Методы экстрагирования лекарственного сырья

Экстрагирование лекарственного сырья широко используется в приготовлении различных препаратов природных соединений.

На полноту экстрагирования природных соединений из лекарственного сырья существенно влияет выбор экстрагента, который определяется свойствами извлекаемых веществ, а также видом приготавливаемого препарата (жидкий экстракт или сухой экстракт, или индивидуальное вещество).

К экстрагентам предъявляют следующие основные требования:

— способность извлекать определенную группу;

действующих веществ;

• — химическая и фармокологическая индифферентность;
• — возможность регенерации.

Выбор экстрагента определяется степенью гидрофильности извлекаемых веществ: для извлечения полярных веществ с высоким значением диэлектрической постоянной используют полярные экстрагенты: воду, глицерин, метанол; для неполярных — кислоту уксусную, хлороформ, эфир этиловый, ацетон, растительные масла.

Кроме того, следует принимать во внимание требования к готовому препарату. Для препаратов, в составе которых предусмотрено содержание экстрагента (настойки, жидкие экстракты), не могут быть использованы фармокологически неиндифферентные экстрагенты (метанол, ацетон). Для препаратов, в технологии которых предусматривается удаление экстрагента (сухие экстракты, новогаленовые препараты, индивидуальные вещества) возможен более широкий выбор экстрагента.

Перспективными экстрагентами следует считать сжиженные газы: углерода диоксид, пропан, бутан, жидкий аммиак. Наиболее часто используется сжиженный углерода диоксид, являющийся химически индифферентным к большому числу действующих веществ, он хорошо извлекает эфирные, жирные масла и др. Процесс экстрагирования сжиженными газами проводится под давлением, при снятии которого экстрагент улетучивается, а экстрактивные вещества остаются в чистом виде.

В фармацевтической технологии используют различные методы экстрагирования. Их можно классифицировать на статические и динамические.

В статических способах экстрагирования сырье периодически заливают экстрагентом и настаивают определенное время. Динамические предусматривают постоянную смену экстрагента и сырья относительно друг друга. Динамические способы более эффективны, так как в них извлечение веществ происходит за счет конвективной диффузии.

Среди статических и динамических способов экстрагирования можно выделить периодические и непрерывные. К периодическим относятся все способы, где производится экстрагирование одной или нескольких порций сырья в течение определенного времени, т. е. загрузка экстракционных аппаратов производится периодически. К непрерывным относятся способы, в которых сырье непрерывно поступает в экстракционный аппарат.

Из статических способов экстрагирования используются мацерация и ремацерация.

Мацерация — метод заключается в настаивании в мацерационном баке необходимого количества сырья с экстрагентом при комнатной температуре в течение 7 суток с периодическим перемешиванием. После настаивания извлечение сливают из бака, сырье отжимают. Метод малоэффективен, так как извлечение экстрактивных веществ идет в основном за счет молекулярной диффузии. Поэтому способ в данном варианте применяется редко: при получении препаратов свежего сырья и сырья животного происхождения.

С целью интенсификации экстрагирования процесс ведут при перемешивании мешалками, во вращающихся баках или производится циркуляция экстрагента.

Ремацерация (дробная мацерация). Экстрагент делится на 2−3-4 части и последовательно экстрагируют сырье каждой частью. Все полученные извлечения объединяют. Периодическая смена экстрагента позволяет в течение всего процесса поддерживать разность концентраций, а следовательно скорость диффузии.

К динамическим методам относятся: перколяция, циркуляция, реперколяция, противоточное экстрагирование.

Перколяция — заключается в пропускании через сырье непрерывного потока экстрагента с определенной скоростью. Экстрагирование осуществляется в перколяторах, устройство которого описано в учебнике (т.2, стр. 365−366).

Метод перколяции включает 3 последовательные стадии: намачивание сырья, настаивание, перколяция.

Намачивание проводится половинным или равным количеством экстрагента в течение 4−5 ч. При намачивании сырье набухает и становится более доступным для проникновения экстрагента. Кроме того, внутри клеток сырья образуется концентрированный раствор экстрактивных веществ.

