Экстракционные методы изготовления лекарственных средств из растительного сырья (стр. 1 )
 | Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 |
М. В. ЛЕОНОВА, Ю. Н. КЛИМОЧКИН
Самарский государственный технический университет
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
М. В. ЛЕОНОВА, Ю. Н. КЛИМОЧКИН
Самарский государственный технический университет
Печатается по решению редакционно-издательского совета СамГТУ
Л 47 Экстракционные методы изготовления лекарственных средств из растительного сырья: учебно-методическое пособие / , – Самара, Самар. гос. техн. ун-т. 2012. – 111 с.: ил.
Рассмотрены классификация и характеристика галеновых препаратов, основные методы изготовления лекарственных средств из растительного сырья. Приводятся общие методы анализа настоек и экстрактов.
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 020101 – Химия и 020201 – Фундаментальная и прикладная химия, специализация – Фармацевтическая химия.
технический университет, 2012
В настоящее время в медицинской практике важное место принадлежит лекарственным средствам растительного происхождения, так как они обладают широким спектром биологического действия, что позволяет использовать их для профилактики и лечения многих заболеваний.
Лекарственные средства, получаемые из растений (фитопрепараты**), входят более чем в 85 фармакотерапевтических групп лекарственных средств и в большинстве своем не имеют равноценных синтетических заменителей.
В лекарственной терапии некоторых заболеваний используют преимущественно именно препараты растительного происхождения. Среди средств для лечения сердечно-сосудистой недостаточности доля фитопрепаратов составляет около 80%, а для лечения заболеваний печени и желудочно-кишечного тракта – около 75%. Преимущественно препаратами из лекарственного растительного сырья являются противокашлевые, отхаркивающие, слабительные, вяжущие средства. Этот факт объясняется тем, что многие природные соединения (алкалоиды, карденолиды, флавоноидные гликозиды, ацилкумарины и др.), несмотря на высокий уровень развития органической химии, синтезировать пока либо невозможно, либо экономически невыгодно. Вместе с тем даже при возможности синтеза таких соединений фитопрепараты обладают преимуществами благодаря наличию комплексов основных веществ с сопутствующими веществами, усиливающими их биологическую активность.
Кроме того, препараты растительного происхождения содержат вещества, созданные в живой системе, и поэтому могут органично участвовать в обменных процессах человеческого организма, что позволяет применять их при хронических заболеваниях в течение длительного времени. Именно по этой причине препараты из растительного сырья, как правило, менее аллергенны, чем синтетические лекарственные средства. Они обладают рядом неоспоримых достоинств: низкой токсичностью, легкой усвояемостью человеческим организмом, возможностью длительного их применения без риска возникновения побочных явлений, мягкостью и надежностью действия.
В последнее десятилетие во всем мире наблюдается повышенный интерес практической медицины к лекарственным препаратам, получаемым из растительного или животного сырья. Они входят в специфическую группу лекарственных средств, называемых галеновыми препаратами.
«Галеновые препараты» – исторически сложившийся термин, применявшийся еще в средние века Парацельсом к препаратам знаменитого римского врача и фармацевта Клавдия Галена (131-201 н. э.). Гален впервые выдвинул предположение, что в лекарственном сырье растительного или животного происхождения, помимо полезных веществ, т. е. веществ, оказывающих лечебное действие, содержатся еще второстепенные или бесполезные вещества. Так возникла идея об извлечениях из тканей растений и животных, в которые переходят в основном действующие вещества.
Галеновые препараты не являются химически индивидуальными веществами, а представляют собой комплекс веществ сложного состава. В этом их отличие от химико-фармацевтических препаратов, которые являются индивидуальными веществами. Особую подгруппу составляют новогаленовые препараты, появившиеся в 60-х годах XX века, которые представляют собой экстракты (извлечения), максимально или полностью освобожденные от балластных веществ.
