Характеристика экстрагентов. Требования, предъявляемые к экстрагентам: растворяющая способность, селективность, полярность, вязкость, поверхностное натяжение, реакция среды.

⇐ ПредыдущаяСтр 123 из 162Следующая ⇒

Экстрагент в процессе экстракции БАВ играет особо важную роль. Он должен обладать способностью проникать через стенки клетки, избирательно растворять внутри клетки биологически активные вещества, после чего последним необходимо пройти через различные твердые оболочки и выйти за пределы растительного материала. К экстрагентам предъявляются определенные требования, вытекающие из специфических особенностей фармацевтического производства. Экстрагент должен обладать:

избиpательностью, т.е. максимально растворять лекарственные вещества, и минимально - балластные вещества;

высокой смачивающей способностью, обеспечивающей хорошее проникновение его через поры материала и стенки клеток;

способностью препятствовать развитию в вытяжке микрофлоры;

летучестью, возможно низкой температурой кипения, легкой регенерируемостью;

минимальной токсичностью и огнеопасностью;

доступностью по стоимости.

Рассматривая степень гидрофильности веществ, экстрагируемых из растений, их можно (в известных пределах) разделить на растворимые в полярных растворителях – гидрофильные, смешанной группы и растворимые в неполярных растворителях – гидрофобные.

Выбор экстрагента определяется степенью гидрофильности извлекаемых веществ. Для экстрагирования полярных веществ используют полярные растворители: воду, метанол, глицерин; для неполярных – кислоту уксусную, хлороформ, эфир этиловый и другие органические растворители. Наиболее часто в качестве экстрагента применяют этанол – малополярный растворитель, который при смешивании с водой дает растворы разной степени полярности, что позволяет использовать его для избирательного экстрагирования различных биологически активных веществ. Кроме этанола из малополярных растворителей применяют ацетон, пропанол, бутанол.

Необходимо отметить, что экстрагент оказывает влияние не только на экстрагирование какой-то определенной группы веществ, но и общее количество проэкстрагированных веществ зависит от гидрофильности экстрагента. Учитывая, что в растениях большинство веществ относится к гидрофильным, более полярные экстрагенты будут экстрагировать больше веществ.

Определение оптимального экстрагента проводится различными способами. Чаще всего используют экстрагирование сырья различными растворителями и сравнение полученных данных.

Кроме диэлектрической постоянной экстрагента, большое влияние на растворимость и скорость диффузии веществ в нем оказывают и другие физические свойств. Из них наиболее важны вязкость и поверхностное натяжение. Целесообразно поэтому при экстрагировании использовать наименее вязкие растворители.

Вязкость экстрагента. По закону Фика, менее вязкие растворы обладают большей диффузионной способностью. Для уменьшения вязкости при экстрагировании растительными маслами используют подогрев. Используют для этого сжиженные газы – углерода диоксид (СО2), пропан, бутан, жидкий аммиак и др. Наиболее часто используют сжиженный углерода диоксид. Его вязкость в 14 раз меньше вязкости воды и в 5 раз меньше вязкости этанола. Сжиженный углерода диоксид хорошо извлекает эфирные масла и другие гидрофобные вещества. Гидрофильные вещества хорошо экстрагируются сжиженными газами с высокой диэлектрической проницаемостью (аммиак, метил хлористый, метиленоксид и др.).

Классификация и современный ассортимент экстрагентов: вода, этиловый спирт, хлороформ, эфир, ацетон и др. Использование сжиженных газов в производстве экстракционных лекарственных средств.

Из двух равноценных экстрагентов выбирают менее огнеопасный, доступный по цене, фамакологически менее вредный и т.д. Если же экстрагент не удовлетворяет указанным требованиям, то применяют смеси, например, подкисленную воду, спирт с водой, эфир со спиртом и т.п.

Одним из наиболее часто применяемых экстрагентов является вода, которая обладает следующими преимуществами:

хорошо проникает через клеточные оболочки, не пропитанные гидрофобными веществами;

растворяет и извлекает многие вещества лучше других жидкостей;

фаpмакологически индифферентна;

повсеместно распространена;

негоpюча и невзрывоопасна;

доступна по стоимости.

Однако как экстрагент имеет ряд отрицательных сторон, например:

не растворяет и не извлекает гидрофобные вещества;

не обладает антисептическими свойствами, вследствие чего в водных извлечениях могут развиться микроорганизмы, которые способны вызвать порчу получаемого извлечения;

за счет воды происходит гидролитическое расщепление многих веществ, особенно при высокой температуре;

в водной среде ферменты могут расщеплять лекарственные вещества и т.д.

Этиловый спирт - наиболее часто применяемый экстрагент после воды.

