещества – алкалоиды, таннаты, гликозиды, кислоты и т.п. После этого извлечение разбавляется чистым экстрагентом, если его объем получился меньше расчетного или содержание действующих веществ выше стандарта.

Если же извлечение содержит действующих веществ меньше нормы, то она ни в коем случае не может быть сконцентрирована упариванием. В таком случае повторно делается одноименная настойка, но с завышенным содержанием действующих веществ (более качественное сырье, меньший объем израсходованного извлекателя, заниженная скорость перколяции и др.), с помощью которой и исправляют брак.

Из методов в галеновом производстве более широко применяются периодические многоступенчатые методы реперколяции (с законченным или незаконченным циклами) сущность которых заключается в использовании батарей диффузоров (перколяторов). При этом извлечение из одного перколятора используется для перколирования сырья в следующем перколяторе (диффузоре). Таким образом, экстрагент, проходя через такую батарею диффузоров с сырьем, насыщается действующими веществами в необходимом количестве.

Свежий экстрагент поступает всегда в экстрактор с наиболее истощенным сырьем, а вытяжку получают из экстрактора со свежезагруженным сырьем.

Реперколяция с делением сырья на равные части с законченным циклом проводится в батарее перколяторов. Количество перколяторов в батарее зависит от свойств сырья, чем труднее экстрагируется сырье, том большее число перколяторов входит в батарею.

Сырье, разделенное на равные части, загружают в перколяторы. В 1-м перколяторе сырье замачивают для набухания в течение 4-6 ч, после чего в перколятор подают экстрагент до “зеркала” и настаивают 24 ч. Затем перколируют в отдельную емкость, получая 80% готового продукта (Г.П.1 — 80%) по отношению к массе сырья в этом перколяторе.

Перколирование продолжают до полного истощения сырья в другую емкость — получают “отпуск 1”. Этим “отпуском 1” проводят намачивание, настаивание и перколирование сырья во 2-м перколяторе, из которого получают готовый продукт (Г.П.2 — 100%) в количестве, равном 100% от массы сырья в перколяторе и “отпуск 2”. Отпуском 2 проводят намачивание, настаивание и перколирование сырья в 3-м перколяторе, из которого получают (Г.П.З — 100%) готовый продукт 3 в количестве, равном 100% от массы сырья в перколяторе и “отпуск 3”. Так ведут процесс в каждом последующем перколяторе, если их больше 3-х. Отпуск последнего перколятора упаривают до недостающих 20% готового продукта, слитого из 1-го перколятора. При этом получают на 300 кг сырья жидкого экстракта: 80+100+100+20=300 л (кг), т. е. в соотношении 1:1.

Реперколяция по методу Босина. Сырье загружают в равных количествах в каждый перколятор батареи. Сырье в 1-м перколяторе экстрагируют чистым экстрагентом, в последующих — отпусками после извлечения сырья из предыдущих перколяторов. Число перколяторов подбирают таким образом, чтобы количество продукта при получении вытяжки из последнего перколятора было в объеме, равном всей массе экстрагируемого материала, т. е. 1:1.

Реперколяция с делением сырья на неравные части по фармакопее США и Германии. Эти варианты реперколяции официнальны в указанных странах.

Согласно фармакопее США исходное сырье принимают за 100% и загружают в перколяторы в соотношении 5:3:2.

Работу начинают с наибольшей порцией сырья и обрабатывают ее чистым экстрагентом. Перколят собирают в два приема: готовый продукт 1 в количестве 20% от общего количества сырья и отпуск, который используют для набухания, настаивания и перколяции во 2-м перколяторе. Из 2-го перколятора получают готовый продукт 2 в количестве 30% от общего количества сырья и отпуск 2, используемый для 3-го перколятора. Из 3-го перколятора собирают 50% готового продукта по отношению к массе сырья.

Всего получают 20 t-30-l-50 — 100% готового продукта на 100% исходного сырья, т. с. 1:1.

