Анатомическое (или гистологическое) строение растительного материала
8.Теоретические основы процесса экстрагирования растительного сырья
Для получения различных видов фитохимических препаратов применяют преимущественно высушенный растительный материал. Свежие растения используют в небольшом количестве (в основном для получения фитонцидных препаратов и соков) из-за сложности их хранения и транспортировки, а также быстрого разложения в них лекарственных веществ. Как известно, растительный материал, подвергнутый сушке, претерпевает значительные изменения: из клеточного сока получают сухой остаток, внутренняя часть клетки заполнена воздухом, клеточная стенка и мембраны органоидов клетки после сушки приобретают свойства пористых перегородок. При обработке измельчённого растительного материала экстрагент за счёт смачивания и капиллярных сил проникает через поры внутрь клетки, вытесняя воздух. Большое значение в процессе экстрагирования имеют поверхностное натяжение и вязкость растворителя. Впитываясь, жидкость должна растекаться по поверхности клетки, что приводит к значительному увеличению поверхности соприкосновения и ускоряет процесс растворения экстрагируемых веществ. Чем больше поверхностное натяжение экстрагента, тем труднее пропитывается жидкостью растительный материал.
Растворитель внутри клетки вступает в контакт с клеточным содержимым. При этом растворимые вещества растворяются, высокомолекулярные соединения (ВМС) и коллоидные вещества набухают, далее неограниченно набухающие ВМС переходят в золь, а часть гелей пептизируется. Степень набухания сырья зависит от химической природы жидкости. Наиболее сильное набухание вызывает вода, наименьшее — неполярные растворители (масло, бензин и др.). Набухаемость сырья при экстрагировании спиртом зависит от содержания в нём воды. Являясь гидрофильным веществом, спирт вступает в конкуренцию с клеточным коллоидом за воду. Из наружных разрушенных растительных клеток экстрагент вымывает растворимые и нерастворимые вещества (крахмал, слизь, белки, пектиновые вещества и др.). Через макропоры клеток протекает процесс диффузии, а через микропоры оболочки клеток — процессы осмоса и диализа.
• Осмос — диффузия молекул растворителя через пористую перегородку, разделяющую раствор и растворитель, до выравнивания концентраций экстрагируемых веществ.
Диализ — диффузия через полупроницаемую пористую перегородку низкомолекулярных веществ до выравнивания концентраций.
Таким образом, в клетку проникает извлекатель, а через оболочку в извлечение — различные соли и другие соединения. В результате в клетке создаётся концентрированный раствор — «первичный сок». Благодаря разности осмотических давлений растворимые вещества выходят из клетки, а в неё проникает растворитель; «сталкивание» процессов осмоса и диализа приводит к набуханию растительного материала. веществ в клетке и вне её. Следовательно, экстракция веществ никогда не проходит полностью, т.е. в растительной клетке всегда остаётся часть растворимых веществ.
• Выход экстрагируемых веществ зависит от соотношения фаз и метода экстракции. Для уменьшения потерь лекарственных соединений извлечение из клеток растительного материала часто осуществляют принудительным методом (прессованием обрабатываемого растительного сырья или отжатием его на центрифугах).
• В процессе экстракции сочетаются две фазы: твёрдая (растительный материал) и жидкая (экстрагент). Протекание диффузии обусловлено различным содержанием растворимых веществ в указанных фазах и заключается в переходе вещества из твёрдой фазы в жидкую. Процесс перехода веществ из одной фазы в другую называют массообменом, или массопередачей, в изолированной замкнутой системе, состоящей из двух или большего количеств фаз. Он возникает самопроизвольно и протекает до тех пор, пока между фазами в данных условиях температуры и давления не установится подлинное динамическое фазовое равновесие, при котором в единицу времени из первой фазы во вторую переходит столько же молекул, сколько в первую из второй. По характеру диффузии различают три основных этапа экстракции.
1. Диффузия экстрактивных веществ из внутренней части клеток к их поверхности.
2. Диффузия веществ через ламинарный подслой, окружающий частицу и возникающий за счёт сил трения (сил вязкости) экстрагента при протекании через слой сырья.
