Факторы, влияющие на полноту и скорость извлечения действующих веществ при приготовлении отваров
Nbsp;
Характеристика водных извлечений из лекарственного растительного сырья (ЛРС) как лекарственной формы и дисперсной системы, достоинства и недостатки
Настои, отвары и чаи представляют собой свежеприготовленные водные извлечения из лекарственного растительного сырья, сборов, растительных чаев, а также водные растворы сухих или жидких экстрактов (концентратов) для внутреннего и наружного применения.
Растительные чаи состоят из одного или более измельченного, реже цельного, лекарственного растительного сырья и предназначены для приготовления жидких лекарственных средств для орального применения после изготовления водных извлечений. Лекарственное растительное сырье, входящее в состав растительного чая, должно соответствовать требованиям обще и частной статьи.
Растительные чаи должны выдерживать требования статей «Лекарственное растительное сырье цельное или измельченное фасованное» (если в состав входит одно лекарственное растение) и «Сборы» (если в состав входит смесь лекарственных растений».
Сборы представляют собой смеси нескольких видов измельченного, реже цельного, фасованного лекарственного растительного сырья, иногда с добавлением солее, эфирных масел, с определенным действием, предназначенные для применения в лечебных целях после изготовления водных извлечений.
В современной медицинской практике настои и отвары находят довольно широкое применение. Они используются как сами по себе, так и в составе сложных лекарственных форм в сочетании с разнообразными действующими веществами. Их назначают внутрь в виде микстур и наружно - в качестве примочек, полосканий, ванн и т.д. По своей физико-химической природе водные вытяжки являются сочетаниями истинных, коллоидных растворов и растворов ВМС, извлеченных из растительного сырья, а также эмульсий и суспензий. Следовательно, водные вытяжки представляют собой полидисперсные системы, что должно быть учтено при добавлении к ним действующих веществ.
|
|
|
Настои, отвары и чаи характеризуются рядом преимуществ: более редкое и легкое по характеру побочное действие.
Настои, отвары и чаи более дешевые по сравнению с другими лекарственными формами, а, значит, и проводимое ими лечение более дешевое.
Важным моментом является также сравнительно быстрая и простая технология водных вытяжек, не требующая сложного оборудования и, следовательно, доступная любой аптеке.
Вместе с тем, настои, отвары и чаи имеют ряд недостатков: наблюдается большая вариация в содержании биологически активных веществ в лекарственных растениях и в получаемых из них лекарственных средствах. Разница в содержании действующих веществ в полученных водных вытяжках обусловливает в себе риск не достичь оптимального эффекта. Этот риск дополнительно увеличивается, когда в относительно широком диапазоне варьирует и дозировка.
|
|
|
Значительным недостатком отваров, настоев и чаев является их нестойкость при хранении: они быстро подвергаются микробной порче, так как содержат обильное количество питательных веществ (сахар, крахмал, слизь, протеины и т.д.), являющиеся благоприятной средой для развития микроорганизмов. В водных вытяжках может происходить коагуляция ВМС и коллоидов, химическое разрушение некоторых действующих веществ.
И еще одним затруднительным моментом является невозможность проведения аналитического контроля приготовленного настоя, отвара и чая.
Механизм извлечения биологически активных веществ из ЛРС
Процесс извлечения начинается с проникновения экстрагента внутрь частичек (кусочков) растительного сырья. Вначале по макро-, затем микротрещинам, по межклеточным ходам и межклеточникам экстрагент достигает клеток и получает возможность диффундировать через клеточные стенки. Это первая стадия извлечения - диализ, или эндоосмос.
|
|
|
По мере проникновения экстрагента в клетку ее содержимое, спавшееся при сушке растения в небольшой комочек, начинает набухать и переходить в раствор. Многие вещества в растении находятся не в свободном состоянии, а связаны, адсорбированы на растительном материале. Чтобы извлечь действующие вещества, экстрагент должен обладать свойством десорбента. Таким образом, на второй стадии происходит десорбция и растворение действующих веществ. Вторая стадия заканчивается образованием "первичного сока".