К достоинствам галеновых препаратов следует отнести то, что они весьма просты в изготовлении, и экономически более выгодны в производстве, чем соответствующие химически чистые вещества, в том числе и потому, что материл растительного или животного происхождения является воспроизводимым сырьем. Производство синтетических лекарственных средств, как правило, связано с потреблением большого количества химического сырья, применением сложной аппаратуры и нередко приводит к малому выходу продукции. Кроме того, не всегда удается синтезировать те или иные лекарственные вещества, например гликозиды наперстянки, благоприятное действие которых на организм человека, известно уже давно.
Лечебное действие галеновых препаратов обусловлено не одним действующим веществом, а всем комплексом биологически активных веществ, усиливающих или ослабляющих действие основного вещества. В любом растении можно найти ряд веществ, начиная от неорганических и кончая белками, ферментами, пигментами, витаминами, фитонцидами. Все эти вещества переходят в экстракты, поэтому галеновые препараты оказывают разностороннее физиологическое действие и представляют собой группу ценных лекарственных средств, занимающую важное место в современном лекарственном арсенале. Значимость их возрастает в связи с производством таких уникальных препаратов, как препараты ферментов и гормонов, фитонцидов и биогенных стимуляторов, воспроизводство которых синтетическим путем невозможно или экономически нецелесообразно.
Значительную долю лекарственных препаратов растительного происхождения на фармацевтических производствах получают методом экстракции, поэтому в следующих разделах пособия рассмотрены сущность процесса экстракции, особенности экстрагирования из сырья с клеточной структурой и методы получения экстракционных препаратов.
Галеновые препараты представляют собой специфическую группу лекарственных средств, содержащих комплексы веществ сложного состава. К ним относятся различные экстракционные препараты из растительного и животного сырья, водные и неводные растворы, сиропы, ароматные воды, препараты витаминов, фитонцидов, биогенных стимуляторов и др. В зависимости от методов получения классификацию галеновых препаратов можно представить следующей схемой:
Растворы и смеси
(извлечения желез внутренней секреции, содержащие гормоны и др.)
Препараты, получаемые путем растворения густых, сухих экстрактов
Препа-раты свежих растений
Препараты индивидуальных веществ
(гликозиды, алкалоиды, витамины, флавоноиды и др.)
Мыла и мыльно-крезоловые пре-параты
Рис. 1. Классификация галеновых препаратов
В зависимости от исходного сырья все современные галеновые препараты можно объединить в три основные группы:
2) органопрепараты (препараты из сырья животного проис-хождения, например препараты гормонов, ферментов и др.);
3) сложные фармацевтические препараты разной природы и назначения (сиропы, воды ароматные, растворы, мыльно-крезоловые препараты и др.).
Группа фитопрепаратов включает в себя:
— препараты из свежих растений (соки, экстракты).
Настойки – это жидкие спиртовые или водноспиртовые извлечения, полученные обычно из высушенного или свежего растительного или животного сырья без нагревания и удаления экстрагента. Готовят их в соотношении 1 : 5 или 1 : 10, т. е. из одной весовой части лекарственного растительного сырья получают 5 или 10 объёмных частей готового продукта. Соотношение 1 : 10 используют, как правило, для приготовления настоек из сырья, содержащего сильнодействующие вещества.
Настойки появились в XIV столетии и введены в медицинскую практику Парацельсом ( гг.). В качестве экстрагента для приготовления настоек обычно используют спиртовые или водноспиртовые растворы различной концентрации – от 30% до 70%.
Экстракты – это основная и наиболее крупная группа галеновых препаратов. Экстракты представляют собой более концентрированные вытяжки биологически активных веществ из лекарственного растительного сырья жидкой, твёрдой или густой консистенции. Концентрация действующих веществ в экстрактах либо соответствует концентрации их в растительном материале, либо значительно превышает ее. В зависимости от природы используемого экстрагента различают водные, спиртовые, эфирные, масляные экстракты и также экстракты, полученные с помощью сжиженных газов или сверхкритических флюидов. В зависимости от консистенции экстракты классифицируются на жидкие, густые и сухие.