3. Конвективный перенос экстрактивных веществ от наружной поверхности ламинарного подслоя в общий поток растворителя.
Конвективная (принудительная) диффузия тем эффективнее, чем интенсивнее гидродинамический режим (перемешивание и циркуляция). От гидродинамического режима зависит и толщина ламинарного подслоя.
15. Факторы, влияющие на процесс экстрагирования
На процесс экстрагирования растительного материала оказывает влияние ряд факторов, которые необходимо учитывать при выборе условий экстрагирования, — анатомическое (или гистологическое) строение, степень и характер измельчения растительного материала, разность концентраций, температурный режим и длительность экстракции, природа и вязкость экстрагента, ПАВ и гидродинамика слоя растительного материала.
Анатомическое (или гистологическое) строение растительного материала
• Стенки клеток служат преградой для прохождения жидкостей. Клеточные оболочки состоят из клетчатки, часто пропитанной инкрустирующими веществами (церином, воском и др.), изменяющими размер пор и характер смачиваемости. Поры клеток имеют ультрамикроскопические размеры, и через них путём ультрафильтрации проникают лишь истинные растворы. Кроме того, клеточная оболочка содержит несколько крупных пор, через которые происходит медленное протекание жидкости. — Через тонкостенные паренхимные клеточные оболочки травянистых частей растения, листьев и цветков, имеющих большое количество устьиц, экстрагент и вещества в молекулярно-ионном состоянии диффундируют легко. • При экстракции свежего растительного материала на процесс экстрагирования большое влияние оказывает протоплазма, заполняющая всю внутреннюю часть клетки и выстилающая оболочку. Эта плёнка плазмы в коллоидном состоянии не пропускает растворы солей, Сахаров и других веществ. Поэтому перед процессом экстракции её необходимо разрушить, что достигается кипячением или обработкой растительного материала крепким спиртом.
— При кипячении происходит денатурация белков плазмы.
— При обработке спиртом (как при сушке сырья) происходят обезвоживание клеток и их гибель.
Спирт обладает высокой гигроскопичностью, при соприкосновении с растительной клеткой «оттягивает» из неё влагу и вызывает плазмолиз.
Степень и характер измельчения растительного материала. Для каждого растительного материала оптимальная степень измельчения и его характер зависят от анатомического строения и химического состава экстрагируемого сырья.
• Степень измельчения определяет поверхность соприкосновения фаз (чем она больше, тем скорее протекает диффузия). — Однако очень мелкие растительные порошки для экстрагирования применять не следует, что связано со следующими причинами. ♦ Мелкие порошки содержат много разрушенных клеток, из них в извлечение переходит большое количество балластных веществ, нерастворимых частиц и коллоидов. В результате получается мутная, трудно очищаемая жидкость. ♦ Очень мелкий порошок образует с растворителем тестообразную массу (а при содержании в нём слизей — студенистую массу), экстрагирование которой затруднено, так как она оказывает большое сопротивление прохождению извлекателя. — Обычно для различного растительного материала рекомендуют следующую крупность измельчения: листья, цветки и травы — до частиц размером 3—5 мм, стебли, корни и кора — до частиц размером 1—3 мм, плоды и семена — до частиц размером 0,3—0,5 мм (так как оболочка их клеток покрыта гидрофобными веществами).
• Характер измельчения растительного сырья оказывает большое влияние на процесс экстракции и качество вытяжки. — Растительные материалы, содержащие большое количество слизей, коллоидов и других набухающих веществ, рационально измельчать на корнетраворезках таким образом, чтобы срезы их по возможности были гладкими (уменьшается количество разрушенных клеток, улучшается качество извлечения). — Растительные материалы (древесину), содержащие дубильные вещества, целесообразно измельчать поперёк волокон (клетки имеют удлинённую веретенообразную форму, при поперечном измельчении вскрывается их большое количество, что обеспечивает доступ экстрагента). — Многие растительные материалы целесообразно измельчать таким образом, чтобы поверхность среза была рваной (увеличивается количество вскрытых клеток, поэтому экстракция протекает значительно быстрее, но в жидкость переходит и много нерастворимых веществ).