В соответствии с Германской фармакопеей все сухое сырье загружают в три перколятора в соотношении 5:3, 25:1,75 и проводят процесс, аналогично описанному выше, для фармакопеи США. Реперколяция с делением сырья на неравные части по фармакопеям США и Германии могут применяться для небольших производств при получении незначительного количества продукта, так как в этих модификациях реперколяции сырье во 2-м и в 3-м перколяторах истощается не полностью. Меньше всего сырье истощается в 3-м перколяторе.

Метод реперколяции по Чулкову был предложен в 1943 г. и нашел применение в фармацевтических производствах, длительно работающих по этой схеме. Экстрагирование проводят в батарее из 4-х и более перколяторов. Различают два периода: в пусковой период ежедневно загружают по одному перколятору и слив готового продукта не производят. В каждый перколятор загружают равное количество сырья, которое предварительно заливают равным количеством чистого экстрагента (для 1-го перколятора) или извлечением, полученным из предыдущего перколятора (для 2-го и всех последующих перколяторов). Набухшее сырье загружают в первый (хвостовой) перколятор, заливают экстрагентом до зеркала и оставляют на сутки. На следующий день из первого перколятора сливают извлечения в два приема: первое извлечение — в объеме, равном массе сырья, загруженного в перколятор, используемое для замачивания сырья для второго перколятора, и второе извлечение – в двойном объеме по отношению к массе сырья, используемое для настаивания сырья во втором перколяторе. В это время в первый перколятор подают свежий экстрагент в количестве, равном сумме извлечений. На третий день из второго перколятора собирают также два извлечения: для работы с сырьем, предназначенным для загрузки в третий перколятор. Во второй перколятор подают вытяжки из первого перколятора, а в него снова подают свежий экстрагент. Далее процесс проводится аналогично. Через сутки после загрузки последнего перколятора начинается рабочий период. В это время из последнего перколятора сливают первую порцию готового продукта в объеме, равном массе сырья в этом перколяторе. Одновременно из первого перколятора сливают все вытяжки.

Вторая и третья порции свежего экстрагента V1=V2 могут быть определены из уравнения:

Такой метод экстрагирования применяют для фитохимического производства небольших объёмов и в лабораторных условиях. При использовании этого метода в последнем и предпоследнем перколяторах сырье истощается не полностью, так как обработка проводится не чистым экстрагентом.

В СНГ получила распространение модификация противоточного многоступенчатого экстрагирования, разработанная во ВНИИФ: сырье укладывают в три экстрактора – диффузора. В 1-й экстрактор экстрагент заливают до «зеркала» настаивают 24 часа, вытяжку сливают и ею заливают сырье во 2-м экстракторе, одновременно заливают экстрагент и в 1-й экстрактор. Оба экстрактора оставляют на 2 ч, затем вытяжки из второго вливают и заливают ею сырье в 3-м экстракторе со свежим сырьем, вытяжку из первого экстрактора сливают во второй, настаивают 2 часа. Сырье из 1-го экстрактора отжимают. Через 2 часа из третьего экстрактора получают первую партию готового продукта. Вытяжку из второго вновь сливают и заливают в 3-й экстрактор и настаивают 2ч; сырье из второго отжимают. Через 2 часа из 2-го экстрактора получают вторую партию готового продукта. Сырье отжимают и все сливы и отжимы объединяют, отстаивают 7 сут., и фильтруют.

В условиях крупнотоннажного производства схемы противоточного экстрагирования используют большее количество перколяторов (диффузоров).

Противоточный метод экстракции периодического действия. Работа такой батарей экстракторов делится на пусковой период, рабочий и остановочный в конце производства. Рабочий метод может продолжаться месяцами или даже годами.