Жидкие экстракты – спиртовые или водноспиртовые извлечения, полученные в соотношении 1:1.
Жидкие экстракты – это препараты, в которых, как правило, одна часть по массе или объёму эквивалентна одной части исходного высушенного лекарственного сырья. Эти препараты стандартизуют согласно фармакопейным статьям, если необходимо, на соответствие требованиям относительного содержания растворителя, действующих веществ или сухого остатка.
Жидкие экстракты нашли широкое распространение в фармацевтической промышленности благодаря следующим преимуществам: одинаковые соотношения между действующими веществами, содержащимися в лекарственном сырье и в готовом препарате; удобство в отмеривании; возможность получения без применения выпаривания позволяет получить жидкие экстракты, содержащие летучие вещества (эфирные масла). Однако существует и ряд недостатков, к которым относятся следующие: повышенное содержание сопутствующих веществ, извлеченных из растительного сырья; появление осадков при незначительных понижениях температуры или частичном испарении спирта; необходимость герметичной упаковки и хранения при температуре 15-20°С; неудобство при транспортировке из-за больших объемов экстрагента.
Густые экстракты – это концентрированные вытяжки – водные, водноспиртовые или эфирные извлечения из лекарственных растений или животного сырья, представляющие собой густые темные массы, не выливающиеся из сосуда. Густые экстракты – это довольно вязкие массы с содержанием влаги не более 25%. Они должны содержать не менее 70% сухого остатка по массе.
Сухие экстракты – это концентрированные вытяжки – водные, спиртовые или водноспиртовые извлечения из растительного или животного сырья, которые после удаления экстрагента и высушивания, представляют собой сыпучие порошки или пористые губчатые массы, содержащие около 5% влаги. Сухие экстракты обычно содержат не менее 95% сухого остатка по массе. К ним могут прибавлять соответствующие вспомогательные вещества или сухой экстракт другой концентрации, которые используются при изготовлении конкретного препарата.
Положительными качествами густых и сухих экстрактов является то, что они содержат балластных веществ меньше, чем жидкие, и более транспортабельны. Сухие экстракты к тому же очень технологичны – легко отвешиваются, смешиваются, растворяются. К недостаткам густых экстрактов можно отнести то, что при длительном хранении они могут высыхать и становиться более концентрированными или наоборот – отсыревать и портиться.
Для изготовления густых и сухих экстрактов используют измельченное растительное сырье – траву, корни, плоды; в качестве экстрагента используются вода, спирт, водноспиртовые смеси и в редких случаях диэтиловый эфир. Экстракты получают также с помощью сжиженных газов – диоксида углерода, бутана, пропана, хладонов (фторхлорпроизводных низших углеводородов) и сверхкритических флюидов. При получении сухих экстрактов используются те же экстрагенты, что и для густых, кроме эфира и сжиженных газов.
Экстракты-концентраты – это особая группа экстрактов, основное назначение которых заключается в том, чтобы служить исходными материалами для быстрого приготовления настоев и отваров. В результате использования экстрактов-концентратов трудоемкие операции по приготовлению настоев или отваров сводятся к простому растворению или смешению соответствующего количества концентратов с водой. При приготовлении экстрактов-концентратов в качестве экстрагента применяются водные растворы спирта низких концентраций (20-30%). Различают жидкие экстракты-концентраты и сухие. Жидкие концентраты готовят в соотношении 1:2, сухие – в соотношении 1:1. Это означает, что из 1 части по массе растительного материала получают две объемные части жидкого экстракта-концентрата или 1 часть по массе сухого экстракта-концентрата. Технология получения жидких и сухих концентратов аналогична технологии приготовления жидких и сухих экстрактов.
Масляные экстракты или медицинские масла – это извлечения из лекарственного растительного сырья, полученные с использованием растительных или минеральных масел. В настоящее время в медицинской практике используют масляные экстракты из листьев белены, травы зверобоя, мякоти плодов шиповника, семян шиповника, облепихи и др.
