ТРАДИЦИОННЫЕ И СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ЭКСТРАКЦИИ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ: ПЕРСПЕКТИВЫ, ДОСТОИНСТВА, НЕДОСТАТКИ*

Главная » Естественные науки » ТРАДИЦИОННЫЕ И СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ЭКСТРАКЦИИ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ: ПЕРСПЕКТИВЫ, ДОСТОИНСТВА, НЕДОСТАТКИ*
Естественные науки Комментариев нет

Традиционные методы экстракции пред — ставляют собой большую группу методов вы — деления биологически активных веществ из растительного или животного сырья, извест — ную с давних времен и приведшую впоследс — твии к созданию новых, передовых методов, использующих принципиально иные подхо — ды. К традиционным методам экстракции относятся прессование (горячее и холодное), водно-паровая экстракция, экстракция раз — личными растворителями. Среди современ — ных можно отметить сверхкритическую, ультразвуковую и другие виды экстракции.

Несмотря на разнообразие, все способы экстрагирования можно разделить на стати — ческие и динамические. В статических спо — собах сырье периодически заливают экстра — гентом и настаивают определенное время. Динамические методы предполагают посто — янную смену либо экстрагента, либо экстра — гента и сырья.

Известными и широко применяемыми статическими способами являются мацера — ция и ремацерация. Эти способы исполь — зуются для приготовлении экстрактов и настоек. На производстве густых и сухих экстрактов чаще применяются ремацераци — онные методы.

В настоящее время мацерация не отвечает требованиям интенсификации производства и используется только в редких случаях [9; 18,

42-45]. Достоинством способа является про — стота метода и оборудования. К недостаткам можно отнести неполноту экстракции дейс — твующих веществ, большую продолжитель — ность процесса, завышенное содержание балластных веществ в извлечениях (ВМС, пектины, слизи, белки и др.), трудоемкость (двойное прессование, промывка шрота).

В настоящее время прослеживается тен — денция к изысканию и внедрению новых форм мацерации с максимальной динами — зацией всех видов диффузии. Примерами таких модификаций мацерации являются: вихревая экстракция (турбоэкстрация), акустическая экстракция, электроимпуль — сный и другие методы импульсной обработ — ки сырья; центробежная экстракция, дроб-

ная мацерация и др.

Турбо-экстракция часто осуществляется с использованием роторно-пульсационной аппаратуры [1], где колебания (вибрация) частицы сырья наиболее выражены.

Метод вихревой экстракции (турбоэкс — тракции) позволил сократить до 5-10 мин. стадии экстрагирования действующих ве — ществ корней горечавки, аира болотного, листьев красавки, коры хинного дерева [12;

13; 16]. Методом экстракции растительного сырья в турбулентном потоке экстрагента с одновременным измельчением сырья можно получить извлечения из свежих растений.

К кинематическим способам – колеба — ния частицы в движущейся жидкости – от — носится способ интенсификации процесса экстракции путем размола сырья в среде экс — трагента с помощью шаровых мельниц. При применении этого способа время выделения основных биологически активных веществ из такого сырья, как трава мяты, пустырни — ка, ландыша, корневища с корнями валериа — ны и др., сокращается до 1-3 ч. по сравнению с 8-48 ч. при существующих методах. Одним из недостатков способа получения извлече — ний с помощью шаровой мельницы являет — ся то, что при достаточно продолжительном ведении процесса (в 2-3 раза превышающем оптимальное) происходит адсорбция основ — ных действующих веществ большой поверх — ностью измельченностью сырья.

Для интенсификации процессов гомо — генизации и перемешивания, растворения труднорастворимых веществ, ускорения стадии экстрагирования биологически ак — тивных соединений успешно применяют — ся пульсационные методы обработки рас- тительного сырья [19, 468-478]. Частота пульсаций в современных пульсационных пневматических установках лежит в преде — лах 20-300 колебаний в минуту.

Интенсификация процесса при пульса — ции потока жидкости, протекающей через слой сырья, объясняется турбулизацией пог — раничного слоя, уменьшением его толщины, разрушением застойных зон в точке сопри — косновения частиц.

Весьма перспективным в технологичес — ком отношении оказался метод ускорения стадии экстрагирования биологически ак — тивных веществ из лекарственного сырья с помощью электроимпульсных разрядов [10,

35-38; 15]. Можно успешно интенсифициро — вать процесс экстрагирования, не нарушая целостности молекулы. Жидкости, обрабо — танные электроимпульсным ударом, продол — жительное время не поддаются микробиоло- гической порче.

