Классификация экстрагентов по степени полярности

 

Группа растворителей	Представители	Диэлектрическая постоянная
1. Полярные   2. Малополярные   3. Неполярные	Вода Глицерин Спирт метиловый   Спирт этиловый Ацетон Спирт пропиловый Спирт бутиловый Дихлорэтан   Уксусная кислота Этилацетат Хлороформ Этиловый эфир Четыреххлористый углерод	78,3 64,1 37,9   25,2 20,7 19,7 17,7 10,3   6,2 6,0 4,7 4,2 2,2

 

При выборе экстрагента руководствуются известным правилом: «подобное растворяется в подобном». При сопоставлении данных, представленных в таблицах 1 и 2, можно сделать заключение, что вещества гидрофильной группы хорошо растворимы в полярных растворителях, вещества смешанной группы – в малополярных растворителях, липофильные вещества – в неполярных растворителях.

Экстрагент оказывает влияние не только на количество извлеченных БАВ, но и на общее количество извлекаемых экстрактивных веществ. Большинство веществ в растениях являются гидрофильными, поэтому полярные растворители экстрагируют большее количество экстрактивных веществ.

Наиболее часто используются в качестве экстрагента водно-этанольные смеси. Диэлектрическая постоянная водно-этанольных смесей и, следовательно, ее экстрагирующая способность по отношению к различным группам БАВ зависит от концентрации (т. е. от содержания этанола, что позволяет таким смесям экстрагировать больший круг веществ).

Вода очищенная

Вода очищенная как экстрагент имеет следующие преимущества и недостатки.

Преимущества:

1. Извлекает большое количество БАВ (соли алкалоидов, гликозиды, сапонины, дубильные вещества, слизи и т. д.).

2. Достаточно хорошо проникает через клеточные мембраны (не пропитанные липофильными веществами).

3. Индифферентна в фармакологическом отношении.

4. Доступность и дешевизна.

5. Не горюча.

Недостатки:

1. Подвержена микробной кантаминации.

2. Является частой причиной гидролиза БАВ.

3. Имеет довольно высокую температуру кипения, в связи с чем удаляется только под вакуумом.

Спирт этиловый (этанол)

В фармации в качестве самостоятельных экстрагентов и при изготовлении сложных экстрагентов разрешается использовать:

спирт этиловый (этанол) (ФС 42-3072-94);

спирт этиловый ректификованный (ГОСТ 5962-67).

Спирт этиловый как экстрагент имеет свои преимущества и недостатки.

Преимущества:

1. Хорошо растворяет лекарственные вещества, которые довольно плохо растворимы в воде.

2. В меньшей степени, по сравнению с водой, способствует протеканию гидролитических процессов (зависит от концентрации этанола).

3.  Инактивирует многие ферменты.

4. Обладает бактерицидным действием.

5. Достаточно летуч, имеет температуру кипения в пределах от 88,5-78,8 ⁰С при изменении концентрации от 20 до 90 %, что позволяет сохранить термолабильные вещества при выпаривании и сушке.

Недостатки:

1. Труднее, чем вода, проникает через стенки клеток.

2. Огнеопасен (требует особых условий работы).

3. Фармакологическая не индифферентность.

Технологические факторы,

Влияющие на полноту и скорость

Экстракции

Измельченность сырья

Для облегчения массообменного процесса при извлечении БАВ сырье должно быть измельчено, т. к. при этом увеличивается поверхность массообмена, т. е. поверхность соприкосновения между частицами сырья и экстрагентом. Измельченность сырья для каждого вида растительного сырья должна подбираться экспериментально, с учетом особенностей морфолого-анатомического строения растительного сырья, характера и локализации содержащихся в нем БАВ.

Чрезмерно тонкое измельчение растительного сырья также нежелательно по следующим причинам:

сырье может слеживаться, а при содержании слизистых веществ «ослизняться», что ухудшает дренажирующие свойства растительного сырья;

увеличивается количество «разорванных» клеток и поэтому извлечение насыщается балластными веществами.

Разность концентраций и гидродинамические условия

Как следует из формулы Щукарева-Фика (см. предыдущий раздел), разность концентраций является движущей силой диффузионного процесса, в связи с чем при извлечении БАВ из растительного сырья необходимо поддерживать максимальный перепад концентраций на границе раздела фаз.

