Получение растительных экстрактов

 

Процесс получения растительных экстрактов длителен и сложен. Качество экстракта определяется несколькими факторами:

 

качеством выращиваемого растения;

правильным сбором и хранением растения;

выбором подходящего растворителя (экстрагента);

технологическим процессом экстрации;

контролем качества конечного продукта

правильным введением экстракта в косметическую композицию.

 

Выращивание растений (Сбор и хранение растений)

 

Выбор растительного сырья для последующего экстрагирования сильно влияет на качество и цену получаемого экстракта. Во-первых, необходимо быть уверенными, что всегда для экстракции берут один определенный подвид растения, что особенно важно, если сырье собирают в дикой природе. Например, есть множество подвидов белой березы. Эти подвиды дают экстракты, которые различаются по составу получаемого экстракта качественно и количественно. За счет культивирования растений на больших площадях стало возможным осуществлять сбор, очистку и высушивание растений на промышленной основе, что является предпосылкой для получения высококачественного растительного сырья.

 

выше 30—35 °С, так как при более высокой температуре эти масла улетучиваются. При наличии гликозидов (горицвет, ландыш и др.) сырье необходимо сушить при температуре 50—60 °С, при которой прекращается деятельность ферментов, расщепляющих гликозиды. При наличии флавоноидов температура сушки составляет 70—80 °С. При сушке сырье периодически перемешивают.

В клетках растений в процессе высушивания уменьшается объем цитоплазмы, содержащей практически все активные вещества. Содержимое клетки превращается в плотный комочек, заключенный внутри одеревеневшей клеточной оболочки. Образовавшиеся пустоты заполняет воздух, который потом будет препятствовать проникновению растворителей.

Хорошо высушенное растительное сырье легко ломается и при растирании превращается в тонкий порошок. Хотя оно всегда содержит некоторое количество гигроскопической влаги — от 8 до 15%, это не отражается на качестве высушенного сырья. Сроки хранения высушенного сырья ограничены. Так цветки и травы можно хранить Не более 2 лет, корни, корневища и кору — не более 3 лет.

 

Измельчение растительного сырья

 

Для достижения оптимальных результатов в процессе экстракции сырье должно быть измельчено, при этом должен быть достигнут определенный оптимальный размер частиц и определенная пористость. Грубо размолотое сырье увеличит время экстрагирования и не обеспечит нужного результата экстракции. Слишком мелкие частицы не способны к перколяции (Перколяция — метод извлечения веществ, когда растворитель проходит сквозь сырье (стекает по сырью). При экстрагировании растительное сырье полностью погружается в растворитель.) и могут образовать комки. Однородный размер частиц позволяет добиться оптимальных и воспроизводимых результатов экстракции.

Для измельчения применяют различные мельницы, корморезки, дезинтеграторы и т. д. Для экстракции наиболее удобна фракция растительного сырья с размером частиц 3—5 мм и минимальным количеством растительной пыли. Такой размер частиц дает возможность экстрагенту легче проникнуть во все части растения.

Применение криотехнологии измельчения позволяет получить тонкий помол с повреждением клеточных стенок растений, что ускоряет последующий процесс экстракции и увеличивает полноту извлечения биологически активных веществ в 5—10 раз. Однако при этом значительно возрастает гидродинамическое сопротивление при фильтрации (или при другом способе отделения БАВ) особенно если происходит набухание растительного сырья.

 

 

Выбор экстрагента

 

Активные вещества, содержащиеся в растениях, имеют разные физико-химические свойства в зависимости от своей структуры. Поэтому невозможно применять один и тот же метод экстракции и ИН и тот же экстрагент для получения экстрактов из разных растений. Для каждого конкретного растения разрабатывается своя специфическая процедура экстракции. На основании опытов выбирают лучший растворитель, оптимальную температуру и необходимую длительность экстракции. Эти параметры не должны меняться в процессе производства от партии к партии для обеспечения постоянного качества экстракта. К экстрагенту предъявляются определенные требования. Он должен быть нетоксичным, легко подвергаться регенерации, иметь низкую вязкость, быть сравнительно дешевым. Общими требованиями являются индифферентность экстрагентов по отношению к извлекаемым веществам, хорошая растворяющая способность и минимальная растворимость балластных веществ. Растворитель должен иметь низкое давление пара при рабочей температуре для сокращения потерь при испарении.

Для предотвращения коррозии оборудования экстрагент не должен быть агрессивной средой. Но выбор растворителя должен быть направлен на вещество, которое получится в процессе экстрации. Рассматривая вещества, экстрагирующиеся из растений по степени гидрофильности, их можно разделить на три группы:

растворимые в полярных растворителях — гидрофильные;

растворимые в малополярных растворителях типа;

растворимые в неполярных растворителях — гидрофобные.