Затем вследствие разницы между концентрацией раствора в клетке и вне ее начинается молекулярный перенос растворенных веществ в обратном направлении через клеточную стенку. Третья стадия называется массопереносом.
В процессе извлечения преобладают диффузионные явления, основанные на выравнивании концентрации между растворителями (экстрагент) и раствором веществ, содержащихся в клетке. Различают диффузию: 1) молекулярную и 2) конвективную.
Молекулярной диффузией называется обусловленный хаотическим движением молекул процесс постепенного взаимного проникновения веществ, граничащих друг с другом и находящихся в макроскопическом покое.
|
|
|
Влияние факторов на процессы диффузии математически может быть выражено уравнением Щукарева-Фика:
(16.1)
где dS/dt - скорость диффузионного процесса, кг/м;
D - коэффициент молекулярной диффузии, показывающий количество вещества в кг, которое продиффундирует за 1 с через поверхность в 1 м2 ,при толщине слоя 1 м и разности концентраций в 1 кг/м3;
F - поверхность раздела фаз (суммарная площадь измельченного растительного сырья), в м2;
dС - разность концентраций на границе раздела фаз, кг/м3;
dх - изменение толщины диффузионного слоя), м2;
- - знак минус обозначает, что процесс направлен в сторону уменьшения концентрации.
Согласно этому уравнению, количество продиффундировавшего вещества прямо пропорционально разности концентраций, поверхности раздела фаз, времени диффузии, коэффициенту диффузии и обратно пропорционально толщине слоя.
Математическое выражение коэффициента диффузии было дано Энштейном:
(16.2)
где R - газовая постоянная 8,32 Дж/(град.моль);
T - абсолютная температура;
N - число Авогадро (6,06 ·1023 );
η- вязкость, в н/(с· м);
r -радиус диффундирующих частиц, в м.
Из приведенного уравнения видно, что коэффициент диффузии увеличивается с повышением температуры и уменьшается с увеличением вязкости среды и размера частиц вещества.
В практике численные значения коэффициентов молекулярной диффузии берут из справочников или специально рассчитывают.
Конвективный перенос вещества происходит в результате сотрясения, изменения температуры, перемешивания и т.д., то есть, причин, вызывающих перемещение жидкости, а вместе с ней и растворенного вещества в турбулентном потоке. Механизм конвективной диффузии состоит в переносе вещества в виде отдельных небольших объемов его раствора, причем внутри этих малых объемов имеет место и молекулярная диффузия. Конвективная диффузия подчиняется закону, согласно которому скорость конвективной диффузии возрастает с увеличением поверхности контакта фаз, разности концентраций, продолжительности процесса и коэффициента конвективной диффузии. Математически эта зависимость выражается следующим образом:
dS (16.3)
где β- коэффициент конвективной диффузии, представляющий собой количество вещества, переносимое за 1 с через поверхность в 1 м кв., при разности концентраций, равной 1 кг/м куб.;
S - количество вещества, перешедшего из жидкой фазы в поток другой жидкости в кг;
F - поверхность раздела в м2;
C-c - разность концентраций вещества, переходящего в поток, у поверхности раздела фаз (С) и в центре движущегося потока (с), в кг/м3;
t - время в с.
При конвективной диффузии размер молекул диффундирующего вещества, вязкость растворителя, кинетическая энергия молекул становятся второстепенный. Главным для скорости конвективного переноса вещества становятся гидродинамические условия, т.е. скорость и режим движения жидкости.
Эти положения относятся к так называемой свободной диффузии, т.е. к такому случаю, когда между соприкасающимися растворами или жидкостями нет никаких перегородок, иначе говоря, когда молекулярная и конвективная диффузии протекают свободно, не встречая на своем пути каких-либо преград.
Процесс же извлечения биологически активных веществ из растительного сырья осложняется рядом особенностей.
