Начало >> Статьи >> Архивы >> Настойки, экстракты, эликсиры и их стандартизация

Факторы, влияющие на процесс экстрагирования - Настойки, экстракты, эликсиры и их стандартизация

Оглавление
Настойки, экстракты, эликсиры и их стандартизация
Введение
Фармакологическая активность и применение в медицинской практике
Лекарственное растительное сырье, используемое для приготовления
Теоретические основы процесса экстрагирования
Факторы, влияющие на процесс экстрагирования
Приготовление экстрагентов
Технологические свойства измельченного растительного материала
Методы экстрагирования и используемое оборудование
Непрерывные метопы экстракции
Интенсивные методы экстракции
Очистка извлечений
Общая характеристика современных физико-химических методов анализа и стандартизации
Спектроскопия в УФ и видимой областях спектра
Планарная хроматография
Газовая хроматография
Хромато-масс-спектрометрия
Высокоэффективная жидкостная хроматография
Капиллярный электрофорез
Физико-химические методы стандартизации
Методы стандартизации жидких спиртосодержащих фитопрепаратов
Характеристика разделов Подлинность и Количественное определение» нормативной документации
Развитие методов стандартизации эликсиров и бальзамов
Способы подготовки проб
Техника выполнения аналитических определении и способы интерпретации результатов
Газовая хроматография и хромато-масс-спектрометрия
Проекты общих фармакопейных статей
Проект общей фармакопейной статьи Эликсиры
Стандартные образцы и их применение для оценки качества лекарственных средств
Применение стандартных образцов при оценке качества
Анализ производства настоек, экстрактов, эликсиров
Слисок литературы

На процесс экстрагирования растительного материала оказывает влияние ряд факторов, которые необходимо учитывать при выборе условий экстракции.
Разность концентраций веществ в сырье и экстрагенте является основной движущей силой диффузионного процесса. Процесс идет до установления динамического равновесия в системе твердое тело — жидкость. Поэтому в процессе экстракции необходимо поддерживать максимальный перепад концентраций. Практически это достигается путем перемешивания, циркуляции экстрагента или замены вытяжки чистым экстрагентом, что может осуществляться периодически, непрерывно или путем циркуляции экстрагента.
Размер и характер измельчения растительного материала. В соответствии с уравнением (1) чем больше поверхность соприкосновения фаз (F), тем быстрее протекает экстракция. Однако, как показала практика, очень мелкие растительные порошки для экстрагирования применять нельзя из-за ряда причин:
— мелкодисперсные порошки содержат очень много разрушенных
клеток, из них в вытяжку перейдет большое количество балластных веществ, нерастворимых частиц и коллоидов, в результате
чего получится мутная жидкость, которую впоследствии трудна будет очистить;

  1. очень мелкий порошок образует с растворителем тестообразную, а если в сырье содержатся слизи, студенистую массу, экстрагирование которой затруднена, так как она оказывает большое сопротивление прохождению извлекателя.

Обычно в зависимости от вида растительный материал рекомендуют измельчать до следующих размеров:

  1. траву, листья, цветки до частиц размером 3-5 мм;
  2. стебли, корни и кору до частиц размером 1-3 мм;
  3. плоды и семена, поскольку оболочка их клеток покрыта гидрофобными веществами, до крупности частиц 0,3-0,5 мм.