Разность концентраций. Разность концентраций является основной движущей силой диффузионного процесса. Диффузионный процесс при экстракции протекает до установления динамического равновесия концентраций в системе твёрдое тело-жидкость. Поэтому в процессе экстракции необходимо поддерживать максимальную разность концентраций, чего на практике достигают перемешиванием, циркуляцией экстрагента или заменой извлечения чистым экстрагентом (можно осуществлять периодически и непрерывно).
Температурный режим и длительность экстракции. Температурный режим необходимо подбирать в зависимости от характера растительного сырья и свойств лекарственных веществ. • Под влиянием температуры усиливается процесс диффузии и диализа, материал быстрее набухает, что в ряде случаев приводит к разрыву клеток, гибели микрофлоры, инактивации ферментов, а при экстракции свежего растительного материала — разрушению плазмы, свёртыванию белков, что значительно ускоряет процесс экстракции. Например, повышение температуры на 50 "С приводит к увеличению коэффициента диффузии в 3 раза. Однако повышение температуры не всегда целесообразно, так как может привести к разрушению термолабильных лекарственных веществ (например, гликозидов, алкалоидов). Длительность экстракции. Количество вещества, продиффундировавшего через слой сырья, прямо пропорционально длительности процесса. Во время экстракции в извлечение переходят не только биологически активные, но и балластные вещества. Поэтому о конце процесса извлечения необходимо судить не по сумме экстрактивных, а по количеству действующих веществ. Природа экстрагента. Выбор оптимального экстрагента в технологии фитохимических препаратов имеет большое значение. Экстрагент должен удовлетворять следующим требованиям. • Обладать избирательностью действия, т.е. максимально извлекать необходимое лекарственное вещество (или их комплекс) из растений и минимально — балластные вещества. • Хорошо смачивать растительный материал, обладать необходимым десорбирующим действием для проникновения через стенки клеток. • Не вступать в химические реакции с лекарственными веществами и не изменять их фармакотерапевтических свойств. • Быть фармакологически индифферентным (если он входит в состав препарата) и удобным в использовании с точки зрения техники безопасности (с учётом горючести, взрывоопасности и вредных воздействий на организм обслуживающего персонала). • Быть дешёвым, доступным и экономичным.
К наиболее распространённым экстрагентам в производстве фитохимических препаратов относят воду очищенную и этиловый спирт.
• Вода очищенная (Aqua puriflcata). — Преимущества воды очищенной как извлекателя: хорошо проникает через клеточные стенки (если они не пропитаны гидрофобными веществами), растворяет многие лекарственные вещества (в т.ч. лучше других извлекателей — соли алкалоидов, гликозиды, дубильные вещества), доступность, дешевизна и соответствие всем требованиям техники безопасности, фармакологическая индифферентность.
— Недостатки воды очищенной как извлекателя: в ней не растворимы многие неполярные лекарственные вещества (например, масла, смолы, кумарины), она имеет большое поверхностное натяжение, отсутствуют антисептические свойства (поэтому водные извлечения не стойки при хранении), вызывает гидролитическое расщепление многих веществ (особенно при высокой температуре), имеет большие значения температуры кипения (100 °С) и теплоты парообразования (539 ккал/кг, или 2258 кДж/кг).
- Этиловый спирт (Spiritus aethylicus) служит хорошим растворителем для ряда лекарственных веществ, плохо растворимых в воде (например, многих гликозидов, алкалоидов, эфирных масел, смол). Его широко применяют в производстве фитохимических препаратов, особенно галеновых (настоек, жидких экстрактов). — Преимущества этилового спирта как извлекателя: обладает бактериостатическим действием (в извлечениях, содержащих не менее 20% этилового спирта, не развиваются микроорганизмы), инактивирует ферменты (поэтому препятствует течению гидролитических процессов в растительных тканях), вследствие летучести этилового спирта спиртовые растворы легко сгущаются до состояния густых и порошкообразных веществ, имеет более низкие, чем у воды, значения теплоты парообразования (216,4 ккал/кг, или 906,7 кДж/кг) и температуры кипения (у безводного этилового спирта 78,4 °С), доступность и относительная дешевизна. — Недостатки этилового спирта как извлекателя: огне- и взрывоопасность, фармакологически не индифферентен (оказывает местное и общее действия на организм человека). При выборе растворителя исходят из принципа «подобное растворяется в подобном». Для извлечения полярных веществ применяют полярный экстрагент, неполярных (эфирных масел, кумаринов, оснований алкалоидов) — неполярный экстрагент. О полярности экстрагента можно судить по значению диэлектрической проницаемости: чем она выше, тем полярнее экстрагент.
