Разработка новой технологии получения и хранения сухих экстрактов

2. При интенсивном колебании частиц сырья в местах трения происходит локальное повышение температуры, уменьшение вязкости экстрагента, а следовательно, увеличение коэффициента внутренней диффузии.
3. В результате увеличения турбулентности, нарушения структуры прилегающих слоев, пограничный диффузионный слой истощается или же будет иметь предельно малую толщину.
4. Следствием интенсивных колебаний является чередование зон сжатия и растяжения. При этом в момент растяжения в экстрагенте образуются полости разрыва жидкости (кавитационные зоны), которые захлопываются с силой в несколько сот атмосфер. Положительное качество этого процесса - диспергирование частиц, приводящее к увеличению межфазной поверхности.

В результате появления турбулентного перемешивания как внутри, так и снаружи клеток молекулярно-кинетическое движение заменяется конвективным, что позволяет поддерживать разность концентраций в зоне соприкосновения фаз на высоком уровне. [20,38]

10. Воздействие электроимпульсных разрядов. При этом ускоряется процесс извлечения БАВ потому, что из-за искрового разряда в сырье происходит микровзрыв, разрывающий клеточные структуры материала. Процесс извлечения протекает быстрее за счет вымывания экстрактивных веществ и пульсации, увеличивающих скорость движения экстрагента. Возникающие в жидкости колебания сокращают время экстрагирования и повышают выход биологически активных веществ. [10]

 

 

 

1.3 Общая характеристика сухих экстрактов, методов их получения и стандартизации

 

Экстракты (Extracta) – это концентрированные лекарственные средства жидкой (жидкие экстракты и настойки), мягкой (густые экстракты) или твёрдой (сухие экстракты) консистенции, полученные из высушенного лекарственного растительного сырья или животного материала, которые обычно высушенные

Согласно общей статье ГФ XI изд. «Экстракты», экстракты представляют собой концентрированные извлечения из лекарственного растительного сырья.

По определению профессора И.А. Муравьева, экстрактами называются жидкие концентрированные или сгущенные путем частичного или полного удаления экстрагента, водные, водно-спиртовые, спиртовые или эфирные извлечения БАВ растительного происхождения. [40,5]

1.3.1 Классификация экстрактов.

В зависимости от количества оставшегося экстрагента (по консистенции):

1. Экстракты жидкие (Extracta fluida) - жидкие концентрированные извлечения, содержащие экстрагент в исходной концентрации.
2. Экстракты густые (Extracta spissa) - вязкие массы, не выливающиеся из сосуда и растягивающиеся в нити (содержат до 25 % влаги).
3. Экстракты сухие (Extracta sicca) - сыпучие массы, содержат до 5 % влаги.

По характеру применяемого экстрагента различают:

1. Экстракты водные (могут быть только густыми или сухими, т. к. вода микробиологически неустойчива).
2. Экстракты спиртовые:

- на основе этанола могут быть жидкие, густые, сухие;

- на основе других спиртов (амиловый, пропиловый, метиловый) могут быть только сухими и густыми, т. к. эти спирты токсичны и должны быть удалены.

3. Экстракты эфирные (могут быть только густыми, т. к. липофильные вещества не удаляются до сухого остатка).
4. Экстракты масляные. [38]

Сухие растительные экстракты (extracta sicca) - это концентрированные извлечения из лекарственного растительного сырья, представляющие собой сыпучие массы с содержанием влаги не более  5%.[20]

Это твердые лекарственные формы, полученные удалением растворителя, который используют для приготовления. К ним могут добавляться похожие вспомогательные вещества. Их следует считать наиболее рациональным типом экстрактов ввиду ряда преимуществ:

- возможность максимального сохранения экстрагируемых биологически активных веществ, 

- увеличения сроков хранения и возможность транспортирования на длительные расстояния,

- удобство в применении, имеют минимально возможную массу,

- возможность комбинирования экстрактов на стадии изготовления с другими функциональными продуктами,

- решается проблема стандартизации качества исходного сырья и готовой продукции.

Основной недостаток:

- высокая гигроскопичность, вследствие чего они превращаются в комкообразные массы, утрачивающие сыпучесть.

Однако отсыреваемость сухих экстрактов можно регулировать следующими способами: правильным подбором экстрагента; добавлением наполнителей (аэросил, сахара и т. д.); правильным выбором упаковки и условий хранения. [42]

1.3.2 Классификация сухих экстрактов.

