VII семестр

1. Способы экстрагирования.

2. Центробежная экстракция.

3. Экстракция сжиженными газами.

4. Очистка первичной вытяжки от балластных веществ

Среди статических и динамических способов экстрагирования выделяют периодические – когда экстрагирование одной или нескольких порций сырья проводится в течение определенного времени, т.е. подача сырья (экстрагента и/или растительного материала) в экстракционные аппараты осуществляется периодически.

К статическим периодическим способам относятся одноступенчатые – мацерация - и многоступенчатые – ремацерация, циркуляция с периодическим сливом (это многоступенчатые прямоточные), а также многоступенчатые противоточные – реперколяция с периодическим сливом по Чулкову.

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

На выход действующих веществ влияют интенсивность и продолжительность УЗ облучения, температура экстрагента, соотношение сырья и извлечение вести в пределах 40 мин. (большая продолжительность почти не повышает выход действующих веществ, но заметно влияет на их стабильность). Оптимальной частотой является 21-22 КГц. Повышение интенсивности ведет к уменьшению выхода. Рекомендуемая плотность облучения – не более 2-2,2 вт/cм². Концентрация твердой фазы – не белее 10%, т.е. 1:10.

Среди многих факторов интенсификации экстракции ведущими являются скоростные изменения температуры и давления. Изменения этих параметров достигаются с помощью различных Физических и электрофизических приемов импульсного магнитного поля (давление 1x10⁹ Па), термического и механического действия лазерного луча на экстрагент с сырьем (2-3х10²²Па), акустического излучения и импульсного электроразряда (до 10⁹Па). Преимущество электрогидравлического эффекта по сравнению с любым из перечисленных методов заключается в большой надежности и воспроизводимости процесса, возможности его автоматизации.

В магнитоимпульсном аппарате амплитудные колебания передаются через диск 1, лежащий на индикаторе 2, соединенном с помощью прочной штанги 3 с поршнем 4. Поршень движется в рабочей камере экстрактора, наполненного под нижнюю плоскость поршня экстрагентом ("зеркало" в перколяторе). При подаче импульса в индикатор наведенное электромагнитное поле выталкивает диск 1, который через штангу 3 поднимает поршня. Происходит множественный разрыв жидкой среды, повторяющиеся с частотой подачи электроимпульса в катушку индикатора.

При пробое жидкости специально сформированным высоковольтным импульсным разрядом в её толще возникают сверхвысокие ударные гидравлические давления порядка 1х10⁸-1х10¹⁰ атм., и мощные кавитационные процессы. Этот метод позволяет создавать мощные гидравлические удары с заданной частотой – от долей Гц до нескольких десятков кГц. Продолжительность каждого удара – несколько сотых 50-100 мкс долей секунды КПД преобразования электроэнергии в этих установках более 90%.

Эта модификация предусматривает эпизодическое изменение разности концентраций на границе раздела фаз за счет обновления экстрагента. При этом экстрагент (5^х или 10^х - кратные объемы) разделяется на порции и время настаивания, т.е. 7 суток, тоже расчленяется на периоды, а именно: если экстракт готовится в соотношении 1:5 то вначале растительный материал экстрагируется 4-ро суток трех кратным объемом экстрагента, после прессования экстракция осуществляется 1^х-кратным объемом чистого экстрагента в течение 2 суток и наконец в течение 1-х суток – оставшимся однократный объемом экстрагента. Т.о. в сумме время экстракции составляет 7 суток, количество экстрагента – 5 объемов. Если же экстракт готовится в соотношении 1:10, тогда указанные объемы экстрагента удваиваются, т.е. 6:2:2, что в итоге даст 10-кратный объем. Из статических многоступенчатых методов в производстве используется метод Н.А. Чулкова – противоточная ремацерация с незаконченным циклом.

Из динамических (периодических) методов в производстве используется одноступенчатый периодический способ – перколяция.

Наименование метода происходит от лат. percolare – процеживать, обеспечивать.

