Разработка технологии настойки ландыша

Из факторов, влияющих на полноту и скорость извлечения, которые поддаются регулированию и, следовательно, могут быть изменены в желательную сторону, основными являются: выбор экстрагента, степень измельчения сырья, разность концентраций, температура, вязкость экстрагента, продолжительность извлечения и гидродинамические условия. О конкретном управлении этими факторами говорится ниже.

Факторы, влияющие на полноту и скорость извлечения. Для достижения наиболее полного и быстрого извлечения действующих веществ из лекарственного растительного сырья, помимо подбора экстрагента, должны быть еще созданы оптимальные условия для диффузионного процесса. Из факторов, влияющих на полноту и скорость извлечения, которые поддаются регулированию и, следовательно, могут быть изменены в желательную сторону, основными являются степень измельчения, разность концентраций, температура, вязкость экстрагента, продолжительность извлечения и гидродинамические условия.

Степень измельчения сырья

Диффузионный процесс, основанный на непосредственном контакте экстрагента с содержимым клеток, осложняется тем, что клетки, содержащие действующие вещества, отделены от экстрагента значительным рядом клеток, часто к тому же совершенно не содержащих ценных веществ (например, клетки покровных тканей: эпидермиса, пробки, коры). Для облегчения диффузионного процесса сырье должно быть измельчено. Этим достигается значительное увеличение поверхности соприкосновения между частицами сырья и экстрагентом. Согласно закону диффузии, количество извлеченного вещества при всех прочих равных условиях будет тем больше, чем обширнее эта поверхность. Следуя этому закону, необходимо было бы добиваться как можно более тонкого измельчения. Однако практика показала, что буквальное выполнение условий закона диффузии в некоторых случаях приводит к противоположному результату - ухудшению процесса извлечения. При чрезмерно тонком измельчении сырье может слеживаться, а при содержании слизистых веществ - ослизняться, в результате чего через такие массы экстрагент будет проходить чрезвычайно плохо. При слишком тонком измельчении резко увеличивается количество разорванных клеток, что влечет за собой вымывание веществ, обременяющих вытяжку (белки, пектины и другие высокомолекулярные соединения), и переход большого количества взвешенных частиц. В результате вытяжки получаются мутные, трудноосветляемые и плохо фильтруемые.

Из сказанного очевидно, что степень измельчения должна устанавливаться с учетом морфолого-анатомических особенностей перерабатываемого сырья и химической природы содержащихся в нем веществ.

Разность концентраций и гидродинамические условия.

Поскольку разность концентраций является движущей силой диффузионного процесса, необходимо во время экстракции постоянно стремиться к максимальному перепаду концентрации. Нетрудно представить, что при диффузии вещества из частичек сырья к их поверхности, а также при вымывании веществ из разорванных клеток вокруг частичек сырья и главным образом в неподвижном диффузионном слое постепенно повышается содержание извлекаемых веществ. Если экстрагент неподвижен, вокруг частицы образуется область с высокой концентрацией экстрагируемых веществ и, следовательно, разность концентрации резко снижается, что является причиной уменьшения движущей силы. Кроме того, в неподвижной жидкости, окружающей частицу, перенос веществ осуществляется очень медленной молекулярной диффузией. Достаточно высокую разность концентраций на границе раздела фаз можно поддерживать уже при малой скорости перемещения жидкости. Простейшим приемом интенсификации процесса извлечения является перемешивание настаиваемой массы. Более совершенный способ - смена экстрагента. Ее можно производить периодически или непрерывно. Под периодической сменой экстрагента понимается слив вытяжки сырья и залив его порцией экстрагента.

Под непрерывной сменой извлекателя понимается непрерывное истечение вытяжки из экстракционного сосуда и непрерывное поступление в сосуд свежего экстрагента. Перемешивание и периодическая смена извлекателя типичны для мацерационных методов получения извлечений и некоторых модификаций реперколяционного способа. Непрерывная смена экстрагента находит применение при получении извлечений методами перколяции, быстротекущей реперколяции и другими интенсивными методами. При периодической смене экстрагента процесс экстракции постепенно затухает, гак как каждая новая порция экстрагента соприкасается с сырьем, содержащим меньше действующих веществ.

Температура.