Высокая разность концентрации может быть достигнута за счет:

- экстрагирования с перемешиванием сырья и экстрагента;

- периодической смены экстрагента.

Перемешивание настаиваемой массы используется в основном при экстрагировании способом динамической мацерации (вихревая экстракция, ультразвуковая экстракция и т. д.). Данный метод требует достаточно сложного аппаратурного оформления.

Периодическая смена экстрагента – наиболее простой способ поддержания достаточно высокой разности концентрации и характерна для таких способов экстракции, как ремацерация и такого варианта реперколяции, как противоточное многоступенчатое экстрагирование. При периодической смене экстрагента процесс извлечения БАВ постепенно затухает, т. к. каждая новая порция экстрагента соприкасается со все более истощенным сырьем.

Непрерывная смена экстрагента используется в таких способах экстракции, как перколяция, быстротекущая реперколяция и другие варианты непрерывной противоточной экстракции. При этом осуществляются непрерывный слив извлечения и непрерывная подача экстрагента в диффузор.

Если экстрагент неподвижен, то вокруг частиц сырья образуется слой с высоким содержанием экстрактивных веществ, что приводит к резкому уменьшению движущей силы процесса экстракции. Процесс экстрагирования в неподвижном слое экстрагента усложняется еще и тем, что перенос веществ в неподвижном экстрагенте осуществляется за счет молекулярной диффузии, скорость которой очень мала.

Температура

Повышение температуры является одним из основных способов повышения скорости экстрагирования БАВ из растительного сырья водой и растительными маслами. С повышением температуры скорость молекулярной диффузии увеличивается за счет увеличения скорости кинетической энергии молекул и снижения вязкости экстрагента.

Повышение температуры экстрагента наиболее целесообразно при экстрагировании БАВ из корней, корневищ и кожистых листьев, т. к. это способствует лучшему разделению тканей, их набуханию с последующим разрывом клеточных стенок. Горячая вода также способствует инактивации ферментов, что повышает стабильность БАВ.

Повышение температуры экстрагента следует проводить с учетом:

- термостабильности входящих БАВ;

- возможности клейстеризации и последующей пептизации входящих компонентов (например, крахмала).

Вязкость экстрагента

На процесс экстрагирования оказывает большое влияние вязкость экстрагента. Снижение вязкости экстрагента приводит к увеличению его диффузионной способности, последнее следует из уравнения Энштейна (см. предыдущий раздел), т. к. коэффициент молекулярной диффузии увеличивается с уменьшением вязкости экстрагента.

В связи с вышеизложенным, для повышения скорости диффузии желательно выбирать экстрагент с меньшей вязкостью (из полярных жидкостей – метиловый спирт, из малополярных – ацетон, из неполярных – хлороформ). Недостатком перечисленных экстрагентов является их токсичность, поэтому после извлечения БАВ их необходимо удалять. Один из самых вязких экстрагентов – глицерин, его вязкость 14,9 ПЗ (н с\м²) при 20 ⁰С, для сравнения: вязкость воды – 0,1 ПЗ (н с\м²). Глицерин используется в качестве гидрофилизатора, для повышения растворения труднорастворимых веществ, повышения вязкости экстрагентов.

Добавка поверхностно активных веществ (ПАВ)

Добавка небольшого количества ПАВ (0,01-0,1 %) приводит к увеличению полноты извлечения многих БАВ (алкалоидов, гликозидов, эфирных масел). Механизм действия ПАВ в данном случае заключается в снижении поверхностного натяжения экстрагента и улучшения смачивания извлекаемых веществ.

Подача экстрагента в сырье

Экстрагент на сырье можно подавать как сверху, так и снизу. При подаче экстрагента «сверху вниз» возникают гравитационные силы, которые ускоряют вывод БАВ из зоны экстрагирования. Недостатком подачи экстрагента «сверху вниз» является то, что сжатие слоя сырья происходит неравномерно по высоте аппарата. Причиной является разница между давлением жидкости, окружающей частицу и давлением вышележащих частиц.

