Материал: Способы экстракции биологически активных соединений из лекарственных растений

Способы экстракции биологически активных соединений из лекарственных растений

Оглавление

Введение

Глава 1. Классификация экстрактов

Глава 2. Классификация способов экстракции

.1 Центробежная экстракция

.2 Дробная мацерация (ремацерация)

.3 Перколяция

.3.1 Реперколяция по методу Босина

.3.2 Реперколяция по методу Чулкова

.4 Экстракция сжиженными газами

Глава 3. Очистка первичной вытяжки от балластных веществ

.1 Удаление балластных веществ из водных извлечений

.2 Удаление балластных веществ из спиртовых вытяжек

Заключение

Список использованной литературы

Введение

В настоящее время в медицинской практике важное место принадлежит лекарственным средствам растительного происхождения, так как они обладают широким спектром биологического действия, что позволяет использовать их для профилактики и лечения многих заболеваний.

Лекарственные средства, получаемые из растений (фитопрепараты), входят более чем в 85 фармакотерапевтических групп лекарственных средств и в большинстве своем не имеют равноценных синтетических заменителей.

Многие природные соединения (алкалоиды, карденолиды, флавоноидные гликозиды, ацилкумарины и др.), несмотря на высокий уровень развития органической химии, синтезировать пока либо невозможно, либо экономически невыгодно. Вместе с тем, даже при возможности синтеза таких соединений фитопрепараты обладают преимуществами благодаря наличию комплексов основных веществ с сопутствующими веществами, усиливающими их биологическую активность.

Кроме того, препараты растительного происхождения содержат вещества, созданные в живой системе, и поэтому могут органично участвовать в обменных процессах человеческого организма, что позволяет применять их при хронических заболеваниях в течение длительного времени. Именно по этой причине препараты из растительного сырья, как правило, менее аллергенны, чем синтетические лекарственные средства. Они обладают рядом неоспоримых достоинств: низкой токсичностью, легкой усвояемостью человеческим организмом, возможностью длительного их применения без риска возникновения побочных явлений, мягкостью и надежностью действия.

В последнее десятилетие во всем мире наблюдается повышенный интерес практической медицины к лекарственным препаратам, получаемым из растительного сырья. Они входят в специфическую группу лекарственных средств называемых галеновыми препаратами - группа лекарственных средств, получаемых из растительного сырья путём вытяжки (экстракции).

Знаменитый римский врач и фармацевт Клавдий Гален (131-201 н.э.) впервые выдвинул предположение, что в лекарственном сырье растительного или животного происхождения, помимо полезных веществ, то есть веществ, оказывающих лечебное действие, содержатся еще второстепенные или бесполезные вещества.

Галеновые препараты не являются химически индивидуальными веществами, а представляют комплекс веществ сложного состава. В этом их отличие от химико-фармацевтических препаратов, которые являются индивидуальными веществами. Особую подгруппу составляют новогаленовые препараты, появившиеся в 60-х годах XX века, которые представляют собой экстракты (извлечения), максимально или полностью освобожденные от балластных веществ.

К достоинствам галеновых препаратов следует отнести то, что они весьма просты в изготовлении, и экономически более выгодны в производстве, чем соответствующие химически чистые вещества, в том числе и потому, что материл растительного или животного происхождения является воспроизводимым сырьем. Производство синтетических лекарственных средств, как правило, связано с потреблением большого количества химического сырья, применением сложной аппаратуры и нередко приводит к малому выходу продукции. Кроме того, не всегда удается синтезировать те или иные лекарственные вещества, например, гликозиды наперстянки, благоприятное действие которых на организм человека, известно уже давно.

В любом растении можно найти ряд веществ, начиная от неорганических и кончая белками, ферментами, пигментами, витаминами, фитонцидами. Все эти вещества переходят в экстракты. Значимость их возрастает в связи с производством таких уникальных препаратов, как препараты ферментов и гормонов, фитонцидов и биогенных стимуляторов, воспроизводство которых синтетическим путем невозможно или экономически нецелесообразно. Значительную долю лекарственных препаратов растительного происхождения на фармацевтических производствах получают методом экстракции.