Пусковой период: растительный материал загружают в 1 экстрактор и сюда из напорного бака А через краны 2,19 заливают экстрагент. Настаивают при закрытых кранах 7 и 2. Затем таким же способом загружают экстрактор VI, куда из бака А через краны 2, 19, 13 и 24 подают экстрагент. Заполненный экстрактор оставляют для настаивания. Потом по предыдущему способу заполняют экстракторы V, IV и III. Экстрагент из бака А протекает последовательно через все экстракторы, постепенно насыщаясь. Из экстрактора III он вытекает в бак Б уже максимально насыщенным — концентрированным. Затем включают экстрактор II и отключают экстрактор I .

Рабочий период: начинается со второго оборота экстрактора I. При этом его отключают от батареи, выгружают истощенный материал, отливают сырье. Экстрактор I загружают свежим растительным сырьем. Тем временем из бака А свежий экстрагент поступает в экстрактор VI, где находится максимально истощенное сырье. В данном случае этот экстрактор называется хвостовым. Извлекатель через краны 1, 24, 18, 23, 17, 22, 16, 21, 15 экстракторов VI, V, IV, III и II, насыщается экстрактивными веществами, и его спускают через краны 14,25,31 в бак Б. Экстрактор II, содержащий наименее истощенное сырье, из которого выпускают извлечение, называют головным.

После истощения материалов экстракторе VI, его отключают от батареи для выгрузки истощенного сырья и загрузки нового. В то же время включают экстрактор I со свежим материалом. Теперь хвостовым становится V-экстрактор, а головным I-й, из которого в бак Б спускают концентрированное извлечение и т.д.

В продолжение всей экстракции один экстрактор находится под выгрузкой истощенного материала и загрузкой нового свежего материала. Чистый извлекатель всегда поступает в хвостовой экстрактор с максимально истощенным сырьем. Концентрированное извлечение отбирают из готового экстрактора со свежим растительным материалом. Все экстракторы последовательно становятся и хвостовыми и головными.

При окончании производства последовательно выключают хвостовые экстракторы, но новых экстракторов со свежим сырьем не включают. При этом получаются менее концентрированное извлечение, чем в рабочем периоде, это извлечение собирают отдельно в бак В.

Батарейные экстракторы, описанные выше наряду с положительными качествами (получение концентрированной вытяжки, непрерывность процесса) имеют и некоторые недостатки: большая затрата рабочей силы, громоздкость оборудования, невозможность автоматизации процесса. Большее преимущество имеют способы непрерывного экстрагирования в аппаратах с активным (прямоточным или противоточным движением сырья и экстрагента) противотоком.

Непрерывное экстрагирование (динамические методы прямо- и противоточные с движением экстрагента и/или сырья непрерывно).

Общий принцип этих способов заключается в следующем: растительный материал, поступающий в специальные барабаны, постоянно перемещается с помощью шнеков, скребков, транспортных, лент и т.п. С противоположного конца экстрактора поступает извлекатель, который движется навстречу растительному материалу. При соприкосновении и перемешивании сырья и извлекателя происходит экстрагирование лекарственных веществ. С одного конца экстрактора вытекает концентрированное извлечение, а с противоположного выделяется истощенный растительный материал.

Экстракция сжиженными газами.

Экстракция сжиженными газами – один из новейших и перспективных способов экстракции материала, содержащего летучие и неустойчивые вещества, такие как эфирные масла, сердечные гликозиды, фитонциды, растительные гормоны и т.п.

При использовании в качестве экстрагента сжиженных бутана, бутанпропана, азота, аммиака, углекислоты, фреонов, аргона и др., имеющих температуру кипения ниже комнатной, окисления, разложения и потери ценных веществ и их свойства при выпаривании не будет, т.к. эти экстрагенты улетучиваются при комнатной температуре.

В СНГ освоена экстракция растительного сырья жидкой СО2, при комнатной температуре (не более 28°С) и давлении 65-70 атм. Вязкость жидкой СО2 в 14 раз меньше воды, в 65 раз — этилового спирта. Температура кипения сжиженного СО2 лежит в пределах от -55,6 до +31°С. Это позволяет быстро удалять газ из вытяжки и сохранять экстрагированные вещества в вытяжке без изменений.