Выделяют ряд классификаций  сухих экстрактов:

I. Классификация сухих  экстрактов по требованиям к содержанию БАВ.

- Экстракты с лимитированным верхним пределом действующих веществ (например, экстракты сухие красавки, чилибухи и т. д.) получают из сырья, содержащего высокоактивные в биологическом отношении соединения. Такие экстракты должны содержать действующие вещества в строго определенном количестве. Этого добиваются добавлением наполнителей или смешиванием в определенных соотношениях экстрактов, содержащих действующие вещества больше и меньше нормы. В качестве наполнителей используют молочный сахар, глюкозу, декстрин картофельный и др. Наполнители чаще добавляют к высушенному продукту на стадии размола.

- Экстракты с нелимитированным верхним пределом действующих веществ (например, сухие экстракты ревеня, крушины, солодки, бессмертника и т.д.) получают, как правило, без добавления к ним наполнителей. Такие экстракты получают из лекарственного сырья, содержащего несильнодействующие вещества. [40]

 

 

II.  Классификация по группе основных  БАВ:

- алкалоиды (экстракт красавки сухой),

- антрагликозиды (экстракт ревеня сухой),

- флавоноиды (экстракт бессмертника сухой),

- полисахариды (экстракт алтейного корня сухой),

- сердечные гликозиды (экстракт горицвета сухой). [17]

Для повышения качества сухих экстрактов в процессе разработки новой технологии имеют значение данные о том, что производство фитохимических препаратов является многостадийным, энерго- и материалоемким процессом, получаемые вещества или их смеси относятся, в основном, к термолабильным или подверженным окислению продуктам, а содержание действующих веществ в растительном сырье зависит от вида сырья, природы извлекаемых компонентов и колеблется от нескольких десятков до сотых долей процента. [2]

При разработке технологии фитохимических препаратов основной задачей является обеспечение максимального выхода целевого продукта (отношение выхода действующих веществ к содержанию их в растительном сырье). Успешное решение этой задачи во многом зависит от наличия возможно более полной информации о химическом составе выделяемых веществ, контроля исходного растительного сырья и полупродуктов на стадиях производства. С другой стороны, необходимо наличие оборудования для отработки технологии. [22]

1.3.3 Технология  производства сухих экстрактов.

Производство сухих  экстрактов осуществляют, в основном, по типовой технологической схеме, включающей: подготовку сырья (сушка, очистка от примесей, измельчение и т.д.), подготовку экстрагента, получение извлечений (экстрагирование), их очистку (фильтрация, центрифугирование), концентрирование полученных извлечений, сушку (может быть осуществлена через стадию сгущения или напрямую – жидкой вытяжки), измельчение и упаковку. [9]

Для извлечения биологически активных веществ из растительного сырья в промышленности используют различные методы экстрагирования. В общем виде их можно классифицировать на статические и динамические.

Рис. 1. Методы экстракции из ЛРС

В статических способах экстрагирования сырье периодически заливают экстрагентом и настаивают определенное время. Динамические способы экстрагирования предусматривают постоянную смену либо экстрагента, либо экстрагента и сырья. Среди статических и динамических способов экстрагирования можно выделить периодические и непрерывные. К периодическим относят все способы, где производится экстрагирование одной или нескольких порций сырья в течение определенного времени, т. е. подача сырья в экстракционные аппараты осуществляется периодически. К непрерывным относят способы, в которых сырье и экстрагент непрерывно поступают в экстракционный аппарат. При этом непрерывно происходит слив вытяжки и выгрузка шрота. [20]

Среди периодических способов различают также одноступенчатый,

простой многоступенчатый и противоточные многоступенчатые экстракторы. Можно выделить равновесные и неравновесные способы (по возможности достижения равновесия), прямоточные и противоточные (по направлению потока экстрагента и сырья).

Экстрагирование сырья при производстве сухих экстрактов чаще всего осуществляют следующими методами:

• Ремацирация и её варианты.
• Перколяция.
• Противоточная периодическая экстракция в батарее перколяторов (получение концентрированной вытяжки).
• Циркуляционная экстракция с отгонкой легколетучего экстрагента (на установке «Сокслет»).
• Противоточная непрерывная экстракция с перемешиванием сырья и экстрагента.