Глава 1. Классификация экстрактов

Экстракты представляют собой вытяжки биологически активных веществ из лекарственного растительного сырья жидкой, твёрдой или густой консистенции. Концентрация действующих веществ в экстрактах либо соответствует концентрации их в растительном материале, либо значительно выше. В зависимости от природы используемого экстрагента различают водные, спиртовые, эфирные, масляные экстракты, а также экстракты, полученные с помощью сжиженных газов или сверхкритических флюидов.

В зависимости от консистенции экстракты классифицируются на жидкие, густые и сухие.

Жидкие экстракты - спиртовые или водно-спиртовые извлечения, полученные в соотношении 1:1. Жидкие экстракты - это препараты, в которых одна часть по массе или объёму эквивалентна одной части исходного высушенного лекарственного сырья.

Жидкие экстракты нашли широкое распространение в фармацевтической промышленности благодаря следующим преимуществам: одинаковые соотношения между действующими веществами, содержащимися в лекарственном сырье и в готовом препарате; удобство в отмеривании; возможность получения без применения выпаривания позволяет получить жидкие экстракты, содержащие летучие вещества (эфирные масла). Однако, существует и ряд недостатков, к которым относятся следующие: повышенное содержание сопутствующих веществ, извлеченных из растительного сырья; появление осадков при незначительных понижениях температуры или частичном испарении спирта; необходимость в герметичной упаковке и хранении при температуре 15-20 °С; неудобство при транспортировке из-за больших объемов экстрагента.

Густые экстракты - это концентрированные вытяжки - водные, водно-спиртовые или эфирные извлечения из лекарственных растений или животного сырья, представляющие собой густые темные массы, не выливающиеся из сосуда. Густые экстракты это довольно вязкие массы с содержанием влаги не более 25 % и должны содержать не менее 70 % сухого остатка по массе.

Сухие экстракты - это концентрированные вытяжки - водные, спиртовые или водно-спиртовые извлечения из растительного или животного сырья, которые после удаления экстрагента и высушивания, представляют собой сыпучие порошки или пористые губчатые массы, содержащие около 5% влаги. Сухие экстракты обычно содержат не менее 95% сухого остатка по массе. К ним могут прибавлять соответствующие вспомогательные вещества или сухой экстракт другой концентрации, которые используются при изготовлении конкретного препарата.

Положительными качествами густых и сухих экстрактов является то, что они содержат балластных веществ меньше, чем жидкие и более транспортабельны. Сухие экстракты к тому же очень технологичны - легко отвешиваются, смешиваются, растворяются. К недостаткам густых экстрактов можно отнести то, что при длительном хранении они могут высыхать и становиться более концентрированными или наоборот - отсыревать и портиться.

Для изготовления густых и сухих экстрактов используют измельченное растительное сырье - трава, корни, плоды; в качестве экстрагента используются вода, спирт, водноспиртовые смеси и в редких случаях - диэтиловый эфир. Экстракты получают также с помощью сжиженных газов - диоксида углерода, бутана, пропана, хладонов (фторхлорпроизводных низших углеводородов) и сверхкритических флюидов. При получении сухих экстрактов используются те же экстрагенты, что и для густых, кроме эфира и сжиженных газов.

Экстракты-концентраты - это особая группа экстрактов, основное назначение которых заключается в том, чтобы служить исходными материалами для быстрого приготовления настоев и отваров. В результате использования экстрактов-концентратов трудоемкие операции по приготовлению настоев или отваров сводятся к простому растворению или смешению соответствующего количества концентратов с водой. При приготовлении экстрактов-концентратов в качестве экстрагента применяются водные растворы спирта низких концентраций 20-30%.

Различают жидкие экстракты-концентраты и сухие. Жидкие концентраты готовят в соотношении 1:2, сухие - в соотношении 1:1. Это означает, что из 1 части по массе растительного материала получают две объемные части жидкого экстракта-концентрата или 1 часть по массе сухого экстракта-концентрата. Технология получения жидких и сухих концентратов аналогична технологии приготовления жидких и сухих экстрактов.

Масляные экстракты или медицинские масла - это извлечения из лекарственного растительного сырья, полученные с использованием растительных или минеральных масел. В настоящее время в медицинской практике используют масляные экстракты из листьев белены, травы зверобоя, мякоти плодов шиповника, семян шиповника, облепихи и др.