Перколирование ведется до "полноты" истощения, т.е. до такой степени, когда в сырье остается настолько малое количество действующих веществ, что дальнейшее извлечение становится экономически нецелесообразным. Полноту истощения определяют визуально по обесцвечиванию перколята (извлечения) или качественными реакциями на действующие вещества – алкалоиды, таннаты, гликозиды, кислоты и т.п. После этого извлечение разбавляется чистым экстрагентом, если его объем получился меньше расчетного или содержание действующих веществ выше стандарта.

Из методов в галеновом производстве более широко применяются периодические многоступенчатые методы реперколяции (с законченным или незаконченным циклами) сущность которых заключается в использовании батарей диффузоров (перколяторов). При этом извлечение из одного перколятора используется для перколирования сырья в следующем перколяторе (диффузоре). Таким образом, экстрагент, проходя через такую батарею диффузоров с сырьем, насыщается действующими веществами в необходимом количестве.

Сырье, разделенное на равные части, загружают в перколяторы. В 1-м перколяторе сырье замачивают для набухания в течение 4-6 ч, после чего в перколятор подают экстрагент до “зеркала” и настаивают 24 ч. Затем перколируют в отдельную емкость, получая 80% готового продукта (Г.П.1 — 80%) по отношению к массе сырья в этом перколяторе.

Реперколяция по методу Босина. Сырье загружают в равных количествах в каждый перколятор батареи. Сырье в 1-м перколяторе экстрагируют чистым экстрагентом, в последующих - отпусками после извлечения сырья из предыдущих перколяторов. Число перколяторов подбирают таким образом, чтобы количество продукта при получении вытяжки из последнего перколятора было в объеме, равном всей массе экстрагируемого материала, т. е. 1:1.

Реперколяция с делением сырья на неравные части по фармакопее США и Германии. Эти варианты реперколяции официнальны в указанных странах.

Всего получают 20 t-30-l-50 - 100% готового продукта на 100% исходного сырья, т. с. 1:1.

Метод реперколяции по Чулкову был предложен в 1943 г. и нашел применение в фармацевтических производствах, длительно работающих по этой схеме. Экстрагирование проводят в батарее из 4-х и более перколяторов. Различают два периода: в пусковой период ежедневно загружают по одному перколятору и слив готового продукта не производят. В каждый перколятор загружают равное количество сырья, которое предварительно заливают равным количеством чистого экстрагента (для 1-го перколятора) или извлечением, полученным из предыдущего перколятора (для 2-го и всех последующих перколяторов). Набухшее сырье загружают в первый (хвостовой) перколятор, заливают экстрагентом до зеркала и оставляют на сутки. На следующий день из первого перколятора сливают извлечения в два приема: первое извлечение — в объеме, равном массе сырья, загруженного в перколятор, используемое для замачивания сырья для второго перколятора, и второе извлечение – в двойном объеме по отношению к массе сырья, используемое для настаивания сырья во втором перколяторе. В это время в первый перколятор подают свежий экстрагент в количестве, равном сумме извлечений. На третий день из второго перколятора собирают также два извлечения: для работы с сырьем, предназначенным для загрузки в третий перколятор. Во второй перколятор подают вытяжки из первого перколятора, а в него снова подают свежий экстрагент. Далее процесс проводится аналогично. Через сутки после загрузки последнего перколятора начинается рабочий период. В это время из последнего перколятора сливают первую порцию готового продукта в объеме, равном массе сырья в этом перколяторе. Одновременно из первого перколятора сливают все вытяжки.

Вторая и третья порции свежего экстрагента V₁=V₂ могут быть определены из уравнения:

В СНГ получила распространение модификация противоточного многоступенчатого экстрагирования, разработанная во ВНИИФ: сырье укладывают в три экстрактора – диффузора. В 1-й экстрактор экстрагент заливают до "зеркала" настаивают 24 часа, вытяжку сливают и ею заливают сырье во 2-м экстракторе, одновременно заливают экстрагент и в 1-й экстрактор. Оба экстрактора оставляют на 2 ч, затем вытяжки из второго вливают и заливают ею сырье в 3-м экстракторе со свежим сырьем, вытяжку из первого экстрактора сливают во второй, настаивают 2 часа. Сырье из 1-го экстрактора отжимают. Через 2 часа из третьего экстрактора получают первую партию готового продукта. Вытяжку из второго вновь сливают и заливают в 3-й экстрактор и настаивают 2ч; сырье из второго отжимают. Через 2 часа из 2-го экстрактора получают вторую партию готового продукта. Сырье отжимают и все сливы и отжимы объединяют, отстаивают 7 сут., и фильтруют.