Выше уже отмечалось, что повышение температуры ускоряет процесс извлечения. Это сильно влияющий фактор, но в условиях галенового производства им можно воспользоваться только для водных извлечений. Спиртовые и тем более эфирные извлечения производятся при комнатной (и более низкой) температуре, поскольку с ее повышением увеличиваются потери экстрагентов, а следовательно, вредность и опасность работы с ними.

Использовать температурный фактор при экстрагировании лекарственных веществ следует, строго учитывая их термолабильность и другие особенности. Для термолабильных веществ применение горячей воды, как правило, допустимо лишь в течение коротких отрезков времени. Повышение температуры экстрагента не показано и для эфиро-масличного сырья, поскольку эфирные масла при извлечении горячей водой в значительной части теряются. Необходимо также помнить, что применение горячей воды сопровождается клейстеризацией крахмала, пептизацией веществ; вытяжки в этом случае становятся слизистыми и дальнейшая работа с ними значительно затрудняется.

Повышение температуры при извлечении особенно желательно в тех случаях, когда экстрагируемым сырьем являются корни и корневища, кора и кожистые листья. Горячая вода в этом случае способствует лучшему сепарированию тканей и разрыву клеточных стенок, облегчая тем самым течение диффузионного процесса. Горячая вода часто нужна и для инактивации ферментов.

Вязкость экстрагента.

Из уравнения Эйнштейна видно, что коэффициент молекулярной диффузии увеличивается с уменьшением вязкости экстрагента. Следовательно, менее вязкие жидкости обладают большой диффузионной способностью. Среди экстрагентов наиболее вязким является глицерин, но он один, как уже упоминалось, не применяется (добавка к воде). Чаще используются растительные масла, и теперь должно быть понятно, почему они применяются в подогретом виде: молекулы растворенных веществ (например, основания алкалоидов) легче продвигаются при диффундировании между молекулами экстрагента (масла). У основных экстрагентов - воды и спирта - с повышением температуры вязкость также заметно понижается. Например, абсолютная вязкость воды при 20°С равна 1,005-10~3 Н/(с-м2) (или 1,005 сП)1, а при 60°Сона падает до 0,469*10-3 Н/(см2).

Таким образом, в интенсификации процесса извлечения при повышении температуры определенную роль играет также понижение вязкости. Разную вязкость имеют и водно-спиртовые растворы (при одной и той же температуре), причем она изменяется непропорционально содержанию спирта в растворе; наибольшую вязкость имеют растворы, содержащие 40-50% спирта.

Продолжительность извлечения.

Из уравнения Фика следует, что количество извлеченных веществ пропорционально времени. Однако нужно стремиться к тому, чтобы полнота извлечения была достигнута в кратчайший срок, в максимальной степени использовав все прочие факторы, ведущие к интенсификации этого процесса.

Необходимо иметь в виду, что о конце процесса извлечения правильнее судить не по сумме извлекаемых веществ (экстрактивных), а по тем компонентам, которые являются биологически активными веществами. Последние (алкалоиды, гликозиды и др.) обычно диффундируют быстрее, чем более высокомолекулярные соединения, которые проходят через оболочку значительно медленнее. Отсюда следует, что если о полноте извлечения судить по экстрактивным веществам, то по мере удлинения времени будет ухудшаться качественный состав вытяжки балластными веществами, в то время как от них нужно по мере возможности освобождаться. Таким образом, чрезмерно продолжительное извлечение в ряде случаев просто вредно, особенно если принять во внимание нежелательные процессы, протекающие под влиянием ферментов.

Чрезмерно продолжительное извлечение часто себя не оправдывает и по экономическим соображениям. Изучение динамики извлечения действующих веществ показывает, что в большинстве случаев извлечение протекает наиболее активно в первые часы, а затем (несмотря на смену экстрагента) скорость его начинает заметно падать, и максимум (полнота) извлечения наступает через сравнительно продолжительное время.

В первые часы экстракции происходит просто вымывание веществ из разорванных клеток и диффузия из легкодоступных мест, чем и объясняется большая скорость экстракции. В последующие часы диффузия идет из труднодоступных мест, чему соответствует падение скорости экстракции. При этом иногда целесообразно прекратить процесс в какой-то точке учитывая, что дополнительно извлеченное количество веществ не окупит избыточных расходов и увеличивающихся при этом потерь ценных экстрагентов (спирт, эфир).