Другими современными методами повы — шения эффективности экстракции биологи — чески активных веществ из растительного сырья являются высокочастотная и сверхвы — сокочастотная обработка [9]. Такая обработ — ка сырья позволяет комплексно интенсифи — цировать технологические процессы путем улучшения качества готовой продукции, увеличения ее выхода, значительного сокра — щения производственных площадей, соб — людения необходимых санитарно-гигиени — ческих условий обработки лекарственного сырья. Однако ВЧ — и СВЧ-нагрев должны быть включены в технологический процесс именно там, где возможен наибольший эф- фект: на стадии экстрагирования или упари — вания жидкостей, получения густых и сухих экстрактов при сушке различного фарма — цевтического сырья (порошков, гранулятов, сыпучего растительного материала, различ — ных полуфабрикатов, готовой продукции и т. д.), когда процессы в сравнении с тради — ционными могут быть ускорены в несколь — ко раз. При электромагнитной обработке происходит одновременный нагрев всей массы обрабатываемого материала как в макро-, так и микрообъемах. Как правило, готовность ВЧ — и СВЧ-аппаратуры к работе достигается в течение 30-50 с, что в условиях производства экономически выгодно бла — годаря сокращению энергозатрат.

Другим важным преимуществом высо — кочастотной обработки является то, что в отличие от традиционного тепломассооб — мена здесь нет необходимости создавать, например, при сушке лекарственного сырья, большие градиенты температур, влажности,

давления.

Кроме того, этот способ повышения экстра — кции способствует стерилизации получаемых извлечений. Следует отметить некоторые недостатки, присущие электромагнитному полю. Эффективная глубина проникновения электромагнитных волн в обрабатываемый материал составляет 45-50 мм [4, 30-32]. При дальнейшем повышении толщины высуши — ваемого образца эффективность обработки снижается, что проявляется в увеличении длительности сушки.

К электрическим способам обработки растительного сырья относят электроплаз — молиз и электродиализ. Электроплазмолиз чаще всего используется для получения со — ков из растительного сырья при прессовом способе извлечения [17]. Растительные ткани, особенно живые, ввиду наличия в них ионов, коллоидно-белковых веществ, способных электрически заряжаться, весь — ма быстро реагируют на внешнее воздейс — твие, в том числе и на электрический ток. При обработке сырья электрическим током процесс разрушения протоплазмы происхо — дит практически мгновенно. Ток в отличие от температурного плазмолиза не вызывает разрушения клеточных стенок, в результате чего в полученных извлечениях весьма мало пектина.

Электродиализ основан на диффузии электролитов через полупроницаемую по — ристую перегородку под действием элект — рического тока. В процессе электродиализа достигается изменение солевого состава ос — новных частей жидкостей, содержащих био — логически активные вещества.

При электродиализе не происходит из — менения агрегатного состояния и фазового превращения системы, а вещества, входящие в обрабатываемые жидкости, остаются в на — тивном состоянии [2]. Недостатком являет — ся длительность процесса.

Широкое применение в фармации нашел ультразвук, используемый при растворении, получении эмульсий, суспензий, изготовле — нии микрогранул, стерилизации и фонофо — резе, производстве ампул [15], т. е. там, где

ультразвук непосредственно контактирует через жидкую фазу с молекулой вещества.

Однако, при УЗ-воздействии которые способны не только изменить конфирмаци — онную структуру озвучиваемой молекулы, ее пространственную ориентацию и свойства, но и деформировать, рвать молекулярную цепочку на отдельные фрагменты. В этом отношении звукохимические эффекты, свя — занные с превращением энергии упругих колебаний ультразвука, являются одним из видов механохимических реакций.

Любой технологический процесс находит широкое применение в фармации, если он не нарушает химической устойчивости ле — карственных веществ. С этой точки зрения ультразвуковые волны весьма специфичны. Одни препараты под их действием теряют свои свойства, другие остаются нейтраль — ными, третьи, наоборот, становятся тера — певтически более активными. Таким обра — зом, в растворе могут наблюдаться явления химической деполимеризации, образование новых макрорадикалов, гомогенизация об — рывков и т. д.

С увеличением времени озвучивания и интенсивности степень деструкции веществ увеличивается. Процесс разложения может быть приостановлен или замедлен в случае добавления стабилизаторов, антиоксидан — тов, консервантов.

В литературе часто встречаются публика — ции, посвященные экстракции сжиженными газами [15].

Обработка лекарственного и эфиромас — личного растительного сырья сжиженными газами с целью извлечения отдельных ком — понентов в неизмененном (нативном) виде относится к высокоэффективным техно — логическим процессам, обеспечивающим снижение трудовых затрат, улучшающим ка — чество продукции и способствующим комп — лексному использованию сырьевых ресурсов и материалов. В фармации этот способ исполь — зуют при получении высококачественных ароматизаторов, отдушек, биологически активных веществ, оригинальных лекарс- твенных препаратов, различных продуктов

и полуфабрикатов, предназначенных для дальнейшей переработки [8, 18-25].