 

 

Жидкий растворитель должен проникнуть через клеточную мембрану внутрь растительной клетки, растворить сухое содержимое клетки и выйти из нее в виде раствора необходимых биологически активных веществ. При этом растворитель не должен изменить или разрушить биологическую активность этих природных веществ. Важно также, чтобы вместе с нужными компонентами не были выделены ненужные балластные вещества, чтобы не произошло каких-либо реакций с появлением новых, «неожиданных» соединений. Вместе с тем, в процессе экстракции нужно «захватить» сопутствующие полезные вещества, которые часто усиливают действие основного вещества. Например, действие витамина С значительно усиливается в присутствии флавоноидов.

Разные экстрагенты будут извлекать из растения разные вещества. Например, из травы зверобоя при экстракции водой извлекаются дубильные вещества, обладающие вяжущим действием. При экстракции 70%-ным спиртом извлекаются флавоноиды, а при экстракции 95%-ным спиртом — фенольные соединения. В таблице 18 приводятся данные о растворяющей способности некоторых важных растворителей.

 

 

Наиболее доступными растворителями являются вода и спирт. Они растворяют большинство биологически активных веществ. Классические продукты экстракции — это настои, отвары и спиртовые настойки. Для извлечения жирорастворимых веществ (каротиноидов, эфирных масел, терпеноидов, некоторых витаминов и др.) используют растительные масла (подсолнечное, оливковое миндальное и др.).

 

Способы экстрагирован

 

 В общем случае их можно классифицировать на статические и динамические. В статических способах сырье периодически заливают экстрагентом и настаивают определенное время. Динамические способы экстрагирования предусматривают постоянную смену либо экстрагента, либо сырья.

 

В фармацевтической классификации различают:

 

мацерацию или настаивание;

ремацерацию или неоднократное настаивание,

перколяцию или получение нескольких небольших сливов

экстрагента, общее количество которых соответствует объему вытяжки;

реперколяцию, при которой происходит ряд последовательных перколяций;

циркуляцию, когда из полученной вытяжки отгоняется экстрагент и поступает вновь на экстракцию.

 

Самое высокое количество активных компонентов в экстракте получено методами полной экстракции (перколяция). В этом случае растворитель к сырью добавляют постоянно. Благодаря многоступенчатой диффузии и равновесию достигается очень высокое

 

содержание желаемой фракции активных веществ. На дополнительных стадиях эти экстракты можно сконцентрировать путем распылительной сушки. Полученные таким образом порошкообразные экстракты имеют то преимущество, что они не содержат никаких консервантов.

Биологически активные вещества извлекают из растительного сырья и экстракторах различной конструкции. В экстракторах используют такие приемы, как противоточная экстракция, градиентная экстракция, сочетание экстракции с фильтрацией и др. Описание процессов экстрации природных материалов можно найти в специальной литературе.

С целью увеличения количества экстракта дополнительно применяют некоторые физические и химические воздействия: электрический ток и его разряды, ультразвук, магнитные поля, давление, вакуум, ферменты и т. п. В последнее время на некоторых предприятиях в России и за рубежом используют роторно-пульсационный метод. При этом используется ротор, который вращается со скоростью 10—15 тысяч оборотов в минуту. Сырьё измельчается в кашеобразную массу, которая непрерывно выводится из аппарата и фильтруется. Растительные клетки разрушают действие практически полностью, и из них выделяется практически все содержимое.

 

Очистка экстрактов (удаление экстрагента)

 

Далее полученный экстракт отделяют от твердого остатка. Остатки экстракта из осадка получают при помощи прессования, вымывания или водяного пара.

Для очистки экстрактов и растворов биологически активных веществ применяют такие технологические приёмы как фильтрация, вымораживание, кристаллизация, обработка несмешивающимися растворителями. Универсальным методом очистки растворов от примесей является адсорбция на активированных углях, оксиде алюминия, на различных ионообменных смолах и модифицированных сорбентах. При этом можно применять сорбенты, которые избирательно извлекают биологически активные вещества из растворов, так и сорбенты, избирательно поглощающие примеси.

Концентрирование биологически активных веществ иногда осуществляют с помощью упаривания. Упаривание растворителя под вакуумом дает возможность провести процесс при более низких температурах, что важно для настойки биологически активных веществ. В этих случаях применяют вакуум-циркуляционные аппараты, роторные испарители и пленочные сушилки.

Экономичным методом концентрирования биологически активных веществ являются мембранные технологии. Применяя мембраны с различным диаметром пор, можно достичь разделения экстрагируемых веществ на фракции по размеру частиц.

К перспективным методам относятся криоконцентрирование, лиофильная сушка, при которых используется принцип возгонки растворителя (экстрагента). Температура сушки должна быть не выше 40 °С, чтобы сохранить высокую природную активность выделенных веществ. Упаривание при этом происходит в особо мягких условиях, что позволяет сохранить тонкую структуру БАВ. При температуре выше 55 °С начинают разрушаться белковые вещества, связанные с микроэлементами.

В результате всех этих непростых операций получается сухой экстракт, состоящий из многих биологически активных веществ, который вводят в косметические рецептуры с целью получения того или иного косметического эффекта. Традиционным показателем эффективности процесса экстракции является соотношение между количеством получаемого экстракта и количеством исходного растительного сырья, т. е. процент выхода.