Вязкость экстрагента. Коэффициент диффузии обратно пропорционален вязкости экстрагента. Следовательно, в менее вязких жидкостях быстрее протекают диффузионные процессы. На вязкость извлекателей большое влияние оказывает температура, поэтому при необходимости экстракции извлекателем с большой вязкостью его целесообразно использовать в нагретом состоянии. Большая вязкость экстрагента и его поверхностное натяжение затрудняют проникновение жидкости в узкие капилляры (каналы) клеточных оболочек.
Поверхностно-активные вещества. Для увеличения скорости экстрагирования и большей полноты извлечения действующих веществ применяют в виде добавок к извлекателю ПАВ. Эти вещества значительно ускоряют процесс экстракции алкалоидов, гликозидов, эфирных масел и других веществ из растительного сырья. К ПАВ относят органические соединения, в молекулы которых входят одновременно полярные группы (например, —ОН, -СООН, —NH2) и неполярные углеводородные цепочки. Молекулы таких веществ являются дифильными. Различают ПАВ катионного и анионного типов, а также неионогенные ПАВ. Оптимальны для экстракции алкалоидов ПАВ катионного_типа, например, цетаб (цетилтриметиламмоний бромид). Высокий эффект катионных ПАВ предположительно связан не только со снижением поверхностного натяжения и улучшением смачиваемости, но и с их ионообменными свойствами. ПАВ анионного типа не пригодны для ускорения процесса экстракции, так как докалоиды, например, в их присутствии осаждаются. Неионогенные ПАВ в значительной в значительной степени влияют на выход гликозидов.
Гидродинамика слоя растительного материала. Движущей силой перемещения жидкостей через слой сырья служит разность давлений. На эффективность диффузионного процесса влияют удельная загрузка экстрактора (загрузочная плотность материала); общая длина (высота) слоя; скорость поступления экстрагента и равномерность его движения по сечению аппарата. Удельная загрузка экстрактора в значительной степени влияет на пористость (порозность) слоя и, соответственно, на его сопротивление прохождению жидкости. Пористость слоя определяет его пропускную способность и зависит от размера и структуры каналов (капилляров).
14.Интенсивные методы экстракции.
Интенсификация процессов экстракции должна идти путём создания условий, способствующих повышению коэффициента массопередачи. Наравне с другими факторами при разработке оптимального режима экстракторов всех систем необходимо учитывать гидродинамику слоя. При исследовании гидродинамики некоторых видов сырья, обладающих различными упругими свойствами (т.е. способностью сопротивляться внешнему давлению), были получены следующие результаты. - Наибольшего сопротивления слой растительного материала достигает после полного набухания. Слои разных видов сырья в полностью набухшем состоянии обладают различной упругостью. Исходя из величины наблюдаемого критического давления, при превышении которого нарушается гидродинамическая закономерность в слое (структура слоя), исследуемое сырьё, по данным проф. П.Г. Романкова и соавт., подразделяют на три группы. — К первой группе относят сырьё, обладающее большой упругостью, которое без изменения структуры слоя выдерживает перепад давлений до 5 атм (плоды боярышника и сои). — Ко второй группе относят сырьё, в слое которого происходят внутренние изменения при перепаде давлений более 0,5 атм, хотя внешнее изменение начинается лишь при перепаде давлений выше 5 атм (хвоя еловая, травы эфедры и анабазиса, плоды солянки Рихтера). При данном перепаде давлений предположительно в слое сырья вследствие превышения предела упругой деформации набухших частиц происходят расширение и выпрямление части каналов, и вода устремляется по каналам с меньшим сопротивлением, поэтому прирост скорости начинает опережать прирост перепада давлений. — Третья группа включает сырьё, внутренние и внешние изменения слоя которого происходят при перепаде давлений, равном 2 атм (трава адониса, листья и надземная часть красавки, листья ландыша, плоды можжевельника). В этой группе прирост сопротивления движению опережает прирост скорости, потому что в слое сырья по мере сжатия и уменьшения пористости более определённой величины происходят значительное уменьшение сечения большинства каналов и увеличение их извилистости.