Клеточная стенка имеет свойства пористой перегородки, а извлечение - характер диализа, т.е. диффузии через пористую перегородку. При этом процесс извлечения приобретает свои особенности. Прежде всего наличие пористой перегородки отражается на скорости диффузии - снижает ее. Через поры перегородки могут пройти только те вещества, частицы которых не превышают определенных размеров. Наконец, имеется еще одна существенная особенность - явление десорбции, наблюдаемое в клетке после проникновения в нее экстрагента, поскольку вещества внутри клетки связаны силами притяжения и необходимо прежде всего преодоление этих адсорбционных сил субстрата.
Весь этот сложный комплекс диффузионных явлений, протекающих внутри кусочков растительного материала, называют внутренней диффузией. В основном он слагается из диффузии через пористую перегородку (стенка мертвой клетки) и свободной молекулярной диффузии. Это дает возможность применить уравнение Фика к количественной характеристике экстракции, но лишь с поправкой на имеющиеся особенности.
Для выражения величины коэффициента диффузии в порах растительного материала в уравнение Эйнштейна для свободной диффузии нужно вводить поправочный коэффициент В, учитывающий все осложнения процесса.
(16.4)
Тогда в уравнение Фика для переноса вещества в порах растительного материала вместо коэффициента свободной диффузии нужно будет поставить значение коэффициента внутренней диффузии (Dвн).
Для количественной оценки общего переноса вещества существует понятие "массопередача".
Массопередача так же, как молекулярная и конвективная диффузии, означает перенос вещества при отклонении системы от равновесия из фазы с большей концентрацией в фазу с меньшей концентрацией. Эта разность концентраций является движущей силой процесса массопередачи. Кроме того, скорость перехода вещества пропорциональна поверхности соприкосновения фаз. Математически эта зависимость выражается формулой:
(16.5)
где К - коэффициент массопередачи, означающий количество вещества, переносимое за 1 с через поверхность в 1 м при разности концентраций, равной 1 кг/м ;
dS/dτ - скорость массопередачи;
F - поверхность соприкосновения фаз, в м2;
τ- время, в с;
С-с - движущая сила процесса массообмена - разность концентраций вещества, переходящего из одной фазы в другую, в кг/м3.
Из этого уравнения следует, что количество вещества, переходящее в единицу времени из одной фазы в другую, пропорционально коэффициенту массопередачи, поверхности контакта фаз, продолжительности процесса и разности концентраций. Коэффициент массопередачи суммирует все величины, являющиеся количественными характеристками трех перечисленных выше этапов диффузионного пути в процессе экстракции.
Связь коээфициента массопередачи и коэффициентов всех видов диффузии определяется следующим уравнением:
(16.6)
где 2r - толщина частицы растительного сырья;
n - коэффициент;
Dвн- коэффициент внутренней диффузии;
D - коэффициент молекулярной диффузии;
S - толщина диффузионного пограничного слоя;
В - коэффициент конвективной диффузии.
Анализ уравнения показывает, что при отсутствии конвекции коэффициент конвективной диффузии равен нулю, а толщина диффузионного слоя становится равной толщине всего экстрагента. Значит, третий этап диффузии отпадает, а коэффициент массопередачи определяется только внутренней диффузией и свободной молекулярной диффузией в неподвижной жидкости. Такое явление наблюдается при мацерации без перемешивания. Указанный способ экстракции самый длительный.
В том случае, когда экстрагент перемещается хотя бы с незначительной скоростью, коэффициент массопередачи определяется количественными характеристиками всех трех этапов диффузионного пути. Скорость этого способа экстракции выше, так как уменьшается слой неподвижной жидкости и появляются конвекционные токи, способствующие переносу вещества. Такой способ экстракции характетерен как раз для получения настоев и отваров.