Для устранения этого недостатка:

- устанавливают решетки на высоте аппарата, которые принимают на себя часть общего сопротивления;

- на дне аппарата часто укладывают слой стружки или другого материала, обладающего большей упругостью.

 Но имеется ряд работ, где показано, что подача экстрагента «снизу вверх» позволяет добиться большего выхода БАВ, что достигается за счет:

- выноса из смеси частиц с очень мелкими размерами;

- создания оптимальных гидродинамических условий за счет сочетания подачи снизу с гравитацией;

- уменьшения неравномерности укладки сырья.

Воздействие электромагнитного поля

Создание определенного значения электромагнитного поля способствует увеличению полноты и скорости процесса экстрагирования БАВ, т. к. при этом увеличивается десорбция веществ. Недостатком данного метода является достаточно сложное оборудование.

Электрический ток

Электрический ток ускоряет диффузию веществ, являющихся электролитами. Это один из немногих факторов, который повышает скорость внутренней диффузии.

Плотность укладки сырья

Оптимальная плотность укладки сырья обеспечивает не только дренажирующие свойства слоя сырья, но и рациональное использование рабочего объема диффузора. Оптимальная плотность укладки сырья определяется по следующей формуле:

h = 0,005(x / d ²)

h – высота слоя сырья,

x – масса сырья,

d – диаметр перколятора.

При высокой плотности укладки сырья могут образовываться «мертвые» зоны, в которой экстрагент не движется или с небольшой скоростью.

При малой плотности укладки сырья очень мало промежутков, что снижает эффективность экстрагирования.

Присутствие воздуха на поверхности сырья

 Присутствие воздуха на поверхности сырья препятствует процессу экстрагирования, его удаление осуществляют следующими способами:

- предварительным вакуумированием сырья;

- заменой воздуха на растворимые газы (углекислый газ, аммиак).

Контрольные вопросы

 

1. Теоретические основы экстрагирования. Характеристика процесса экстрагирования.

2. Движущая сила процесса экстрагирования.

3. Молекулярная диффузия. Уравнение и коэффициент молекулярной диффузии.

4. Конвективная диффузия. Уравнение и коэффициент конвективной диффузии.

5. Внутренняя диффузия. Уравнение и коэффициент внутренней диффузии.

6. Особенности экстрагирования свежего растительного сырья.

7. Механизм экстрагирования высушенного растительного сырья.

8. Основные стадии процесса экстрагирования.

9. Пограничный диффузионный слой. Вид диффузии в ПДС.

10. Общие законы массообмена.

11. Массопередача. Уравнение. Коэффициент массопередачи и его анализ в зависимости от способа экстрагирования.

12. Потери на диффузии.

13. Понятия экстрактивных, биологически активных, сопутствующих веществ.

14. Классификация БАВ по степени гидрофильности, номенклатура.

15. Подготовка ЛРС для экстрагирования.

16. Технологические свойства растительного сырья (доброкачественность сырья и препарата, относительная доброкачественность, измельченность сырья коэффициент поглощения, коэффициент вымывания, пористость и порозность сырья).

17. Требования, предъявляемые к экстрагентам. Классификация и номенклатура. Выбор экстрагента и влияние его физических свойств на увеличение скорости и полноты экстрагирования БАВ.

18. Вода, этанол и глицерин как экстрагенты. Достоинства и недостатки.

19. Технологические факторы, влияющие на полноту и скорость процесса экстракции (измельченность сырья, разность концентраций и гидродинамические условия, температура, вязкость экстрагента, время экстрагирования, добавка ПАВ, подача экстрагента в сырье, воздействие электромагнитного поля, электрический ток, плотность укладки сырья, присутствие воздуха на поверхности сырья).

Глава II. Суммарные неочищенные
препараты (СНП) из высушенного
растительного сырья

 

Выпускаемые в настоящее время экстракционные препараты из растительного сырья по степени очистки от сопутствующих веществ можно подразделить на следующие группы:

1. Суммарные неочищенные препараты (относятся к группе галеновых препаратов).

Данная группа экстракционных препаратов содержит комплекс БАВ и сопутствующих веществ. При их изготовлении используются самые простые способы очистки от сопутствующих веществ. Чаще всего отстаивание при пониженной температуре (не более 10 С), иногда спиртоочистка и сорбция. К суммарным неочищенным препаратам относятся:

§ настойки;

§ экстракты;

§ соки;

§ эликсиры;

§ настои и отвары.