Добавка поверхностно-активных веществ. Еще в прошлом десятилетии было показано, что при добавлении к экстрагеиту небольших количеств ПАВ (0,01-0,1%) наблюдается улучшение процесса экстрагирования, в подавляющем большинстве случаев либо увеличивается количество экстрагируемого вещества - алкалоидов, гликози-дов, эфирных масел и др., либо полнота извлечения достигается при меньшем объеме экстрагента. Тем самым может быть достигнута существенная экономия во времени, энергии и материалах.

Механизм действия ПАВ на скорость и полноту экстракции не во всех случаях ясен. Несомненно, что ПАВ понижают поверхностное натяжение раствора и улучшают смачиваемость. Наряду с понижением поверхностного натяжения существенную роль «грает солюбилизирующая способность ПАВ. Установить какую-либо зависимость между значением рН и экстрагирующей способностью растворов ПАВ пока не удается.

Таким образом, полнота и скорость извлечения являются равнодействующими многих факторов, влияние которых нужно умело регулировать.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.5. Общие способы производства настоек

Для получения настоек используется как сухое, так и свежее растительное сырье (алкоголатуры чеснока, ландыша, валерианы, боярышника и др.), как надземная, так и подземная части.

В качестве экстрагента используются спиртоводные растворы различной концентрации - от 30% до 95%. Например, настойка эвкомии (30% водный р-р) и настойка лимонника китайского (95%).

Для приготовления настоек применяются три основных способа: 
1) мацерация; 
2) перколяция;  
3) растворение.

При получении настоек используется следующая технологическая схема: 
-подготовка сырья и материалов; 
-извлечение; 
-очитка вытяжки; 
-стандартизация; 
-фасовка и упаковка.

Способы приготовления:  
1)статистические;  
2) динамические.

Статические способы экстракции характеризуются периодическим введением извлекателя в сырье, а динамические - постоянной сменой экстрагента либо непрерывным движением и извлекателя, и растительного материала.

Среди статических и динамических способов извлечения встречаются периодические и непрерывные, что зависит от динамики движения сырья и экстрагента:

А) в периодических способах сырье и экстрагент поступают в экстракционный аппарат периодически, одной или несколькими порциями (одно- и многоступенчатые способы); 
Б) в непрерывных - сырьё поступает непрерывным потоком.

В зависимости от направления потока сырья и экстрагента, способы непрерывной экстракции бывают прямо- и противоточные, т.е. с прямым или встречным потоком сырья и экстрагента.

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

                                               Метод мацерации.

Сущность его состоит в том, что измельченное до 0,5 - 3 мм растительное сырье, отсеянное от пыли на сите № 38 и от крупных частиц на сите №50, помещается в мацератор и заливается 5х или 10х-ным объемом экстрагента (в зависимости от списка "А" и "В") и настаивается при периодическом перемешивании при комнатной температуре в течение 7 суток. Извлечение сливается, шрот прессуется под прессом, промывается недостающим объемом чистого экстрагента, вновь прессуется, все извлечения объединяются, и после отстаивания в течение 4-8 суток настойка фильтруется, стандартизуется и фасуется или упаковывается (в ангро) в бутыли.

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, 
г) трудоемкость (двойное прессование, промывка шрота).

Используются новые формы мацерации с максимальной динамизацией всех видов диффузии.Примерами таких модификаций мацерации являются: 
-вихревая экстракция; 
-экстракция с использованием ультразвука (акустическая); 
-электродинамический метод; 
-центробежная экстракция; 
-дробная мацерация и др.

I. Вихревая (турбо) экстракция основана на вихревом перемешивании содержимого настойника и одновременном измельчении сырья с помощью турбинной или лопастной мешалки, вращающейся со скоростью 5.000 - 13.000 об/минуту.

Интенсификация массообмена в турбулентном потоке экстрагента, прежде всего, объясняется резким уменьшением толщины пограничного (ламинарного, диффузионного) слоя на границе раздела фаз. Мгновенная пульсация скоростей и механические удары частиц сырья о лопасти мешалки и стенки сосуда вызывают также деформацию набухших частиц сырья. Многократно повторяющиеся деформации частиц создают т.н. "эффект губки", т.е. деформации с временным изменением объёма твёрдой фазы. Кратковременные сжатия частиц способствуют более быстрому выведению первичного сока в момент сжатия. Возвращение частиц в первоначальное состояние ускоряет проникновение новой порции экстрагента в твердую фазу.