А также применяются другие методы, включающие измельчение сырья в среде экстрагента, вихревую экстракцию, экстракцию с использованием электромагнитных колебаний, ультразвука, электрических разрядов, электроплазмолиза,электродиализа. [23,40]

1. Прямоточное многоступенчатое экстрагирование (дробная мацерация, бисмацерация, ремацерация). Предшественником данного метода является мацерация (от лат. maceratio - вымачивание) - простейший случай экстракции, когда твердую фазу размешивают с растворителем и отфильтровывают. Данный метод отличается от мацерации тем, что экстрагент расходуют в 2 - 4 приема. Поэтому такую мацерацию называют дробной мацерацией, ремацерацией или бисмацерацией. [10]

Сущность метода: измельченное растительное сырье помещают в мацерационный бак, где его заливают 4-6-кратным количеством экстрагента (до «зеркала») и оставляют на 6-12 часов при периодическом перемешивании. Затем извлечение сливают, остаток слегка отжимают, полученную при этом жидкость прибавляют к первоначально слитой порции извлечения. Остаток после отжимания вновь заливают 3-4-кратным количеством экстрагента и оставляют на 4-6 часов, после чего извлечение сливают, остаток окончательно отжимают и присоединяют к объединенным извлечениям.

Аппаратурное оснащение процесса: мацерационный бак без паровой рубашки или с паровой рубашкой.

Достоинства метода: меньшая затрата времени по сравнению с мацерацией, большая истощенность сырья, простота и дешевизна.

Недостатки метода: большие затраты экстрагента, который затем при получении экстрактов и новогаленовых препаратов необходимо удалять.

Модификацией метода дробной мацерации является ее сочетание с циркуляцией экстрагента через слой сырья. Перспективным также является метод дробной мацерации, сопровождающийся прессованием. [38]

2) Перколяция (от лат. percolatio - процеживание через...), т. е. процеживание экстрагента через растительный материал с целью извлечения растворимых в экстрагенте веществ. Можно отметить следующие преимущества этого метода перед мацерацией: процесс протекает быстрее и более полно; достигается достаточно высокий выход действующих веществ; в вытяжку переходит меньшее количество балластных веществ. [20]

Процесс проводится в емкостях различной конструкции, называемых перколяторами-экстракторами. Они могут быть цилиндрической или конической формы, с паровой рубашкой или без нее, опрокидывающиеся и саморазгружающиеся, изготовленные из нержавеющей стали, алюминия, луженой меди и других материалов. [42]

В нижней части перколятора имеется ложное дно (перфорированная сетка), на которое помещают фильтрующий материал (мешковина, полотно и др.), и загружают сырье. Цилиндрические перколяторы удобны в работе при выгрузке сырья, конические - обеспечивают более равномерное экстрагирование.

Метод перколяции включает три последовательно протекающие стадии: намачивание сырья (набухание сырья), настаивание, собственно перколяция.

1. Намачивание проводится вне перколятора. Часто используют мацерационные баки или другие емкости, из которых удобно выгружать замоченное сырье. Для намачивания используют от 50 до 100 % экстрагента по отношению к массе сырья. После перемешивания сырье оставляют на 4-5 ч в закрытой емкости. За это время экстрагент проникает между частичками растительного материала и внутрь клеток, сырье набухает, увеличиваясь в объеме. При этом происходит растворение действующих веществ внутри клетки. [40]

В производственных условиях намачивание может быть совмещено с настаиванием, но если сырье способно сильно набухать, стадию намачивания обязательно проводят в отдельной емкости, так как вследствие большого увеличения объема материала в перколяторе оно может сильно спрессовываться и вообще не пропустить экстрагент. [10]

2. Настаивание - вторая стадия процесса перколяции. Набухший или сухой материал загружают в перколятор на ложное дно с оптимальной плотностью, чтобы в сырье оставалось как можно меньше воздуха. Сверху накрывают фильтрующим материалом, прижимают перфорированным диском и заливают экстрагентом так, чтобы максимально вытеснить воздух. Сырье заливают экстрагентом до «зеркала», высота слоя которого над сырьем должна быть около 30-40 мм, и проводят настаивание 24-48 ч, в течение которых будет достигнута равновесная концентрация. Для многих видов сырья время настаивания может быть сокращено. [40,44]
3. Собственно перколяция - непрерывное прохождение экстрагента через слой сырья и сбор перколята. При этом слив перколята и одновременная подача сверху экстрагента проводится со скоростью, не превышающей 1/24 или 1/48 (для крупных производств) части используемого объема перколятора за 1 ч. При этом насыщенная вытяжка вытесняется из растительного материала током свежего экстрагента и создается разность концентраций экстрагируемых веществ в сырье и экстрагенте. Скорость перколяции должна быть такой, чтобы успевала произойти диффузия экстрагируемых веществ в вытяжку. Перколяцию ведут до полного истощения сырья без деления на первичные и вторичные извлечения, так как затем все полученные извлечения сгущают или высушивают. [20]