2. ЭКСТРАКЦИЯ И ВЫБОР ЭКСТРАГЕНТА
Как уже отмечалось, значительную долю галеновых препаратов составляют экстракционные препараты – это настойки, экстракты, концентраты и новогаленовые препараты из растительного сырья, препараты гормонов и ферментов из сырья животного происхождения, препараты из свежих растений, препараты индивидуальных веществ и ряд других. Основным технологическим процессом, позволяющим извлекать биологически активные компоненты из растительного или животного сырья, является экстракция.
Экстракция (от латинского слова extragere, что означает «извлекаю, вытягиваю») представляет собой метод извлечения вещества из раствора или сухой смеси с помощью избирательного (селективного) растворителя (экстрагента). Различают экстракцию в системе «твердое тело – жидкость» и в системе «жидкость – жидкость». Наиболее широко в производстве галеновых препаратов распространена экстракция в системе «твердое тело – жидкость», где твердым телом является лекарственное растительное сырье или сырье животного происхождения, а жидкостью – экстрагент (растворитель).
Прежде чем приступить к рассмотрению экстракционных методов, используемых в фармацевтической промышленности для производства лекарственных средств из растительного сырья, необходимо ознакомиться с некоторыми сведениями о сущности процесса экстракции и факторах, влияющих на полноту и скорость экстрагирования.
Экстракция, как процесс, отличается определенной сложностью и включает в себя растворение, десорбцию, диффузию и др. Процесс извлечения из растительного сырья осложняется, прежде всего, из-за наличия клеточной оболочки, которая является основным препятствием при проникновении внутрь клетки растворителя и при выходе экстрактивных веществ наружу (см. рис. 2). С помощью методов электронной микроскопии и рентгеновской дифрактометрии установлено, что клеточная оболочка растений представляет собой плотную войлокоподобную перегородку, образованную мицеллярными нитями целлюлозы состава (С6Н10О5)n, где n может составлять от 600 до 30000. Кроме того, имеются оболочки пектиновые, протобелковые и др.
Рис.2. Строение растительной клетки
Оболочка клетки пронизана ультрамикропорами диаметром 0,01-0,001 мкм и зачастую покрыта веществами, уменьшающими эти поры, либо вообще их закупоривающими, – протопектином, лигнином, суберином, кутином, восками и др. Все они в воде мало или совсем нерастворимы, что снижает проникновение экстрагента через оболочку внутрь клетки. Микропоры клеточной оболочки способны задерживать высокомолекулярные вещества, пропуская при этом низкомолекулярные соединения (как правило, биологически активные), частицы которых не превышают размеров пор. Наконец, имеется еще одна существенная особенность экстракции из растительного сырья – сорбционные явления, наблюдаемые в клетке после проникновения в нее экстрагента.
В процессе экстракции из сырья с клеточной структурой можно выделить три основных стадии:
1. Пропитывание сухого растительного материала экстрагентом. Этот процесс еще называют капиллярной пропиткой. Пропитывание происходит путем проникновения экстрагента в сырье и смачивания веществ, находящихся в сырье. Пропитывание растительного материала экстрагентом осуществляется за счет капиллярных сил. По каналам, образованным кусочками измельченного растительного материала, по межклеточным ходам и ультрамикропорам экстрагент проникает внутрь клетки. Затем экстрагент заполняет клеточное пространство и вытесняет воздух, что очень существенно в процессе экстракции, так как увеличивается площадь контакта с сырьем.
2. Растворение компонентов растительной клетки. На этой стадии экстрагирования происходит образование первичного сока. При проникновении экстрагента в материал в клетке образуется концентрированный раствор растворимых в этом экстрагенте веществ. Этот раствор называется первичным соком.