Намачивание проводится вне перколятора, набухшее сырье помещают в перколятор, добавляют экстрагент «до зеркала» и начинается стадия настаивания, которая длится 24−48 ч. По эффективности экстрагирования эта стадия аналогична способу мацерации. После настаивания начинается перколяция со скоростью 1/48 используемого объема перколятора за 1 ч при постоянной подаче экстрагента на сырье с той же скоростью. В зависимости от вида получаемого препарата перколяцию проводят до полного истощения сырья или до получения необходимого объема препарата, или получают 2 перколята: первичный и вторичный. Способ перколяции более эффективен, чем мацерация, так как за счет подвижности экстрагента поддерживается высокая скорость внутренней диффузии.

Реперколяция или повторная (многократная) перколяция. Сущность метода заключается в том, что сырье делят на части и каждую последующую порцию экстрагируют вытяжкой, полученной из предыдущей. Применяется батарея перколяторов (3−5). Экстрагент от перколятора к перколятору обогащается экстрактивными веществами. Основным принципом любого варианта реперколяции является поступление чистого экстрагента (без извлеченных веществ) на наиболее истощенное сырье, готовое извлечение получают из перколятора последней загрузки, где сырье наименее истощено. Такой порядок позволяет сохранять максимально возможную разность концентрации экстрактивных веществ между сырьем и экстрагентом.

Известно много вариантов метода реперколяции: с делением сырья на равные и неравные части, с законченным и незаконченным циклом. Метод осуществляется в батарее перколяторов.

Противоточное экстрагирование — метод активного противотока. Принцип метода заключается в непрерывном движении сырья и экстрагента навстречу друг другу. При этом экстрагент постепенно насыщается экстрактивными веществами, а сырье соответственно истощается.

Экстрагирование осуществляется в экстракторах различной конструкции: дисковом, пружинно-лопастном, шнековом.

Циркуляционное экстрагирование заключается в многократном экстрагировании растительного сырья одной и той же порцией летучего экстрагента в замкнутом цикле. Метод применяется в случае использования летучего экстрагента и термически устойчивых действующих веществ. Метод осуществляется в аппарате Сокслета.

Интенсификация процесса экстрагирования Все способы интенсификации направлены на изменение гидродинамических условий процесса, которые обусловливают преимущество конвективной диффузии в процессе экстракции. С целью повышения эффективности экстрагирования его проводят в турбулентном потоке экстрагента при вибрации, пульсации экстрагента через слой с применением ультразвука, электрической обработке материала и др.

Турбоэкстракция (вихревая) основана на интенсивном перемешивании и одновременном измельчении сырья в среде экстрагента с помощью быстроходных мешалок с острыми лопастями. Скорость вращения мешалки от 4000 до 15 000 об/мин. При таких условиях экстракции неподвижный слой экстрагента на частицах сырья практически исчезает, конвективная экстракция протекает мгновенно. Время экстракции сокращается до нескольких минут.

Экстрагирование с помощью роторно-пульсационного аппарата (РПА) основано на циркуляции экстрагента и одновременном измельчении сырья. При экстракции с использованием РПА возникает эффективная турбулизация и пульсация потока сырья и экстрагента.

Экстрагирование с применением ультразвука. Источники УЗ помещают в обрабатываемую среду в экстракторе. Ультразвуковые волны создают кавитацию, в результате ускоряется пропитка сырья экстрагентом и растворение экстрактивных веществ в клетках растительного материала. В пограничном диффузионном слое экстрагента образуются турбулентные и вихревые потоки, в результате чего молекулярная диффузия практически полностью заменяется на конвективную. Кроме того, кавитация вызывает разрушение клеточных структур, что также увеличивает выход экстрактивных веществ из клеток и тканей растительного материала.

При использовании УЗ вытяжку можно получить в течение нескольких минут. Использование УЗ ограничивается в связи с тем, что возможна ионизация молекул действующих веществ, изменение их свойств, поэтому УЗ требует предварительного исследования.

Экстрагирование с помощью электрических разрядов заключается в следующем: внутри экстрактора устанавливаются электроды, к которым поступает импульсивный ток высокой и ультравысокой частоты. Под воздействием электрического разряда в экстрагируемой смеси возникают ударные волны. Под их влиянием происходит интенсивное перемешивание смеси, полностью исчезает диффузионный пристенный слой. Возникновение ударных волн способствует проникновению экстрагента внутрь клеток, где протекает быстрая внутриклеточная диффузия. Кроме того, в результате искрового разряда в жидкости образуются плазменные каверны, которые расширяясь, достигают максимального объема и захлопываются, что приводит к разрушению клеточных структур и вымыванию веществ из клеток.