Глава 2. Классификация способов экстракции

Экстракция (от лат. extraho - извлекаю) - метод извлечения вещества из раствора или сухой смеси с помощью подходящего растворителя (экстраге́нта). Для извлечения из смеси применяются растворители, не смешивающиеся с этой смесью. Все существующие способы экстрагирования классифицируют на статические и динамические.

В статических способах сырье периодически заливают экстрагентом и настаивают определенное время. В динамических - предусматривается постоянная смена либо экстрагента, либо экстрагента и сырья.

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.

К динамическим периодическим способам - одноступенчатые - перколяция и многоступенчатые - реперколяция с законченным и незаконченным циклами.

Среди динамических способов выделяют непрерывные (с непрерывной подачей сырья) - прямоточные (экстрагент и материал в одном потоке) и противоточные (активное движение навстречу экстрагента и растительного к материала).

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.

Достоинством этого способа является простота метода и оборудования. Недостатками же служат: неполнота экстракции действующих веществ (менее 90%); большая продолжительность процесса; завышенное содержание балластных веществ в извлечениях (ВМС, пектины, слизи, белки и др.); трудоемкость (двойное прессование, промывка шрота).

Сейчас изыскиваются и внедряются новые формы мацерации с максимальной динамизацией всех видов диффузии. Примерами таких модификаций мацерации являются:

. вихревая экстракция - турбоэкстрация;

. экстракция с использованием ультразвука (акустическая);

З. электроимпульсный и другие методы импульсной обработки сырья;

. центробежная экстракция;

. дробная мацерация и др.

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.

Среди многих факторов интенсификации экстракции ведущими являются скоростные изменения температуры и давления. Преимущество электрогидравлического эффекта по сравнению с любым из перечисленных методов заключается в большой надежности и воспроизводимости процесса, возможности его автоматизации.

В магнитоимпульсном экстракторе под действием и с частотой изменения электромагнитного поля колеблется подвижная электропроводная мембрана передающая импульсное движение экстрагенту. В результате ее колебательного движения образуется плоский импульс знакопеременного давления, который и способствует экстракции - в экстрагенте возникает кавитация (рисунок 1).

Рисунок 1 - Схема магнитоимпульсного аппарата, работающего на разрыв жидкости: 1 - металлический диск; 2 - индуктор; 3 - штанга; 4 - поршень; 5 - рабочая камера.

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.

К физическим способам воздействия на процесс экстракции можно отнести и импульсную обработку лекарственного сырья, в частности электроимпульсный метод экстракции (рисунок 2).

При пробое жидкости специально сформированным высоковольтным импульсным разрядом в её толще возникают сверхвысокие ударные гидравлические давления порядка 1х10(8) - 1х10(10) атм., и мощные кавитационные процессы.

Рисунок 2 - Устройство электроплазмолизатора импульсного

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 %. Этот метод перспективен, хотя и не лишен таких недостатков, как возможность механокрекинга молекул, большая шумность за счет гидравлических ударов при пробое, себестоимость продукта выше, чем в случае метода мацерации.

.1      Центробежная экстракция

Центробежная экстракция осуществляется с использованием фильтрующей центрифуги. За счет центробежных сил первичный сок уделяется из клеточного материала, на его место подается свежий экстрагент, который вновь удаляется из материала. Экстрагент циркулирует до насыщения, а затем заменяется новым. Метод обеспечивает значительное ускорение экстракции.

При электроимпульсном способе интенсификации экстракции колебательное движение жидкости получается при создании в ней высоковольтного разряда и выделения мощного электромагнитного излучения в очень короткие промежутки времени. Высокое значение мгновенной мощности, которая выделяется в импульсном электрическом пробое жидкости при разряде конденсатора создает электрогидравлический эффект в десятки тысяч атмосфер и перемещение жидкости со скоростью сотен метров в секунду создается микровзрыв.

Аналогично электрогидравлическому эффекту сильные гидравлические волны возникают внутри жидкости при поглощении ею светового луча квантового генератора (лазера). При этом отмечается разрыв клеток сырья, вызванный возникновением избыточного давления в ударной волне - порядка миллиона атмосфер. Эффект проявляется в еще более короткие промежутки времени, чем при электрическом разряде, что обусловлено малой длительностью светового импульса, несущего заряд энергии большой мощности.