Противоточный метод экстракции периодического действия. Работа такой батарей экстракторов делится на пусковой период, рабочий и остановочный в конце производства. Рабочий метод может продолжаться месяцами или даже годами.

Пусковой период: растительный материал загружают в 1 экстрактор и сюда из напорного бака А через краны 2,19 заливают экстрагент. Настаивают при закрытых кранах 7 и 2. Затем таким же способом загружают экстрактор VI, куда из бака А через краны 2, 19, 13 и 24 подают экстрагент. Заполненный экстрактор оставляют для настаивания. Потом по предыдущему способу заполняют экстракторы V, IV и III. Экстрагент из бака А протекает последовательно через все экстракторы, постепенно насыщаясь. Из экстрактора III он вытекает в бак Б уже максимально насыщенным - концентрированным. Затем включают экстрактор II и отключают экстрактор I .

Рабочий период: начинается со второго оборота экстрактора I. При этом его отключают от батареи, выгружают истощенный материал, отливают сырье. Экстрактор I загружают свежим растительным сырьем. Тем временем из бака А свежий экстрагент поступает в экстрактор VI, где находится максимально истощенное сырье. В данном случае этот экстрактор называется хвостовым. Извлекатель через краны 1, 24, 18, 23, 17, 22, 16, 21, 15 экстракторов VI, V, IV, III и II, насыщается экстрактивными веществами, и его спускают через краны 14,25,31 в бак Б. Экстрактор II, содержащий наименее истощенное сырье, из которого выпускают извлечение, называют головным.

После истощения материалов экстракторе VI, его отключают от батареи для выгрузки истощенного сырья и загрузки нового. В то же время включают экстрактор I со свежим материалом. Теперь хвостовым становится V-экстрактор, а головным I-й, из которого в бак Б спускают концентрированное извлечение и т.д.

Непрерывное экстрагирование (динамические методы прямо- и противоточные с движением экстрагента и/или сырья непрерывно).

В СНГ освоена экстракция растительного сырья жидкой СО₂, при комнатной температуре (не более 28°С) и давлении 65-70 атм. Вязкость жидкой СО₂ в 14 раз меньше воды, в 65 раз - этилового спирта. Температура кипения сжиженного СО₂ лежит в пределах от -55,6 до +31°С. Это позволяет быстро удалять газ из вытяжки и сохранять экстрагированные вещества в вытяжке без изменений.

В химическом отношении сжиженная СО₂ проявляет полную индифферентность по отношению к сырью, извлекаемым веществам, материалам аппаратуры. Пожаро- и взрывобезопасна. Количественный выход действующих в-в при извлечении сжиженными газами достигает 88-98%, что выше, чем у известных способов экстракции.

Основным элементом установки является вертикальная колонка, состоящая из ряда последовательных соединенных камер 1, 2, 4, 5, 8. Камера 1 для замачивания сырья СО₂-жидкой, камера 2 пониженного давления для взрывного разрушения сырья; экстрактор 4, испаритель 5 для освобождения шрота от СО₂; камера 6 пониженного давления для удаления из шрота остатков растворителя.

Внутри колонны снизу вверх движется непрерывная цепь контейнеров 7 с сырьем. Растительное сырье загружается в сетчатые корзины, которые вставляются в контейнеры. Последние входят в камеру 1, где происходит пропитка сырья СО₂-жидкой. Поступающее из сборника 15 насыщенное сырье затем переходит в камеру 2, где поддерживается пониженное давление. В результате резкого изменения давления сжиженный газ, содержащийся в сырье, резко меняет агрегатное состояние, вызывает разрушение сырья и понижение температуры.

Пары СО₂ отводятся через циклон 3. Измельченное сырье переходит в экстрактор 4, где осуществляется противоточный контакт сырья с растворителем, последний из сборников 15. Полученная вытяжка через фильтр 10 поступает в дистиллятор 12, из него пары поступают вновь в конденсатор 16, а экстракт периодически отбирается через нижний вентиль.