И, наконец, в некоторых случаях могут отсутствовать второй и третий этапы диффузионного пути. Это явление возможно при больших скоростях перемещения жидкости. В этом случае коэффициент конвективной диффузии возрастает до бесконечности, т.е. конвективный массоперенос осуществляется мгновенно и, следовательно, третий член уравнения отпадает. Вместе с тем становится равной нулю и толщина диффузионного слоя, поэтому второй член уравнения также отпадает. Коэффициент массопередачи в таких случаях определяется только коэффициентом диффузии в порах растительного сырья. Типичным примером этого способа экстракции является вихревая экстракция.
Факторы, влияющие на полноту и скорость извлечения действующих веществ при приготовлении отваров
Стандартность сырья
Для приготовления водных извлечений используют стандартное сырье или сырье повышенной кондиции. Чаще всего речь идет о сырье, содержащем алкалоиды и сердечные гликозиды. Содержание алкалоидов в растительном сырье выражается в процентах. Сырье, содержащее сердечные гликозиды, подвергается биологической стандартизации. Его активность выражается в единицах действия - кошачьих, лягушачьих, голубиных. ЛЕД (лягушачья единица действия) - наименьшая доза препарата, вызывающая у подопытных лягушек в течение 1 часа остановку сердца в систоле. При использовании сырья с повышенным содержанием действующих веществ его следует брать в меньшем количестве. Для расчета используют формулу:
(16.7)
где Х - количество сырья повышенной кондиции;
А - прописанное количество растительного сырья;
Б - фактическое содержание гликозидов или алкалоидов в 1 г сырья;
В - стандартное содержание гликозидов или алкалоидов в 1 г сырья.
Степень измельчения сырья
Диффузионный процесс, основанный на непосредственном контакте экстрагента с содержимым клеток, осложняется тем, что клетки, содержащие действующие вещества, отделены от экстрагента значительным рядом клеток растительного материала: эпидермиса, пробки, коры. Для облегчения диффузионного процесса сырье должно быть измельчено. Этим достигается значительное увеличение поверхности соприкосновения между частицами сырья и экстрагентом. Казалось бы, чем больше поверхность, тем больше выход действующих веществ.
Однако практика показала, что очень тонкое измельчение растительного материала в некоторых случаях приводит к противоположному результату - ухудшению процессов извлечения. При чрезмерно тонком измельчении сырье может слеживаться, а при содержании слизистых веществ - ослизняться. Через такие массы экстрагент будет проходить чрезвычайно плохо. Резко увеличивается количество разорванных клеток. Это влечет за собой вымывание высокомолекулярных веществ (белки, пектины) и переход большого количества взвешенных частиц. В результате вытяжки получаются мутными, трудноосветляемыми и плохо фильтруемыми.
Таким образом, степень измельчения должна устанавливаться с учетом морфологических особенностей перерабатываемого сырья и химической природы содержащихся в нем веществ.
То в соответствии с требованиями ГФ РБ Т. I, С. 29 сырье, используемое для приготовления настоев и отваров, должно иметь степень измельчения (5600) (номер сита соответствует стороне квадратного отверстия сита в мкм); сырье, используемое для приготовления чаев, должно иметь степень измельчения (2000).
Листья толокнянки и брусники, используемые для приготовления настоев и отваров, измельчают до степени измельчения (2400).
Побеги багульника болотного, используемые для приготовления настоев и отваров, измельчают до степени измельчения (4000).
Сырье, входящее в состав сборов, измельчают и просеивают по отдельности. Если иного не указано в частной статье, то сырье, используемое для приготовления настое и отваров, должно иметь измельчённость (5699).
Разность концентраций
Поскольку разность концентраций является движущей силой диффузионного процесса, необходимо во время экстракции постоянно стремиться к максимальному перепаду концентраций. В процессе настаивания вокруг частичек сырья постепенно повышается содержание извлекаемых веществ. Если экстрагент неподвижен, вокруг частицы образуется область с высокой концентрацией экстрагируемых веществ. Разность концентраций резко снижается. Это является причиной уменьшения движущей силы.
Простейшим приемом интенсификации процесса извлечения является перемешивание настаиваемой массы. С учетом этого в рекомендуется при производстве водных извлечений настаивание сырья проводить при частом помешивании.
Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 1755; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!