Экстракционный процесс сжиженными газами проводится под большим статичес — ким давлением, что в технологическом от — ношении весьма важно, так как при снятии давления уже в условиях нормальной темпе — ратуры экстрагент быстро улетучивается из извлеченного и отработанного сырья. В ре- зультате остается сумма экстрагированных веществ, не нуждающихся в какой-либо до — полнительной обработке.

Каждый из сжиженных газов характери — зуется индивидуальными физико-термоди — намическими свойствами, в том числе гид — рофильными и олеофильными. Это создает возможность подобрать ряд сжиженных га — зов и вести экстракцию отдельных химичес — ких соединений из сырья растворителями, обладающими различной полярностью. Та — кое свойство сжиженных газов позволяет вводить в технологический процесс фазу се — лективной экстракции растворителем, спо- собным формировать заданное количество экстракта, извлекать по мере надобности ин — дивидуальные химические вещества, ком — плексы, классы соединений, не затрагивая оставшуюся в шроте сумму экстрактивных веществ.

Для извлечения биологически активных и других веществ наиболее часто применяют сжиженный углекислый газ [15; 16]. В хими — ческом отношении сжиженный углекислый газ – прочное и инертное вещество, прояв — ляющее химическую индифферентность по отношению к перерабатываемому сырью, из — влекаемым веществам и конструкционным материалам аппаратуры. Кроме того, он пожаро — и взрывобезопасен. К сожалению, не все сжиженные газы обладают этими свойствами.

Количественный выход действующих ве — ществ при извлечении сжиженными газами может достигать 88-98 %, что, как правило, выше, чем у других способов экстрагиро — вания – мацерации, перколяции, отгонки паром и т. д. Сравнивая экстракты, полу — ченные с помощью СО2, с экстрактами, по-

лученными паровой отгонкой, можно от — метить следующее. Как правило, экстракты, полученные экстрагированием СО2, имеют окраску более темных тонов с тенденцией к коричневому, меньшие плотность и показа — тель преломления, большее кислотное чис — ло, особенно экстракты из листьев, стеблей, корней и корневищ растений, что, по-види — мому, связано с энзиматическими процесса — ми, протекающими в сырье при нарушении процесса сушки или длительном хранении. В жиросодержащих фракциях экстрактов, полученных экстрагированием СО2, преобла- дают сложные эфиры и эфиры неглицеридно — го характера, поэтому отмечаются высокие значения эфирного числа экстрактов [14].

Процесс извлечения различных веществ из лекарственного сырья (в случае исполь — зования сжиженных газов) на основных тех — нологических стадиях (экстракции и дис- тилляции) ведется при относительно низкой температуре. Это исключает окислительные процессы во время извлечения биологичес — ки активных веществ. Тем не менее, полу — ченные экстракты за редким исключением все же не могут заменить уже существующие экстракты (густые или жидкие), широко ис — пользуемые в практике химико-фармацев — тического и аптечного производства для изготовления стандартных лекарственных форм.

В извлечениях, полученных сжиженным газом, отсутствуют отдельные экстрактив — ные вещества и компоненты, придающие определенные вкусовые, органолептические, фармакологические свойства – качества, от- личающие один лекарственный препарат от другого. Будучи разведенными спиртом или водно-спиртовыми растворами, такие экс — тракты нередко приобретают специфичес — кий запах и вкус. Это объясняется тем, что каждый из сжиженных газов в отдельности обладает характерной особенностью.

Как известно, после экстрагирования, на — пример углекислотой, в шроте сохраняются почти все водорастворимые вещества. Ос- новная масса экстрактов из лекарственного сырья, полученных с помощью сжиженных

газов, оказывает губительное влияние на жизнедеятельность микроорганизмов. Вы — явленные антибактериальные свойства экс — трактов, полученных экстракцией сжижен — ным СО2, открывают новые возможности их использования как природных консервантов, особенно для жидких лекарственных форм, предназначенных для длительного хранения. Подбирая композиции экстрактов, можно на длительное время блокировать развитие микрофлоры в жидкостях. Получение экстра — ктов с помощью сжиженных газов выгодно экономически, так как этот способ дает возмож- ность производить достаточно концентриро — ванные препараты с относительно небольшой стоимостью.

Несмотря на разнообразие способов по — вышения эффективности экстракции, а так — же бурное развитие современных технологий, направленных на оптимизацию процессов извлечения биологически активных веществ из растительного сырья, многие вопросы ос — таются открытыми. Так, например, большое количество лекарственного растительного сырья применяется в виде водных извлече — ний, а публикаций, посвященных проблеме увеличения перехода БАВ в воду довольно мало. Однако, водные настои и отвары явля — ются наиболее физиологичными лекарствен- ными формами для организма человека.

Материал взят из: Вестник МГОУ «Естественные науки» №3-2011

(Visited 178 times, 1 visits today)