Таким образом, на эффективность процесса экстракции влияет множество факторов, которые необходимо учитывать при выборе экстрагента и режима экстрагирования.
16.Методы экстрагирования и используемое оборудование
Методы экстрагирования растительного сырья в производстве фитопрепаратов подразделяют на периодические и непрерывные. В периодических методах подачу сырья и экстрагента осуществляют последовательно периодически. К этим методам относят настаивание (мацерацию одноступенчатую и многоступенчатую), перколяцию (вытеснение), циркуляционную экстракцию, противоточный метод экстрагирования (реперколяцию) в батарее экстракторов.
В непрерывных методах подача сырья и экстрагента, выгрузка шрота и получение извлечения происходят одновременно и непрерывно. Для непрерывного экстрагирования применяют различные типы противоточных экстракторов, различающихся конструктивно.
экстрактор-настойник. Это аппарат с ложным дном — решёткой, покрытой фильтрующим материалом, под которой находятся пространство для сбора извлечения и кран для слива вытяжки.
Перколяторы (экстракторы, диффузоры) представляют собой аппараты цилиндрической или конической формы (3) из лужёной меди, нержавеющей стали, алюминия или других материалов. Отношение высоты к диаметру аппарата обычно составляет 5:1. В нижней части экстрактора имеется спускной кран (5), сверху — крышка (1) со штуцером (2) для ввода экстрагента. Над краном помещают ситовидное дно (4), застилаемое слоем фильтрующей ткани. Перколяторы часто оснащены паровой рубашкой (7) и барботером (8). Конические перколяторы удобнее для загрузки и выгрузки растительного материала, но при большой конусности процесс экстрагирования в них протекает неравномерно. Поэтому чаще используют цилиндрические перколяторы, в которых для выгрузки шрота имеются различные приспособления, в т.ч. боковой люк или откидное дно (6).
10. Периодические методы экстрагирования. Метод мацерации (настаивания).
Мацерация (от лат. тасегаге — намачивать) — наиболее старый метод экстрагирования. Получение извлечений методом мацерации заключается в следующем: измельчённый до требуемой степени материал помещают в экстрактор-настойник. Это аппарат с ложным дном — решёткой, покрытой фильтрующим материалом, под которой находятся пространство для сбора извлечения и кран для слива вытяжки. В настойник загружают измельчённый растительный материал и экстрагент в количестве, необходимом для получения при сливе требуемого количества извлечения с учётом набухания сырья. Настаивание ранее проводили в течение 12-24 ч, хотя динамическое равновесие в системе твёрдое тело-жидкость по действующим веществам достигается в течение 5—8 ч. При этом время настаивания устанавливали по количеству экстрактивных веществ. В настоящее время период настаивания устанавливают путём изучения кинетики экстрагирования. Затем извлечение сливают и передают в отстойник, где отстаивают в течение 2—5 сут при температуре не выше 8 °С для удаления механических примесей и балластных веществ. В течение этого времени контролируют содержание действующих веществ. Для удаления осадка извлечение фильтруют и передают на фасовку. Для ускорения процесса экстракции настаивание часто сочетают с перемешиванием в экстракторах с мешалкой. Процесс экстрагирования можно ускорить, например, путём циркуляции извлечения через растительный материал, использованием пульсаций экстрагента, применением вибраторов. Преимуществами метода настаивания служат доступность и простота экстрагирования. К его недостаткам относят длительность процесса экстрагирования, неполное экстрагирование действующих веществ (процесс протекает до установления динамического равновесия в системе твёрдое тело-жидкость, и действующие вещества остаются в шроте), переход в вытяжку из-за длительности настаивания большого количества балластных веществ. В связи с перечисленными недостатками в промышленности метод настаивания применяют лишь при трудностях использования других методов (например, для экстрагирования лекарственного сырья с большим количеством слизи, порошкообразного).