В химическом отношении сжиженная СО2 проявляет полную индифферентность по отношению к сырью, извлекаемым веществам, материалам аппаратуры. Пожаро- и взрывобезопасна. Количественный выход действующих в-в при извлечении сжиженными газами достигает 88-98%, что выше, чем у известных способов экстракции.

Основным элементом установки является вертикальная колонка, состоящая из ряда последовательных соединенных камер 1, 2, 4, 5, 8. Камера 1 для замачивания сырья СО2-жидкой, камера 2 пониженного давления для взрывного разрушения сырья; экстрактор 4, испаритель 5 для освобождения шрота от СО2; камера 6 пониженного давления для удаления из шрота остатков растворителя.

Внутри колонны снизу вверх движется непрерывная цепь контейнеров 7 с сырьем. Растительное сырье загружается в сетчатые корзины, которые вставляются в контейнеры. Последние входят в камеру 1, где происходит пропитка сырья СО2-жидкой. Поступающее из сборника 15 насыщенное сырье затем переходит в камеру 2, где поддерживается пониженное давление. В результате резкого изменения давления сжиженный газ, содержащийся в сырье, резко меняет агрегатное состояние, вызывает разрушение сырья и понижение температуры.

Пары СО2 отводятся через циклон 3. Измельченное сырье переходит в экстрактор 4, где осуществляется противоточный контакт сырья с растворителем, последний из сборников 15. Полученная вытяжка через фильтр 10 поступает в дистиллятор 12, из него пары поступают вновь в конденсатор 16, а экстракт периодически отбирается через нижний вентиль.

Растительное сырье после экстракции перемещается в камеру 5, где осуществляется испарение из шрота остатков сжиженного СО2, перегретым водным паром. Оставшаяся в шроте СО2 в камере 8 сбрасываются через циклон 6 в далее на сжижение в конденсатор 16. После выхода контейнеров из колонны на опускающейся ветви цепи происходит их разгрузка.

Схема заводской установки: экстракторы-диффузоры, имеющие форму удлиненных перколяторов, диаметром – 20-30 см., высотой – 1,5 м, толщиной стенок 5 см, сделаны из нержавеющей стали. Загрузочные и разгрузочные концы диффузоров герметизируются крышками на болтах. Трубопроводы соединяют диффузоры с испарителем через фильтр, соединяют с компрессором, с конденсатором-холодильником, мерником с жидкой СО2, с баллонами с СО2, и с диффузорами. Диффузоры включены параллельно.

Работа начинается с измельчения сырья, для чего оно дробится на мельнице эксцельсиор или дезинтеграторе, порошкуется до мельчайшего порошка или до мелкого (0,05-0,125-0,5 мм) на вальцовой, шаровой мельнице или сжиженным газом. В этом случае материал после вальцев помещается в автоклав, герметизируется, пропитывается жидкой СО2, а затем резко сбрасывается давление – жидкость мгновенно вскипает, наподобие пропелента в аэрозолях, разрывая при этом частицы на мельчайшие частицы.

Сухой растительный материал загружается в экстракторы, герметизируется, создается давление газообразной СО2 из баллонов до 60-70 атм., затем сверху подается жидкая СО2 в 3-6-кратном объеме от количества сырья (при закрытых нижних кранах) и настаивается при комнатной температуре в течение 15 минут – 1,5-3 часов, в зависимости от свойств сырья и действующих или экстрактивных веществ. Мицелла (извлечение) пропускается через фильтр, подается в испаритель, экстрагент уваривается при комнатной температуре (в паровую рубашку подается теплая вода – 25-40°С). Газообразная СО2, по трубопроводу нагнетается в конденсатор, где вновь превращается в жидкость и снова подается на материал. После истощения материала в 1-м диффузоре подключается 2-й, а 1-й заполняется новой порцией сырья и т.д.