Растворение компонентов растительной клетки происходит, когда растворитель, проникнув внутрь клетки, вступает во взаимодействие со всеми компонентами клеточных мембран и клеточного содержимого. В результате такого взаимодействия хорошо растворимые вещества десорбируются и растворяются в экстрагенте, остальные – набухают или пептизируются.
Наибольшее набухание растительного сырья вызывает вода. При использовании в качестве экстрагента спирта степень набухания сырья зависит от концентрации спирта. Чем выше концентрация спирта, тем степень набухания меньше. Следовательно, меньше раскрываются поры, и труднее происходит процесс экстракции.
3. Переход растворенных веществ в экстрагент. Массообмен – это процесс перехода вещества из одной фазы в другую. В случае производства экстракционных препаратов это переход вещества из растительного материала в экстрагент, т. е. из твердой фазы в жидкую через пористые клеточные стенки.
По мере увеличения концентрации экстрактивных веществ в жидкой фазе скорость обратного процесса возрастает. В некоторый момент времени наступает состояние динамического равновесия. В этом случае процесс массообмена прекращается. Таким образом, переход вещества возможен только из фазы с большей концентрацией в фазу с меньшей концентрацией, т. е. при наличии разности концентраций, и эта разность концентраций является основной движущей силой процесса массопередачи.
Поскольку процесс массообмена – это диффузионный процесс, то целесообразно рассмотреть все виды диффузии, имеющей место при экстракции из растительного материала. Диффузия бывает:
Молекулярная диффузия подразделяется на следующие виды:
Молекулярная диффузия – это процесс переноса вещества (биологически активного вещества) за счет хаотического движения самих молекул в неподвижной среде. Математическое выражение закона свободной молекулярной диффузии имеет следующий вид:
, (1)
где Sсв – количество продиффундированного вещества, кг;
DCв. – коэффициент свободной молекулярной диффузии, в м2/с;
F – поверхность на которой происходит диффузия, м2;
Т – время диффузии, с;
∆C – разность концентраций на границе раздела фаз, кг/м3;
d – толщина диффузионного (пограничного) слоя, м.
Механизм диффузии вещества через клеточную оболочку заключается в следующем: молекулы диффундируемого вещества вначале сорбируются из первичного сока материалом мембраны стенок растительной клетки, затем диффундируют через нее и десорбируются с другой стороны перегородки, накапливаются в пограничном (диффузионном слое) и только затем перемещаются в растворитель (рис. 3).
Рис. 3. Частица растительного материала в экстрагенте:
С1 – концентрация экстрагируемых веществ внутри частицы; С2 – концентрация
экстрагируемых веществ на поверхности частицы; С3 – концентрация
экстрагируемых веществ на поверхности диффузионного пограничного слоя;
С4 – концентрация экстрагента в объеме, омывающем частицу;
d – толщина диффузионного пограничного слоя
Пограничный (диффузионный) слой – это концентрированный раствор вещества у границы раздела твердой и жидкой фаз. Этот слой оказывает основное сопротивление молекулярной диффузии, его толщина существенно влияет на интенсивность массообмена. С увеличением диффузионного слоя количество экстрагируемого вещества в жидкой фазе возрастает очень медленно, а с уменьшением слоя – быстро, поскольку разность концентраций максимальна.
Молекулярную диффузию (свободную) характеризуют коэффициентом DCвоб, который может быть определен из уравнения Эйнштейна:
, (2)
где R – газовая постоянная Клайперона (8,32 Дж/град × моль);
Т – температура по шкале Кельвина;
N0 – число Авогадро;
η – вязкость жидкой фазы, м2/с;
r – радиус диффундирующей частицы (молекулы, иона), м.
Коэффициент молекулярной диффузии (свободной) – это постоянная величина, которая характеризует способность вещества проникать вследствие диффузии в неподвижную среду и, как видно из уравнения (2), увеличивается с повышением температуры и уменьшается с увеличением вязкости среды и размера диффундирующих частиц вещества. Следовательно, чем меньше радиус диффундирующих частиц, тем быстрее идет диффузия.
Источник
