Требование GMP к организации производства

Экстрагирование с помощью электрических разрядов. Применение электроимпульсных разрядов позволяет ускорить экстрагирование из сырья с клеточной структурой. Для этого применяется импульсный электроплазмолизатор .

Внутри экстрактора (1) с обрабатываемым сырьем помещают электроды (2), к которым подают импульсивный ток высокой или ультравысокой частоты. Под воздействием электрического заряда в экстрагируемой смеси возникают волны, создающие высокое импульсивное давление. В результате происходит интенсивное перемешивание обрабатываемой смеси, истончается или полностью исчезает диффузионный пограничный слой и увеличивается конвективная диффузия. Возникновение ударных волн способствует проникновению экстрагента внутрь клетки, что ускоряет внутриклеточную диффузию. Из-за искрового разряда в жидкости образуются плазменные каверны, которые, расширяясь, достигают максимального объема и захлопываются. При этом за короткий промежуток времени в малом пространстве выделяется большое количество энергии и происходит микровзрыв, разрывающий клеточные структуры растительного материала. Извлечение ускоряется за счет вымывания биологически активных веществ из разрушенных клеток. Кроме того, образующиеся полости постоянно пульсируют, вызывая увеличение скорости движения экстрагента около частиц сырья, и увеличивая скорость экстрагирования за счет возрастания коэффициента конвективной диффузии.

В процессе импульсивной обработки  экстрагируемого материала с  помощью высоковольтных разрядов электрическая  энергия преобразуется в энергию  колебательного движения жидкости, что  сокращает время экстрагирования и повышает выход биологически активных веществ. Эффективность экстрагирования в единицу времени и др.

Экстрагирование с использованием электроплазмолиза и электродиализа

Электроплазмолиз – обработка сырья электрическим током низкой и высокой частоты, в результате которой происходит плазмолиз протоплазмы. Сущность метода заключается в разрушающем воздействии тока на белково-липидные мембраны растительных тканей с сохранением целостности клеточных оболочек. Электроплазмолиз дает наибольший эффект при получении препаратов из свежего растительного и животного сырья. При этом получаемые вытяжки обогащены действующими веществами и содержат лишь небольшое количество сопутствующих веществ. Электроплазмолизатор с подвижными электродами – вальцами имеет два горизонтальных электрода, вращающихся навстречу друг другу, к которым подводится электрический ток напряжением 220 В. Свежее сырье поступает в зазор между вальцами из бункера, сок собирается в приемник. Выход сока увеличивается на 20-25% по сравнению с использованием традиционных методов.

В нем имеется подвижная  крышка (3), которая, опускаясь, отжимает сырье. Время обработки сырья  электрическим током составляет доли секунды.

Электродиализ используют для ускорения экстрагирования из растительного и животного сырья. Движущей силой процесса в этом случае является разность концентраций экстрагируемых веществ по обе стороны полупроницаемой перегородки, роль которой в сырье с клеточной структурой выполняют оболочки клеток. Под действием электрического тока изменяют электрические потенциалы поверхности сырья, улучшается его смачиваемость, ускоряет движение ионов биологически активных веществ в полости клеток и в капиллярах клеточных структур. В результате увеличивается коэффициент внутренней диффузии. Экстрагирование этим методом проводят в аппарате из электронепроводящего материала (дерево, пластик) с коническим днищем из нержавеющей стали, над которым помещается стальная перфорированная пластинка (1), служащая катодом.

На пластину, покрытую фильтрующим  материалом (2) загружают предварительно замоченное сырье (3), на которое сверху опускается крышка (4) с вмонтированным графитовым анодом (5).

Электроды присоединяются к  источнику постоянного тока (15А), плотность на катоде – 0,6 А/м², напряжение – 0,8 В/см. при непрерывном поступлении экстрагента на получение продукта затрачивается в два раза меньше времени по сравнению с другими методами экстрагирования. Выход биологически активных веществ в этом случае возрастает почти на 20%.

Экстрагирование сжиженными газами. Установка предназначена для экстракции природных соединений из растительного сырья с использованием в качествеэкстрагентов сжиженных газов (хладонов). Она представляет собой замкнутую систему и состоит из следующих основных узлов : экстракторов (1); баллона (2) с используемым газом; напорных емкостей (3), оснащенных указателем уровня, манометром и предохранительным клапаном; фонарей смотровых (4) для визуального наблюдения за перемещением растворителя и экстракта; фильтра объемного (5) для очистки экстракта; испарителя (6), снабженного указателем уровня, манометром и предохранительным клапаном; конденсатора (7), снабженного указателем уровня, манометром и предохранительным клапаном; холодильного агрегата (8) для охлажденияконденсатора, трубопроводов и арматуры.