Более тонкое измельчение растительного материала нецелесообразно. так как замедляется процесс экстракции лекарственных веществ.
Большое влияние на процесс экстракции и качество вытяжки оказывает характер измельчения растительного сырья. Так, растительные материалы, содержащие большое количество слизей, коллоидов и других набухающих веществ, рационально измельчать на корнерезках так, чтобы срезы их по возможности были гладкие, в этом случае будет меньшее количество разрушенных клеток и вытяжка получится лучшего качества.
Растительные материалы (древесину, стебли), содержащие дубильные вещества, целесообразно измельчать поперек волокон, так как клетки их имеют удлиненную веретенообразную форму и при поперечном измельчении вскрывается их большее количество.
Многие растительные материалы целесообразно измельчать на эксцельсиорах так, чтобы поверхность среза была рваной, так как в этом случае будет большее количество вскрытых клеток, а поэтому экстракция будет протекать значительно быстрее, но в жидкость перейдет значительное количество нерастворимых веществ.
Целесообразно сочетать различные принципы измельчения — сырье, измельченное на траворезках, эксцельсиорах, пропускают через валковые дробилки, что будет способствовать возникновению микротрещин в оболочках и вытеснению воздуха из клеточных пространств. Указанное выше приведет к более быстрому проникновению экстрагента и ускорению процесса экстрагирования.
Температура. Важным фактором в процессе экстрагирования является температура экстрагента, так как под влиянием температуры усиливается процесс диффузии и диализа, материал быстрее набухает, гибнет микрофлора, инактивируются ферменты, а при экстракции свежего растительного материала разрушается плазма, свертываются белки, т. е. процесс экстракции значительно ускоряется.
Но повышение температуры не всегда целесообразно, так как под действием температуры могут разрушаться некоторые термолабильные лекарственные вещества (гликозиды, алкалоиды), некоторые вещества при повышенной температуре хуже растворяются, эфирные масла и другие летучие вещества улетучиваются, в вытяжку переходит больше балластных веществ (например, крахмал, образующий клейстер, пектин, инулин), вследствие чего извлечение мутнеет, и поскольку возможен разрыв клеток, то в вытяжку переходят коллоиды, нерастворимые вещества и т. д., что затрудняет дальнейшую очистку, увеличивает вязкость, хуже идет процесс фильтрации. Поэтому температурный режим подбирают в зависимости от характера растительного сырья и лекарственных веществ.
Продолжительность экстракции. Из уравнения (1) следует, что количество вещества, продиффундировавшего через некоторый слой, прямо пропорционально времени процесса. Во время экстракции в вытяжку переходят не только биологически активные (лекарственные) вещества, но и балластные. Поэтому о конце процесса извлечения необходимо судить не по сумме экстрактивных веществ, а по количеству действующих веществ. Последние [алкалоиды, гликозиды и др.) обычно диффундируют быстрее, чем высокомолекулярные вещества, поскольку они обладают меньшей молекулярной массой. Поэтому при длительной экстракции будет ухудшаться качественный состав вытяжки за счет большого содержания балластных веществ, так что продолжительное извлечение в ряде случаев даже вредно.
Необходимо стремиться к тому, чтобы полнота извлечения наступила в кратчайшее время, в максимальной степени использовать все прочие факторы, ведущие к интенсификации процесса экстракции. Ускорение процесса экстракции целесообразно и с экономической точки зрения.
Изучение кинетики извлечения действующих веществ показало, что в большинстве случаев экстракция наиболее активно протекает в первые часы, а затем, несмотря на смену экстрагента, ее скорость заметно падает и максимум (полнота) извлечения наступает через сравнительно продолжительное время. Поэтому процесс экстракции целесообразно прекратить тогда, когда, рассчитав, находят, что дополнительная экстракция остатков действующих веществ не окупает собой избыточных расходов и увеличивающихся при этом потерь ценных экстрагентов.
Анатомическое [гистологическое) строение растительного материала. Оболочки растительных клеток состоят из клетчатки, часто пропитанной инкрустирующими веществами, церином, воском и другими, которые изменяют поперечник пор и характер смачиваемости.
Поры клеток имеют ультрамикроскопические размеры, и через них проходят только истинные растворы, при этом идет процесс ультрафильтрации. Кроме того, имеется несколько крупных пор, через которые осуществляется медленное протекание жидкости. Через тонкостенные паренхимные клеточные оболочки, отличающиеся своей нежностью и имеющие большое количество устьиц [травянистые части, листья и цветки], экстрагент и вещества в молекулярно-ионном состоянии диффундируют легко. Если же оболочки клеток толстостенные, одревесневшие, пропитанные гидрофобными веществами [церином, воском, смолой], то диффузия через них протекает очень медленно [почти отсутствует), и в этом случае материал нужно измельчать до более мелких частиц, чтобы легче проходил экстрагент.
При экстракции свежего растительного материала большую роль на процесс экстракции оказывает протоплазма, которая заполняет всю внутреннюю часть клетки и выстилает оболочку. Эта пленка плазмы в коллоидном состоянии обладает свойством не пропускать растворы солей, сахаров и другие растворимые вещества. Поэтому перед процессом экстракции ее необходимо разрушить, что достигается путем кипячения или обработкой растительного материала спиртом высокой концентрации. Как при сушке сырья, так и при обработке спиртом происходит обезвоживание клеток и их гибель. Спирт является сильно гигроскопичным и при соприкосновении с растительной клеткой оттягивает из нее влагу, вызывая плазмолиз. При кипячении происходит свертывание плазмы.
Природа экстрагента. Подбор извлекателя играет большую роль в технологии фитохимических препаратов. Экстрагент должен:

  1. быть избирательным -— максимально извлекать действующие вещества из сырья и минимально — балластные и иметь высокую емкость;
  2. хорошо смачивать растительный материал, чтобы проникать через стенки клеток, обладать необходимым десорбирующим действием;
  3. быть химически индифферентным;
  4. быть фармакологически индифферентным, если он входит в состав препарата, и удобным с точки зрения техники безопасности;
  5. быть дешевым, доступным и удовлетворять производство с экономической точки зрения.