Ремацерация. Процесс ремацерации (ступенчатого настаивания) часто используют для ускорения процесса экстракции и повышения выхода действующих веществ. Растительный материал заливают не всем объёмом экстрагента, а по частям, последовательно. После первичного настаивания извлечение сливают, а растительный материал заливают второй порцией экстрагента и т.д. Возможно использование процесса бисмацерации (ускоренной двойной мацерации) с периодическим перемешиванием. Методы ремацерации позволяют создать в системе растительный материал-экстрагент большую разность концентраций, что ускоряет процесс экстракции. В процессе настаивания растительный материал набухает и поглощает от одной до трёх частей экстрагента, поэтому используют избыток экстрагента и рекомендовано использование экстракторов-прессов (при прессовании происходит принудительное удаление извлечения из сырья). При двухступенчатом экстрагировании сырья в экстракторе-прессе можно получить более концентрированное извлечение и обеспечить требуемый выход действующих веществ. Полученные после экстракции извлечения объединяют и отстаивают при температуре не выше 8 °С в течение 2—5 сут. Затем проводят анализ извлечения в соответствии с НД и осуществляют стандартизацию.
11. Метод перколяции (вытеснения). Метод перколяции (от лат. percolare — обесцвечивать) — основной метод изготовления настоек и экстрактов. Он был предложен в первой половине XIX века. Экстрагирование методом перколяции отличается от метода мацерации тем, что после непродолжительного настаивания при экстракции создаётся максимальная разность концентраций благодаря постепенному вытеснению извлечения чистым экстрагентом. - Измельчённый материал тщательно смешивают в отдельном аппарате с небольшим количеством экстрагента таким образом, чтобы он увлажнился, и оставляют для набухания на 2—4 ч Некоторые виды растительного материала сразу загружают в экстракторы послойным методом (т.е. частями), учитывая степень набухания сырья. На дно перколятора укладывают фильтрующую ткань, далее заливают определённую часть извлекателя, а затем помещают часть сырья. Сырьё слегка утрамбовывают и далее процесс повторяют до полной загрузки перколятора. — Не следует загружать перколятор сухим материалом, так как при заливке извлекателя в сырье могут остаться комки и даже целые участки сухого материала из-за образования «воздушных мешков», где не будет происходить процесс экстрагирования, а, следовательно, не будет достигнута полнота извлечения действующих веществ. — Многие растительные порошки при смачивании сильно набухают (в разведённом спирте сильнее, чем в неразведённом) и могут «вылезти» из перколятора или (если крышка прикрыта плотно) спрессоваться и препятствовать прохождению экстрагента. - Пористость сырья должна находиться в пределах 0,3-0,5 м3/м3. Растительный материал, обладающий небольшой упругостью и склонный к слипанию, необходимо укладывать слоями с ситовыми прокладками, чтобы он не спрессовывался и имел достаточную омываемую поверхность сырья. •После загрузки перколятора с достаточной плотностью поверхность материала покрывают куском полотна и перфорированным металлическим диском-грузом. • На загруженный материал при открытом спускном кране добавляют экстрагент в таком количестве, чтобы его слой (зеркало) над поверхностью материала составлял 30—40 мм. Вытекающую из крана жидкость вновь заливают в перколятор. Материал с экстрагентом при закрытом спускном кране настаивают 4—6—12 ч (в зависимости от анатомической структуры сырья), затем медленно перколируют со скоростью слива вытяжки от 1/4 до 1/12 части используемого объёма перколятора (рабочего объёма) в час, заливая сверху с такой же скоростью чистый экстрагент. • Процесс перколяции продолжают до достижения необходимой полноты извлечения, действующих веществ (обычно при израсходовании в среднем от 8 до 12 частей извлекателя на одну часть растительного материала). - При производстве настоек процесс продолжают до получения из одной части растительного материала 5 или 10 (в зависимости от характера действующих веществ) объёмных частей вытяжки, • Извлекатель, оставшийся в растительном материале, подвергают регенерации.