Принцип работы установки следующий: в экстракторы (1) загружают измельченное сырье через загрузочный штуцер при помощи вакуума. Из экстракторов и испарителя воздух удаляют вакуумированием и заполняют, газообразным хладоном из баллона (2). После достижения равновесия давлений в экстракторы (1) подают сжиженный хладон из напорных емкостей (3). Растворитель проходит сквозь слой сырья, извлекает растворимые компоненты и через фильтр (5) сливается в испаритель (6). В испарителеэкстракт подогревается, пары растворителя отделяются и за счет разности давлений поступают в конденсатор (7), охлаждаемый холодильным агрегатом (8), где конденсируются, и растворитель возвращается в напорные емкости (3).

Процесс экстрагирования осуществляется при рабочем давлении 10-65 атм (зависит от давления насыщенного пара экстрагента) и температуре 20-25°С. Многие экстракты, полученные с использованием сжиженных газов, отличаются более высоким содержанием биологически активных веществ, устойчивостью к микробной контаминации. Особенно это относится к сырью, содержащему полифенольные соединения, алкалоиды, гликозиды.

6. Способы получения извлечения при производстве густых экстрактов: циркуляционное экстрагирование, непрерывное противоточное экстрагирование с перемешиванием сырья и экстрагента, экстрагирование сниженным диоксидом углерода

Циркуляционное экстрагирование

Способ основан на циркуляции экстрагента. Экстракционная установка работает непрерывно и автоматически по принципу аппарата Сокслета. Она состоит из коммуницированных между собой перегонного куба 1, экстрактора 2, холодильника-конденсатора 3, сборника конденсата 4.

Сущность метода заключается в  многократном экстрагировании материала  чистым экстрагентом. В качестве экстрагента используют летучие органические растворители, имеющие низкую температуру кипения - эфир, хлороформ, метилен хлористый или их смеси. Этиловый спирт (даже 96%) для этих целей непригоден, так как он будет адсорбировать влагу, содержащуюся в сырье и изменять свою концентрацию, что приведет к изменению температуры кипения и экстрагирующей способности. Сырье загружают в экстрактор 2 и заливают экстрагентом немного ниже петли сифонной трубки 5. Одновременно в куб 1 заливают небольшое количество экстрагента. По окончании настаивания из сборника спускают в экстрактор столько экстрагента, чтобы вытяжка достигла верхнего уровня петли сифона и начала переливаться в куб. Затем куб начинают обогревать. Образующиеся пары экстрагента поднимаются в конденсатор (которым служит змеевиковый теплообменник), а из него в сборник. Далее экстрагент поступает на сырье. Насыщенная вытяжка вновь поступает в куб. Циркуляция экстрагента проводится многократно до полного истощения сырья. Полученную вытяжку концентрируют отгонкой экстрагента в приемник. В кубе остается концентрированный раствор экстрактивных веществ. 

Непрерывное противоточное  экстрагирование с перемешиванием сырья и экстрагента

Растительный материал при  помощи транспортных устройств: шнеков, ковшей, дисков, лент, скребков или пружинно-лопастных  механизмов перемещается навстречу  движущемуся экстрагенту. Сырье, непрерывно поступающее в экстракционный аппарат, движется противотоком к экстрагенту. При этом свежее сырье контактирует с выходящим, насыщенным экстрактивными веществами экстрагентом, который еще более насыщается, так как в сырье концентрация еще выше. Истощенное сырье экстрагируется свежем экстрагентом, который еще полнее извлекает оставшиеся экстрактивные вещества. С точки зрения теории экстрагирования этот способ наиболее эффективен, так как в каждый момент процесса и в любом поперечном сечении по длине (или высоте) аппарата имеет место разность концентраций БАВ в сырье и экстрагенте, что позволяет с наибольшим выходом и наименьшими затратами проводить процесс. Кроме того, непрерывные процессы поддаются автоматизации, что позволяет исключить трудоемкие работы по загрузке и выгрузки сырья из перколяторов.

Экстрагирование проводится в экстракторах различной конструкции: шнековом горизонтальном или вертикальном, дисковом, пружинно-лопастном и др.

Имеет загрузочный бункер 1, в который подается измельченный растительный материал. Далее материал движется с помощью шнека 2, выполненного из листового перфорированного кислотоустойчивого материала, к противоположному концу  корпуса, где с помощью наклонного шнека 3 освобождается от экстрагента и выгружается. Навстречу сырью через патрубок 4 подается экстрагент, который движется через отверстия перфорации и зазоры корпуса шнека к патрубку 5. Степень истощения сырья регулируется скоростью подачи экстрагента и сырья, длиной корпуса экстрактора.