Спирт как экстрагент:

является хорошим растворителем многих соединений, которые не извлекаются водой, например жиры, алкалоиды, хлорофилл, гликозиды, эфирные масла, смолы и др.;

обладает антисептическими свойствами (в спиpтоводных растворах более 20% не развиваются микроорганизмы и плесени);

чем крепче спирт, чем менее возможны в его средах гидролитические процессы. Спирт инактивирует ферменты;

достаточно летуч, поэтому спиртовые извлечения легко сгущаются и высушиваются до порошкообразных веществ. Для сохранения термолабильных веществ выпаривание и сушка проводятся под вакуумом;

является лимитированным продуктом, отпускается фармацевтическим производством в установленном порядке;

значительно труднее, чем вода, проникает через стенки клеток, отнимая воду у белков и слизистых веществ, превращая их в осадки, закупоривающие поры клеток и тем самым ухудшает диффузию. Чем ниже концентрация спирта, тем легче он проникает внутрь клеток;

фармакологически неиндифферентен; он оказывает как местное, так и общее действие, что необходимо учитывать при производстве извлечений;

горюч и огнеопасен.

Итак, спирт- экстрагент имеет более широкий диапазон извлечения БАВ, чем вода, причем его извлекающая способность зависит от концентрации. При экстрагировании этанолом в концентрации не менее 70% получают вытяжки, свободные от биополимеров (белков, слизей, пектинов).

Ацетон (СН₃СOСН₃). Бесцветная жидкость с характерным запахом. Относительная плотность 0,798. Кипит при 56,2°С. С водой и органическими растворителями смешивается во всех отношениях. Применяют как экстрагент для алкалоидов, смол, масел и др.

Этиловый эфир (СН₂Н₅ОС₂Н₅). Бесцветная, легкоподвижная жидкость с чрезвычайной летучестью, температура кипения - от 34°до 36°С. Растворим в 12 частях воды, смешивается во всех соотношениях с ацетоном, спиртом, петpолейным эфиром, жирными и эфирными маслами. Удельный вес 0,714 (при 20°С). Пары эфира имеют большой удельный вес (2,56 по отношению к воздуху), они стелются по полу, ядовиты, могут перемещаться и накапливаться на далеком расстоянии от источника испарения эфира. При соприкосновении с огнем или горячими предметами могут дать взрыв большой силы (температура вспышки эфира минус 40°С). Поэтому при работе с эфиром необходимо соблюдение особых мер безопасности, что ограничивает его применение как экстрагента. Этилацетат в смеси с этанолом в соотношении (9:1) используют при жидкостной экстракции флавоноидов в производстве фламина.

Хлороформ (СНСl₃) Бесцветная, прозрачная, легколетучая жидкость, смешивающаяся во всех соотношениях со спиртом, эфиром, бензином, со многими жирными и эфирными маслами, в воде растворима (1:200) и не смешивается с глицерином. Удельный вес 1,52; кипит при 59,5-62°С. Пары хлороформа ядовиты, но не горючи и не взрывоопасны.

Является хорошим растворителем для многих лекарственных веществ: алкалоидов, гликозидов, масел и т.д.

Дихлорэтан (СН₂Сl CH₂Cl). Бесцветная прозрачная жидкость, несмешивающаяся с водой. Имеет запах, напоминающий хлороформ. Плотность 1,252-1,235. Температура кипения 83,0-84,0°С. Смешивается со спиртом и эфиром, жирами, минеральными маслами, смолами. Дихлорэтан малоогнеопасен (температура воспламенения 21,1°С). При вдыхании паров вызывает отравление. Дихлорэтан в смеси с хлороформом (при плотности 1,315) применяется для экстрагирования гликозидов.

Хлористый метилен (СН₂Сl₂). Экстрагент с высокой относительной плотностью –3,33 и температурой кипения 41°С. Применяется для экстрагирования гидрофобных веществ (гликозидов, алкалоидов и др.).

Метанол, метиловый или древесный спирт (СН₃ОН). В настоящее время получается синтетически. Прозрачная бесцветная жидкость со слабым запахом, напоминающим этиловый спирт. Смешивается с водой во всех отношениях, образуя прозрачные растворы без следов помутнения и опалесценции. Плотность не более 0,793. Температура кипения 64-67°С. Сильный яд. Прием внутрь 10 мл вызывает атрофию зрительного нерва, дозы 15-20 мл смертельны. К работе с метиловым спиртом допускаются лишь после специального инструктажа. Хранят в опломбированной таре. Применяется при экстрагировании кумаринов. Для разделения смеси гликозидов используют смесь метанола и воды (плотность 0,9464).

Масла растительные. Применяют масла растительные холодного прессования, хорошо отстоявшиеся; желтого цвета. Чаще всего применяют персиковое, миндальное и подсолнечное масла. Жирные масла смешиваются с эфиром, хлороформом, бензином, эфирными маслами и минеральными маслами. Все масла, кроме касторового, не смешиваются со спиртом и водой. Прогоркают, что влечет за собой повышение кислотного числа. Жирные масла обладают избирательной способностью как экстрагенты.