Перколяторы (экстракторы, диффузоры) представляют собой аппараты цилиндрической или конической формы (3) из лужёной меди, нержавеющей стали, алюминия или других материалов. Отношение высоты к диаметру аппарата обычно составляет 5:1. В нижней части экстрактора имеется спускной кран (5), сверху — крышка (1) со штуцером (2) для ввода экстрагента. Над краном помещают ситовидное дно (4), застилаемое слоем фильтрующей ткани. Перколяторы часто оснащены паровой рубашкой (7) и барботером (8). Конические перколяторы удобнее для загрузки и выгрузки растительного материала, но при большой конусности процесс экстрагирования в них протекает неравномерно. Поэтому чаще используют цилиндрические перколяторы, в которых для выгрузки шрота имеются различные приспособления, в т.ч. боковой люк или откидное дно (6).
12.Метод противоточной периодической экстракции
Для экстрагирования по этому методу используют батарею перколяторов из 5—12 аппаратов. На производстве чаще используют батарею из 6 цилиндрических экстракторов, так как в них равномернее протекает процесс экстрагирования. Принцип противотока заключается в том, что наиболее истощённый растительный материал экстрагируют чистым экстрагентом, а концентрированная вытяжка сливается из экстрактора с только что загруженным растительным сырьём. Из экстрактора с только что загруженным растительным сырьём после настаивания осуществляется слив концентрированной вытяжки в соотношении 1:1 или 1:2 (из 1 массовой части сырья получают 1 или 2 объёмные части извлечения). Работа батареи перколяторов состоит из трёх периодов: пускового (загрузочного), рабочего (основного) и остановочного (когда прекращают производство жидкого экстракта определённого наименования). Первый и третий периоды непродолжительные, а второй может длиться месяцами. • Пусковой (загрузочный) период. Обычно растительный материал определённой степени измельчённости послойно загружают в один из экстракторов. Одновременно из напорного бака-мерника (А) материал заливают извлекателем, подаваемым снизу, вытесняют воздух при открытой воздушке, воздушку закрывают, смесь настаивают обычно в течение 3-12 ч. Затем загружают растительный материал в следующий перколятор и заливают в него в качестве извлекателя снизу вытяжку из первого экстрактора, а в первый экстрактор в это время поступает чистый извлекатель. Аналогично же загружают следующий экстрактор, в который для смачивания и настаивания подают вытяжку из предыдущего и т.д. Таким образом, извлекатель из бакамерника (А) протекает последовательно через все экстракторы, постепенно насыщаясь экстрагируемыми веществами из-за создаваемой разности концентраций. Из экстрактора (5) он стекает в сборник (Б) максимально концентрированным (сливают его пятикратное количество по отношению к массе сырья в одном экстракторе). • Рабочий период. После слива вытяжки по отношению ко всему загруженному сырью в соотношении 1:1 ведут загрузку последнего экстрактора, подавая для смачивания вытяжку из предыдущего. Растительный материал в первом перколяторе после многократного прохождения экстрагента истощён, поэтому первый экстрактор отключают, а вытяжку из него сливают в сборник (В) и используют как экстрагент для подачи в следующий экстрактор с истощённым сырьём. После настаивания из последнего перколятора начинают слив вытяжки, а чистый экстрагент подают во второй, затем он последовательно протекает через все перколяторы. Слив из последнего экстрактора осуществляется уже в соотношении 1 объёмная часть из 1 массовой части (т.е. в объёмном отношении сливается столько вытяжки, сколько содержится по массе сырья в одном экстракторе). Экстрактор, в котором находится истощённое сырьё, называют хвостовым, а экстрактор с только что загруженным материалом (из которого сливают концентрированное извлечение в соотношении 1:1) —- головным. Таким образом, в процессе работы батареи каждый из её экстракторов переменно становится то хвостовым, то головным. При этом постоянно соблюдается принцип противотока, т.