Экстрагирование сжиженными газами

Установка предназначена  для экстракции природных соединений из растительного сырья с использованием в качестве экстрагентов сжиженных газов . Она представляет собой замкнутую систему и состоит из следующих основных узлов : экстракторов 1; баллона 2 с используемым газом; напорных емкостей 3, оснащенных указателем уровня, манометром и предохранительным клапаном; фонарей смотровых 4 для визуального наблюдения за перемещения растворителя и экстракта; фильтра объемного 5 для очистки экстракта; испарителя 6, снабженного указателем уровня, манометром и предохранительным клапаном; конденсатора 7, снабженного указателем уровня, манометром и предохранительным клапаном; холодильного агрегата 8 для охлаждения конденсатора, трубопроводов и арматуры.

Принцип работы установки: в  экстракторы 1 загружают измельченное сырье через загрузочный штуцер при помощи вакуума. Из экстракторов и испарителей воздух удаляют  вакуумированием и заполняют газообразным хладоном из баллона 2. 

После достижения равновесия давлений в экстракторы 1 подают сжиженный хладон из напорных емкостей 3. Растворитель проходит сквозь слой сырья, извлекает растворимые компоненты и через фильтр 5 сливается в испаритель 6. В испарителе экстракт подогревается, пары растворителя отделяются и за счет разности давлений поступают в конденсатор 7, охлаждаемый холодильным агрегатом 8, где конденсируются, и растворитель возвращается в напорные емкости 3.

Процесс экстрагирования  осуществляется при рабочем давлении 10-65 атм (зависит от давления насыщенного пара экстрагента) и температуре 20-25°С. Многие экстракты, полученные с использованием сжиженных газов, отличаются более высоким содержанием биологически активных веществ, устойчивостью к микробной контаминации. Особенно это относится к сырью, содержащему полифенольные соединения, алкалоиды, гликозиды.

7. Принцип работы и конструктивные особенности контактных сушилок (вакуум-сушильный шкаф, вальцовая вакуум-сушилка)

Устройство сушилки показано на рис. 70. Шкаф имеет с обеих сторон дверцы 4 и 7, так что загрузка и разгрузка сушилки могут производиться одновременно с двух сторон. В дверцах имеются смотровые стекла. Вакуум создается через патрубок 2 при помощи насоса через промежуточно-включенный конденсатор и сборник. Поскольку высушиваются сгущенные вытяжки, содержащие остатки воды, может быть поставлен конденсатор смешения. Нагрев плит 5 производится паром, который вводится сверху по трубе /; конденсат и неконденсирующиеся газы выводятся снизу через спускную трубу 6. Такое поступление пара является причиной неравномерности нагрева плит, а в связи с этим и неравномерности высушивания. В новейших конструкциях пар одновременно впускают как в верхние, так и в нижние плиты. Корпус шкафа 3 делается чугунным.

Сушку в вакуум-сушильных  шкафах проводят следующим образом. Предварительно хорошо прогревают закрытый шкаф пустым, без жидкости. Образовавшийся при этом конденсат выводят из шкафа. Тем временем подготовляют загрузку, т. е. заполняют противни или плоские  чашки высушиваемой жидкостью. Чашки  следует наполнять небольшим  количеством жидкости. Это 'Предупреждает  слишком высокий ее подъем и приклеивание к верхней полке. Нужно отметить, что для получения легкого, пушистого  продукта пенистость при высушивании  необходима. Густые жидкости намазывают тонким слоем на дно чашки, так  как чем тоньше слой, тем быстрее  протекает высушивание и тем  более легковесным получается высушенный продукт. Намазанные чашки быстро помещают в разогретый шкаф и плотно закрывают  дверцы. Включают вакуум-насос. Через  смотровые стекла наблюдают за высушиванием. Если      оно происходит очень бурно, впускают воздух. Температуру высушиваемой жидкости поддерживают около 45-46°С, затем поднимают до 55-60 °С. Температура плит 90-95 °С. Длительность сушки около 4 ч. Когда сушка окончена, подвод пара прекращают и шкафу дают остыть. Закрывают клапан всасывающего трубопровода и впускают воздух, выравнивая таким образом давление. Затем открывают дверцы шкафа, вынимают чашки и извлекают их содержимое.

Вакуум-сушильные шкафы  являются широко распространенной сушилкой, пригодной для высушивания самых  разнообразных материалов.

Вальцовые вакуум-сушилки. Представляют собой обогреваемые изнутри  медленно вращающиеся металлические  вальцы. Количество оборотов вальца и  его температура регулируются таким  образом, чтобы жидкость, нанесенная тонким слоем, высушивалась прежде, чем  валец успеет завершить полный оборот. Высушенный материал с вальца снимают  скребком. Известно несколько конструкций  сушилок этого типа. Эта сушилка  пригодна только для разведенных  растворов или извлечений.