Сжиженные газы. Перспективными для экстрагирования являются предлагаемые в последнее время сжиженные газы: углерода диоксид, пропан, бутан, жидкий аммиак, хладоны (хлорфторпроизводные углеводородов) и др. Сжиженный углерода диоксид хорошо извлекает эфирные, жирные масла и другие гидрофобные вещества. Гидрофильные вещества хорошо экстрагируются сжиженными газами с высокой диэлектрической проницаемостью (аммиак, метил хлористый, метиленоксид и др.)

Исследованиями показано, что наиболее селективным растворителем в отношении эфирных масел является хладон С318 (ц-С4F8), практически не извлекающий жирных масел. Хладон-11 (CCl₃F), хладон-12 (CCl₂F₂) и хладон-22 (CHClF₂) извлекают эфирные и жирные масла, каротиноиды, терпеноиды и др. природные вещества.

Экстрагирование сжиженными газами проводится под давлением, при снятии которого экстрагент улетучивается, а экстрактивные вещества остаются в чистом виде.

Закономерности экстрагирования капиллярнопористого сырья с клеточной структурой, стадии экстрагирования: проникновение экстрагента в сырье, растворение и десорбция, внутренняя молекулярная диффузия, внешняя молекулярная и конвективная диффузия.

Основу структуры веществ, подвергаемых экстракции в фармацевтическом производстве, составляют капиллярно-пористые системы растительного или животного происхождения. Несмотря на то что клетки y растений и животных специфичны и разнообразны, существуют единые принципы их построения. Все клетки состоят из цитоплазмы, в которой находятся митохондрии, ядро и органоиды клетки (аппарат Гольджи, лизосомы, эндоплазматичесиий ретикулум, рибосомы). Цитоплазма окружена плазматической (клеточной) мембраной, имеющей различную толщину (7,5-15 нм). Животные клетки имеют тонкую эластичную оболочку. У растительных клеток это тонкая, плотная, менее упругая целлюлозная оболочка, окружающая и защищающая истинную клеточную мембрану.

Животные клетки также могут иметь наружные оболочки, состоящие из полисахаридов или гликопротеидов. Помимо механической, защитной, функции оболочка обладает фильтрационными и ионообменными свойствами за счет существования пор, диаметры которых - 0,35-0‚8 нм. Поры имеют структуру длинного извилистого канальца. Мембраны регулируют биохимические процессы в клетках, увеличивая или уменьшая проницаемость. Степень проницаемости растительной клетки лимитируется состоянием оболочки, клеточной мембраны, цитоплазмы и тонопласта, находящегося на границе вакуоли. В живых растительных клетках основное сопротивление массопереносу оказывают мембраны, окружающие цитоплазму, и находящиеся в ней органеллы. Если белки этих мембран и цитоплазмы денатурированы, то основное сопротивление оказывает оболочка клетки.

Особенности извлечения биологически активных веществ из сырья с клеточной структурой связаны с тем, что на пути к веществам, содержащимся в клетке, находится клеточная стенка, физиологическое состояние которой может быть различным. Так, живая растительная клетка имеет пристенный слой протоплазмы определенной толщины. Пристенный слой протоплазмы накладывает отпечаток на свойства клеточной стенки как перегородки (мембраны), отделяющей раствор внутри клетки (клеточный сок) от жидкости вне клетки.

Пока протоплазма жива, клеточная стенка является полупроницаемой перегородкой, не пропускающей наружу вещества, растворенные в клеточном соке. В данном случае возможно лишь проникновение экстрагента внутрь клетки (осмос).

Совершенно по-другому ведет себя мертвая клетка. Вследствие гибели (денатурации) мембраны клеточная стенка теряет характер полупроницаемой перегородки и начинает пропускать вещества в обе стороны. Другими словами, клеточная оболочка (стенка) приобретает свойства пористой перегородки, а процесс извлечения из клетки - характер диализа, т.е. диффузии веществ в молекулярно-ионном состоянии. Некоторые коллоиды и вещества с относительно большим молекулярным весом через перегородку не пройдут.

При экстрагировании растительного сырья почти всегда приходится иметь дело с высушенным материалом, на замачивание (для набухания) которого по регламенту затрачивается от 4 до 6 ч. Указанную операцию можно проводить отдельно, а можно совмещать с последующими стадиями. Необходимость замачивания вызвана малыми скоростями протекаюших явлений.

Экстрагирование лекарственных веществ из растительного сырья представляет сложный физико-химический процесс, состоящий из трех стадий:

1) проникновение экстрагента в растительный материал, растворение и десорбция;

2) внутренняя диффузия;

3) внешняя диффузия.