Растительное сырье после экстракции перемещается в камеру 5, где осуществляется испарение из шрота остатков сжиженного СО₂, перегретым водным паром. Оставшаяся в шроте СО₂ в камере 8 сбрасываются через циклон 6 в далее на сжижение в конденсатор 16. После выхода контейнеров из колонны на опускающейся ветви цепи происходит их разгрузка.

Схема заводской установки: экстракторы-диффузоры, имеющие форму удлиненных перколяторов, диаметром – 20-30 см., высотой – 1,5 м, толщиной стенок 5 см, сделаны из нержавеющей стали. Загрузочные и разгрузочные концы диффузоров герметизируются крышками на болтах. Трубопроводы соединяют диффузоры с испарителем через фильтр, соединяют с компрессором, с конденсатором-холодильником, мерником с жидкой СО₂, с баллонами с СО₂, и с диффузорами. Диффузоры включены параллельно.

Работа начинается с измельчения сырья, для чего оно дробится на мельнице эксцельсиор или дезинтеграторе, порошкуется до мельчайшего порошка или до мелкого (0,05-0,125-0,5 мм) на вальцовой, шаровой мельнице или сжиженным газом. В этом случае материал после вальцев помещается в автоклав, герметизируется, пропитывается жидкой СО₂, а затем резко сбрасывается давление – жидкость мгновенно вскипает, наподобие пропелента в аэрозолях, разрывая при этом частицы на мельчайшие частицы.

Сухой растительный материал загружается в экстракторы, герметизируется, создается давление газообразной СО₂ из баллонов до 60-70 атм., затем сверху подается жидкая СО₂ в 3-6-кратном объеме от количества сырья (при закрытых нижних кранах) и настаивается при комнатной температуре в течение 15 минут – 1,5-3 часов, в зависимости от свойств сырья и действующих или экстрактивных веществ. Мицелла (извлечение) пропускается через фильтр, подается в испаритель, экстрагент уваривается при комнатной температуре (в паровую рубашку подается теплая вода – 25-40°С). Газообразная СО₂, по трубопроводу нагнетается в конденсатор, где вновь превращается в жидкость и снова подается на материал. После истощения материала в 1-м диффузоре подключается 2-й, а 1-й заполняется новой порцией сырья и т.д.

На такой установке получен предложенный Пятигорским ФИ-том СО₂ - экстракт валерианы – темно-зеленая маслянистая жидкость с характерным запахом и пряно-жгучим вкусом; растворима только в органических растворителях. Содержит около 19% эфирного масла, 15% валериановой кислоты; физиологическая активность соответствует фармакопейным требованиям, ее можно таблетировать, готовить настойку (0,5% раствор в спирте). Выход – 2,2% от сырья.

При экстрагировании растительного материала водой или слабыми водно-спиртовыми растворами извлекаются кроме действующих веществ и такие балластные, как слизи, пектиновые, белковые вещества, полисахариды, которые не способствуют устойчивости и качеству экстрактов. Разлагаясь при хранении эти примеси придают экстрактам нехарактерный запах, растворы таких экстрактов мутятся.

При удалении балластных веществ из водных извлечении применяют различные приемы.

3) Для интенсификации процесса отстаивания используют осветлители, такие как фильтровальная бумага, размоченная в воде, суспензия талька (2%), каолина (5%), бентонита, порошка целлюлозы и другие, которые адсорбируют на своей поверхности взвешенные частицы, пигменты, смолы. Укрупненные таким образом комочки быстрее оседают на дно. Для этой цели ни в коем случае не применяется активированный уголь! – он адсорбирует алкалоиды, гликозиды и др. действующие вещества и пигменты.

б) извлечение выпаривают до 1/2 объема по отношении к массе растительного сырья, а затем добавляют 2-х кратный объем спирта по отношению к экстракту. После отстаивания фильтруют и упаривают фильтрат.

Спиртовые извлечения из растительного материала, как правило, содержат смолистые вещества, пигменты антоцианы, каротины, хлорофилл, флавоны и др. (воски, стерины, церин, жиры, бальзамы и т.п.).

На ГЛАВНУЮ

к оглавлению