На такой установке получен предложенный Пятигорским ФИ-том СО2 — экстракт валерианы – темно-зеленая маслянистая жидкость с характерным запахом и пряно-жгучим вкусом; растворима только в органических растворителях. Содержит около 19% эфирного масла, 15% валериановой кислоты; физиологическая активность соответствует фармакопейным требованиям, ее можно таблетировать, готовить настойку (0,5% раствор в спирте). Выход – 2,2% от сырья.

ОЧИСТКА ПЕРВИЧНОЙ ВЫТЯЖКИ ОТ БАЛЛАСТНЫХ ВЕЩЕСТВ.
Удаление балластных веществ из водных извлечений.

При экстрагировании растительного материала водой или слабыми водно-спиртовыми растворами извлекаются кроме действующих веществ и такие балластные, как слизи, пектиновые, белковые вещества, полисахариды, которые не способствуют устойчивости и качеству экстрактов. Разлагаясь при хранении эти примеси придают экстрактам нехарактерный запах, растворы таких экстрактов мутятся.

При удалении балластных веществ из водных извлечении применяют различные приемы.

1) Простейшим из них является отстаивание при +8-10°С в течение 0,5-1 суток.
2) Для удаления белков водные извлечения кипятят при 100°С в течение 0,5-3 часов, если это позволяют действующие вещества.

При этом большинство белковых веществ коагулируют, жидкость затем отстаивается, фильтруется.

Для более полного их осаждения первичное извлечение упаривают до 1/2-1/4 объема, отстаивают 1 сутки и фильтруют или центрифугируют, после чего упаривают до готовности. Кипячение, к тому же, ведет к гидролизу полисахаридов, что просветляет раствор.

3) Для интенсификации процесса отстаивания используют осветлители, такие как фильтровальная бумага, размоченная в воде, суспензия талька (2%), каолина (5%), бентонита, порошка целлюлозы и другие, которые адсорбируют на своей поверхности взвешенные частицы, пигменты, смолы. Укрупненные таким образом комочки быстрее оседают на дно. Для этой цели ни в коем случае не применяется активированный уголь! – он адсорбирует алкалоиды, гликозиды и др. действующие вещества и пигменты.

4) Слизи, пектиновые вещества, белки и др. ВМС можно осадить из раствора с помощью спирта, т.е. провести так называемую спирто-очистку. Добавление спирта изменяет качество растворителя. При 60% и более содержании спирта происходит деградация молекул ВМС или мицелл коллоидов и выпадение их в осадок. Спирт добавляют:

а) непосредственно к первичной вытяжке добавляют 2-3х-кратный объем 96% спирта (это зависит от количества извлечения, концентрации балластных веществ и их свойств);
б) извлечение выпаривают до 1/2 объема по отношении к массе растительного сырья, а затем добавляют 2-х кратный объем спирта по отношению к экстракту. После отстаивания фильтруют и упаривают фильтрат.

Удаление балластных веществ из спиртовых вытяжек.

Спиртовые извлечения из растительного материала, как правило, содержат смолистые вещества, пигменты антоцианы, каротины, хлорофилл, флавоны и др. (воски, стерины, церин, жиры, бальзамы и т.п.).

Для их удаления тоже следует изменить качество растворителя, т.е. изменить концентрацию спирта. Для этого вначале при обычном давлении отгоняют спирт, а затем к водному кубовому остатку добавляют равный объем /1:1/ горячей воды, либо суспензию талька (2%) или каолина (3%) или другой осветитель, тщательно перемешивают и после отставания, фильтрации либо центрифугирования отгоняют растворитель. Отгонку ведут при пониженной температуре, в вакууме.

Здесь вода добавляется для того, чтобы еще больше снизить концентрацию спирта, и таким образом уменьшить растворимость смол, жиров и пр.

Тальк, каолин, бентонит хорошо адсорбируют выделившиеся из раствора капельки смол, утяжеляют их и этим способствуют более быстрому просветлению раствора.

От взвешенных частиц освобождаются затем фильтрацией центрифугированием на отстойных или фильтрующих центрифугах.

Кафедра технологии лекарств.
Лектор проф. В. А. Головкин.
VII семестр.

Источник