е. свежий экстрагент поступает в хвостовой экстрактор, а вытяжка сливается из головного, благодаря чему создаётся необходимая разность концентраций в каждом экстракторе, получается концентрированная вытяжка в соотношении 1:1, в которой содержатся вещества в нативном состоянии, не подвергнутые термообработке. Слитую концентрированную вытяжку отстаивают при температуре 8 "С в течение 2-3 сут и фильтруют через ткань. Затем осуществляют стандартизацию вытяжки. • Остановочный период заключается в сохранении принципа подачи экстрагента без подключения головных экстракторов, т.е. получают менее насыщенное извлечение, которое подвергают или частичному концентрированию, или оставляют полупродуктом. Преимущества метода противоточной периодической экстракции следующие. • Получение концентрированной вытяжки в соотношении 1:1 (жидкий экстракт) без выпарки. © Содержание действующих веществ в экстракте в нативном состоянии. Экономия экстрагента, сокращение его расходных норм. ® Большой выход действующих веществ. Возможность одновременной регенерации спирта из отработанного сырья, когда один из экстракторов батареи отключён. Недостатки метода следующие. Относительно низкая удельная производительность. • Трудоёмкость отдельных операций (загрузки и выгрузки сырья), поэтому целесообразна их механизация.
13. Циркуляционная экстракция
Этот метод используют при применении легколетучих извлека- телей (этилового эфира, хлороформа, хлористого метилена) с низкой температурой кипения и небольшой теплотой парообразования Циркуляционную экстракцию осуществляют в установке типа «Сокслет» (рис, 2-9). ® В аппарат (1) послойно загружают растительное сырьё, заливают извлекателем и настаивают в течение определённого времени. Затем подают избыток извлекателя и вытяжка сливается через сифон (2) в выпарной аппарат (3), где при подаче теплоагента отгоняется растворитель. Вторичный пар конденсируется в змеевиковом или трубчатом холодильнике (4) и поступает в сборник (5), из которого вновь — на сырьё. При постепенном заполнении сырья отгоном, когда высота экстрагента достигает определённой величины, через сифон опять осуществляется слив вытяжки. Таким образом цирку ляция экстрагента происходит повторно и экстрагирование проводят до истощения растительного материала. Извлекатель отгоняют непрерывно, а слив вытяжки происходит периодически. После достижения определённого выхода лекарственных веществ перекрывают вентиль на линии подачи отгона в экстрактор, из вытяжки отгоняют растворитель до получения густого экстракта. Из отработанного сырья осуществляют регенерацию (рекуперацию) ценного извлекателя путём подачи «острого» пара. Метод циркуляционной экстракции имеет следующие преимущества. • Использование небольшого количества экстрагента. • Создание высокой разности концентраций на границе раздела фаз (на сырьё каждый раз поступает чистый экстрагент). • Сокращение общей длительности экстрагирования. ® Достижение высокого выхода действующих веществ. Недостатки метода — экстрактивные вещества длительно подвергаются термообработке, а на отгонку расходуется большое количество теплоагента. При применении для экстракции растворителей с низкой температурой кипения и небольшой теплотой парообразования получают качественный экстракт при сравнительно небольших затратах теплоагента.
9. Непрерывные методы экстрагировании
Метод протовоточной непрерывной экстракции Этот метод используют для крупномасштабного и, как правило, массового производства, связанного с переработкой больших объёмов растительного сырья. Целесообразно использовать непрерывно действующие экстракторы со стабильным режимом экстрагирования, когда одновременно с определённой скоростью в экстрактор загружают растительный материал и с противоположной стороны подают экстрагент, сливают вытяжку и выгружают шрот.
Предложено много конструкций аппаратов непрерывного действия, в основном для экстракции сахара из сахарной свёклы и масел из различных видов семян. Лишь немногие из них нашли применение в химико-фармацевтической промышленности. Такое положение объясняют большим разнообразием растительного сырья, его неоднородностью, различной набухаемостью. Экстракторы, используемые для растительного сырья, подразделяют на два класса: аппараты погружного типа и аппараты многократного орошения.