Процесс набухания начинается с проникновения экстрагента внутрь частичек (кусочков) растительного сырья. Вначале по макро-‚ затем по микротрещинам, по межклеточным ходам и межклеточникам экстрагент достигает клеток и получает возможность диффундировать через клеточные стенки (диализ). По мере проникновения экстрагента в клетку ее содержимое (спавшееся при сушке растения в небольшой комочек) начинает набухать и переходить в раствор (десорбция и растворение). Затем ввиду разницы между концентрацией раствора в клетке и вне ее начинается молекулярный перенос растворенных веществ в обратном направлении, через клеточную стенку (диализ): сначала в экстрагент, находящийся в межклеточниках и межклеточных ходах, а затем в экстрагент, заполняющий микро- и макротрещины, и, наконец, в экстрагент, омываюший кусочек растительного материала.

Механизм диффузии через клеточную мембрану, согласно теории равновесной сорбции, заключается в следуюшем: молекулы диффундирующего вещества сорбируются материалом мембраны, диффундируют через нее и десорбируются с другой ее стороны. При этом скорость диффузии вещества через мембрану лимитируется градиентом концентрации и характеристикой самой мембраны. После выноса веществ из клетки их диффузия фактически становится свободной молекулярной диффузией, правда, ограниченной узкими просветами пор и длиной ходов капилляров выноса веществ к наружной поверхности. Кроме того, дополнительное сопротивление возникает из-за частого соударения частиц со стенками пор.

Весь этот сложный комплекс диффузионных явлений, протекающих внутри кусочков растительного материала, называется внутренней диффузией и характеризуется коэффициентом внутренней диффузии .

где R - 8,32 Дж/град моль;

Т - абс. температура;

- вязкость Н сек./ ;

- радиус частиц в м;

В - поправочный коэффициент.

Величина будет значительно меньше, чем для свободной молекулярной диффузии D. Так, например, если величина коэффициента свободной молекулярной диффузии для большинства природных соединений составляет ‚ то для этих же соединений величина коэффициента диффузии в порах растительного материала на 2-З порядка меньше, что составляет .

Диффузия бывает: молекулярная и конвективная.

На первой стадии экстрагирование из обезвоженного сырья с клеточной структурой начинается с проникновения экстрагента в материал, смачивания веществ, находящихся внутри клетки, растворения и их десорбции. Далее следует молекулярная диффузия. Молекулярная диффузия - это процесс переноса распределяемого вещества за счет хаотического движения самих молекул в неподвижной среде. Внешняя молекулярная диффузия характеризуется коэффициентом молекулярной диффузии D, который определяют из уравнения Эйнштейна:

, где R - универсальная газовая постоянная, равная 8,32 Дж/(град×моль); Nо - число Авогадро (6,06×10²³);Т - температура абсолютная, градК; η - вязкость раствора, Н/с×м²; r - радиус диффундирующих частиц, м; k = R/Nо-постоянная Больцмана.

Коэффициент молекулярной диффузии характеризует способность данного вещества проникать вследствие диффузии в неподвижную среду и увеличивается с повышением температуры и уменьшается с увеличением вязкости среды и размера диффундирующих частиц вещества. Чем меньше радиус диффундирующих частиц, тем быстрее идет диффузия.

На второй стадии идет диффузия вещества от поверхности частицы к наружной поверхности диффузионного пограничного слоя. В настоящее время общепризнанно существование на поверхности кусочков сырья пристенного слоя, экстрагента, называемого диффузионным пограничным слоем. Диффузионный слой оказывает большое сопротивление дальнейшему переносу экстрагируемых веществ в экстрагент. Толщина этого слоя зависит от гидродинамики процесса и, в основном, от скорости перемешивания экстрагента. Чем больше скорость перемешивания, тем меньше толщина пограничного слоя. Внутренняя молекулярная диффузия характеризуется коэффициентом внутренней диффузии (см. выше).

Третья стадия. Конвективная диффузия в отличие от молекулярной обусловлена движением фаз в результате встряхивания, перемешивания, изменения температуры и других внешних воздействий. В жидкой или газообразной среде - это основной вид диффузии, осуществляемой за счет перемещающихся внутри данной фазы конвективных потоков, несущих диффундирующее вещество. Его перенос осуществляется вследствие перемещения отдельных весьма малых (элементарных) объемов жидкой или газообразной фазы, причем вещества внутри этих элементарных объемов переносятся посредством молекулярной диффузии, характерной для неподвижной фазы, которой и является элементарный объем жидкости пли газа. Конвективная диффузия - процесс более быстрый, чем диффузия молекулярная: ее скорость в 10-12 раз выше.

Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 3414; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 118 119 120 121 122123124 125 126 127 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!