Одним из наиболее широка применяемых извлекателей является вода, которая обладает рядом преимуществ: хорошо проникает через клеточные стенки, если последние не пропитаны гидрофобными веществами: является фармакологически индифферентной: является универсальным экстрагентом, растворяет многие лекарственные вещества; вода широко распространена, доступна, является дешевым и удобным с точки зрения техники безопасности извлекателем.
В качестве экстрагента используют воду очищенную, удовлетворяющую требованиям ФС 42-2619-97. Получают очищенную воду из питьевой путем удалении из нее примесей различными методами:

  1. способом дистилляции (перегонки) на различных аппаратах;
  2. ионообменным методом при фильтрации воды через колонки, заполненные катионитами и антионитами или через смешанные фильтры;
  3. при использовании баро-мембранных установок, позволяющих получать не только очищенную, но и стерильную воду. Недостатками воды как экстрагента является то, что в ней нерастворимы липофильные лекарственные вещества; она обладает большим поверхностным натяжением; не обладает антисептическими свойствами, вследствие чего водные вытяжки нестойки при хранении; в водной среде происходит гидролитическое расщепление многих веществ, особенно при высокой температуре; вода имеет высокую температуру кипения (100 С) и теплоту парообразования (2,264x103 кДж/кг).

После воды наиболее широко используемым экстрагентом является этиловый спирт. Преимущества его заключаются в том, что: в нем хорошо растворимы многие гликозиды, алкалоиды, эфирные масла и другие биологически активные вещества; спирт является бактерицидной средой; в извлечениях, содержащих не менее 20 % спирта, не развиваются микроорганизмы; он инактивирует ферменты, и в нем почти отсутствуют гидролитические процессы; балластных веществ спирт извлекает тем больше, чем меньше его концентрация; спирт достаточно летуч, и спиртовые растворы легко сгущаются до состояния густых и порошкообразных веществ (теплота его парообразования ниже, чем воды (906,8 кДж/кг). tK=78,4 °С); он является доступным и относительно дешевым продуктом.
Недостатками спирта как извлекателя являются его огне- и взрывоопасность и фармакологическая неиндифферентность.
Спирт этиловый является хорошим консервантом, но если для приготовления растворов спиртоводных использовали сильно обсемененную микробами воду или препараты получали в антисанитарных условиях, то в случае приема таких препаратов при дальнейшем разведении микроорганизмы могут оказать нежелательное воздействие на организм.
Поэтому в соответствии с изменением к статье Государственной фармакопеи СССР XI издания «Методы микробиологического контроля лекарственных средств» (ГФ XI, выл. 2, с. 187) жидкие лекарственные средства из сырья растительного, животного или природного происхождения относят к категории 3д, т. е. в них не должно находиться большое количество микроорганизмов.
Допустимо «не более 5х 103 аэробных бактерий, 102 дрожжевых и плесневых грибов при отсутствии Pseudomonas aeruginosa. Staphylococcus aureus, Escherichia coli. Salmonella; не более 102 других кишечных бактерий» (Изменение..., 1995).
Вязкость. Поверхностное натяжение и вязкость растворителя имеют большое значение в процессе экстрагирования. Впитываясь, жидкость должна растекаться по поверхности клетки — это растекание означает резкое увеличение поверхности контакта фаз, что ускоряет процесс растворения. Чем больше поверхностное натяжение, тем труднее пропитывается растительный материал.
Поскольку коэффициент диффузии обратно пропорционален вязкости экстрагенте, диффузионные процессы быстрее протекают в менее вязких растворителях. Большая вязкость экстрагента и егс поверхностное натяжение затрудняют проникновение жидкости в узкие капилляры клеточных оболочек.
На вязкость извлекателей большое влияние оказывает температура. Поэтому, если необходимо производить экстракцию извлекателем , имеющим большую вязкость, его целесообразно использовать в нагретом состоянии.