Настойки, экстракты, соки, эликсиры являются лекарственными формами промышленного производства, настои и отвары – аптечного изготовления.

2. Суммарные очищенные препараты (новогаленовые препараты).

Данная группа содержит комплекс БАВ, максимально освобожденный от сопутствующих веществ.

3. Индивидуальные фитопрепараты (индивидуальные БАВ, выделенные из растений).

СНП – самая древнейшая группа экстракционных препаратов, которая сохранила свое значение до настоящего времени по следующим причинам:

1. Относительная простота и дешевизна изготовления.

2. Простота применения (в основном per os).

3. Содержат не только БАВ, но и сопутствующие вещества, которые, как правило, усиливают действие БАВ (за счет улучшения всасывания).

4. В большинстве случаев оказывают политерапевтическое действие за счет комплекса БАВ и сопутствующих веществ.

Настойки (Tinkturae)

Настойками называются окрашенные жидкие спиртовые или водно-спиртовые извлечения из ЛРС, получаемые без нагревания и без удаления экстрагента. Настойки ведены в медицинскую практику еще Парацельсом и до настоящего времени являются официальной ЛФ. В ГФ XI издания, т. II имеется общая статья «Настойки».

В Государственный реестр лекарственных средств, разрешенных для применения на территории РФ (2004 г.) включено более 40 настоек из ЛРС.

Существует несколько классификаций настоек, основными из которых являются следующие:

1. В зависимости от состава исходного сырья.

Согласно данной классификации настойки подразделяются на:

§ настойки простые, которые изготавливаются из одного вида сырья;

§ настойки сложные, которые изготавливаются из нескольких видов сырья.

Большинство изготавливаемых настоек являются простыми, примерами простых настоек служат:

- настойка красавки;

- настойка валерианы;

- настойка пустырника;

- настойка ландыша и т. д.

К группе сложных настоек относится настойка «Горькая» и др.

Ранее к сложным настойкам относили также эликсиры – совместные спиртовые растворы экстрактов, настоек и др. лекарственных веществ, в настоящее время элексиры рассматриваются в качестве самостоятельной группы экстракционных препаратов.

2. В зависимости от свойств исходного сырья.

По данной классификации настойки подразделяются на:

§ настойки, изготавливаемые из высушенного сырья;

§ настойки, изготавливаемые из свежего сырья.

Большинство настоек изготавливают из высушенного сырья, т. к. процесс получения настоек из свежего сырья носит сезонный характер.

В Государственный реестр 2004 г. включено 8 настоек из свежего сырья.

Например: настойка из свежих корней и корневищ валерианы, входит в состав препарата «Кардиовален».

3. В зависимости от способа приготовления.

       По данной классификации настойки подразделяются на:

§ настойки, полученные извлечением БАВ из ЛРС;

§ настойки, полученные путем растворения сухих и густых экстрактов.

Большинство настоек получают путем извлечения (экстрагирования) БАВ из ЛРС. Способом растворения получают в настоящее время только настойку чилибухи (из группы простых настоек).

Если обобщить все классификации, то большинство настоек выпускаемых в настоящее время относится к простым настойкам, изготавливаемым из высушенного сырья путем извлечения БАВ.

Экстрагентом при получении настоек чаще всего служит этанол 70 % концентрации (настойка ландыша, настойка пустырника, настойка валерианы и т. д.), реже 40 % концентрации (настойка красавки, настойка лапчатки и т. д.), еще реже 90 % концентрации (настойка мяты, настойка стручкового перца) и 95 % концентрации (настойка лимонника).

Согласно требованиям общей статьи ГФ XI издания настойки из не сильнодействующего сырья готовятся в соотношении 1:5, а из сильнодействующего сырья в соотношении 1:10. При этом сырье берут по массе, а настойку получают по объему, т.е. принят массо-объемный способ.

Настойки выпускаются на фармацевтических предприятиях выпускаютсясогласно промышленных регламентов. Качество настоек регламентируется Общей ФС ГФ XI издания «Настойки» и частными ФС или ФСП.