Поверхностно-активные вещества. Присутствие поверхностно-активных веществ может существенно ускорять процесс экстракции [Минина С. А., Громова Л. И., 1985]. Ускорение процесса экстракции в присутствии поверхностно-активных веществ можно объяснить тем, что указанные вещества снижают поверхностное натяжение на границе раздела фаз, тем самым улучшается смачиваемость клеток, увеличивается поверхность растворителя и глубина его проникновения в клетки растительного материала и, вероятно, ускоряется еще ряд физико-химических процессов. В ряде случаев улучшается растворимость (солюбилизация) экстрагируемых веществ (например, эфирных масел].
В подавляющем большинстве случаев при добавлении к экстрагенту небольших количеств поверхностно-активных веществ (порядка 0,01-0,1 %) наблюдается улучшение процесса экстракции или за счет увеличения количества экстрагируемого вещества, или за счет того, что полнота извлечения достигается при меньшем объеме экстрагента. Таким образом, возникает существенная экономия во времени. энергии и материалах.
Гидродинамика слоя растительного материала. На эффективность диффузионного процесса значительное влияние оказывает удельная загрузка экстрактора (загрузочная плотность материала), пористость (порозность) слоя растительного сырья, общая высота слоя, скорость подачи экстрагента и равномерность его движения по сечению аппарата (Минина С. А., Громова Л. И., 1985; Протодьяконов И. О. и др., 1987).
Удельная загрузка аппарата в значительной мере влияет на пористость (порозность) слоя и, соответственно, на его сопротивление прохождению жидкости. Сопротивление слоя также зависит от принципа подачи экстрагента. При подаче растворителя сверху сжатие слон происходит неравномерно по высоте аппарата. Причиной сжатия слоя служит разница между давлением жидкости, окружающей частицу, и давлением вышележащих частиц. Максимальное сопротивление слоя возникает у решетки Сложного дна), поддерживающей слой. В связи с этим понятна роль промежуточных решеток по высоте аппарата, которые принимают на себя часть общего сопротивления и снижают удельное давление, что улучшает массообмен. На дне аппарата часто укладывают слой стружки, обладающей большой упругостью, или другого материала.
Установки с восходящим потоком экстрагента имеют лучшие показатели работы. В этом случае по достижении скорости, при которой разность давлений становится равной или более массы набухшего материала, слой не сжимается, а наоборот — разрыхляется до всплывания, а также из слоя легче вытесняется воздух.
Пропускная способность слоя зависит от размера и структуры каналов (капилляров), что определяется размером частиц, их формой и характером укладки, которая выражается пористостью (порозно- стью) опоя сырья. При сжатии слоя некоторые из пор сузятся и могут сомкнуться в наиболее узких местах, часть пор исключится, и могут образоваться мертвые пространства слоя, что ухудшит массообмен.
Так, при экстрагировании измельченной травы эфедры, анабазиса и плодов солянки Рихтера при уменьшении пористости слоя от 0,528 до 0,31В м3/м3 величина извилистости капилляров увеличилась в 1,5 раза, а эффективная поверхность экстрагирования уменьшилась почти в 3 раза (Минина С. А., Громова Л. И., 1985).
Проницаемость слоя будет зависеть также от наличия мелких частиц. Установлено, что наиболее низкая проницаемость слоя и наибольшее его сопротивление наблюдаются в смеси, состоящей из 50-80 % мелких фракций, она ниже проницаемости слоя, состоящего только из мелких фракций. Эта объясняется тем, что мелкие частицы могут располагаться между крупными, закрывая сквозные каналы
В процессе набухания частиц сырья снижаются упругие свойства слоя, и под воздействием собственной массы и давления экстрагента слой постепенно деформируется. Все перечисленные явления способствуют образованию значительной извилистости и неравномерности сечения каналов, что в сильной мере увеличивает гидравлическое сопротивление слоя. Вследствие этого потеря напора в слое любых видов растительного сырья обусловливается не только силами вязкости, возникающими из-за трения жидкости о частицы материала, но и сипами инерции из-за движения по извилистым каналам
переменного сечения и направления. Деформация и слипание набухших частиц будет приводить к уменьшению межфазной поверхности. Интенсификация процессов должна проводиться путем создания условий, способствующих повышению коэффициента массопередачи.



 
« Наследственные факторы в формировании задержки полового развития у мальчиков   Неврологические проявления остеохондроза позвоночника »