Методы экстрагирования.

Выбор метода определяется эффективностью производства готового продукта и зависит от свойств экстрагента и растительного материала, а также от структуры последнего.

Мацерация (от лат maceratio — вымачивание) относится к статическим методам экстрагирования Ранее он широко применялся для получения настоек и был официальным по ГФ VIII. Метод заключается в настаивании в мацерационном баке необходимого для получения настойки количества материала с прописанным объемом экстрагента при комнатной температуре в течение 7 суток (если в НТД нет других указаний) с периодическим перемешиванием мешал кой. После этого сырье отжимают и замеряют объем полученной вытяжки. Поскольку часть экстрагента удерживается в шроте, его промывают чистым экстрагентом в количестве, равном оставшемуся в сырье, повторно отжимают и обе порции извлечения объединяют. Если полученная вытяжка не соответствует заданному объему готового продукта, то добавляют чистый экстрагент.

Метод малоэффективен. Растительный материал большую часть времени находится в неподвижном состоянии, коэффициент конвективной диффузии невелик. Процесс протекает медленно, так как выравнивание концентрацией веществ внутри растительной клетки и во внешнем слое экстрагента идет в основном за счет молекулярной диффузии. Велики потери на диффузии. Поэтому в данном варианте метод применяется крайне редко, при экстрагировании свежего растительного сырья.

С целью интенсификации экстрагирования материала процесс ведут при постоянном перемешивании мешалками или во вращающихся мацерационных баках-турбулах. Время экстрагирования при этом можно сократить в несколько раз. Процесс мацерации часто сопровождают циркуляцией экстрагента. После настаивания сырья полученную вытяжку с помощью центробежного насоса возвращают на сырье и вновь настаивают. Циркуляция экстрагента приводит к более быстрому выравниванию концентраций, т. е. к завершению процесса кстрагирования.

Ремацерация или дробная мацерация с делением на части экстрагента или сырья и экстрагента является разновидностью метода мацерации. В первом случае общее количество экстрагента делят на 3— 4 части и последовательно настаивают сырье в первой части экстрагента, затем во второй, третьей и четвертой, каждый раз сливая вытяжки. Время настаивания подбирается индивидуально в зависимости от свойств растительного материала. Периодическая смена экстрагента позволяет, при меньшей затрате времени на извлечение, полнее истощить сырье, уменьшить потери на диффузии, так как постоянно поддерживается высокая разность концентраций и как следствие этого — скорость диффузии.

Перспективным является метод дробной мацерации, сопровождающийся прессованием. Сырье замачивают и после набухания отжимают на гидравлических прессах или вальцовых мельницах. Процесс повторяется несколько раз до достижения равновесной концентрации. Метод позволяет сократить потери действующих веществ, так как в шроте остается небольшой объем вытяжки. Готовый продукт содержит высокое количество экстрагируемых веществ.

Перколяция в производстве жидких экстрактов на стадиях набухания и настаивания ничем не отличается от перколяции в производстве настоек. На стадии собственно перколяции процесс проводится аналогично и с той же скоростью, как для настоек. Отличие состоит в сборе готовых извлечений. Для жидких экстрактов извлечения разделяют на две порции. Первую порцию в количестве 85% по отношению к массе сырья собирают в отдельную емкость. Затем ведут перколяцию в другую емкость до полного истощения сырья. При этом получают в 5—8 раз (по отношению к массе загруженного в перколятор сырья) больше слабых вытяжек, которые называют «отпуском». Этот «отпуск» упаривают под вакуумом при температуре 50—60 °С до 15% по отношению к массе сырья, загруженного в перколятор. После охлаждения этот сгущенный остаток растворяют в первой порции извлечения. Получают вытяжки в соотношении 1:1 по отношению к сырью.

Реперколяция, т.е. повторная (многократная) перколяция, позволяющая максимально использовать растворяющую способность экстрагента, получить концентрированные извлечения при полном истощении сырья. Во всех случаях процесс проводят в нескольких перколяторах (от 3-х до 10-ти), которые работают во взаимосвязи, в так называемой батарее перколяторов. В этой батарее слив готового продукта проводят из последнего перколятора, в котором всегда свежее сырье, а свежий экстрагент подают в первый перколятор, в котором самое истощенное сырье. Извлечениями из первого перколятора перерабатывают сырье в предыдущем перколяторе, и так во всей батарее - сырье в последующих перколяторах экстрагируется извлечениями, полученными из предыдущих перколяторов. Таким образом от 1-го до последнего перколятора в батарее осуществляется противоток сырья и экстрагента.

Существуют различные варианты реперколяции с делением сырья на равные и неравные части, с законченным и незаконченым циклом. Некоторые из них позволяют получить концентрированные вытяжки без последующего упаривания.

Реперколяция с делением сырья на равные части с незаконченным циклом (рис. 5.6).

Первую порцию сырья, предназначенную для загрузки, предварительно замачивают равным или половинным объемом экстрагента по отнощению к массе сырья. После набухания в течение 4- 6 ч материал укладывают в перколятор 1 и настаивают 24 ч с двойным по отношению к массе сырья объемом экстрагента. По истечении указанного времени проводят перколирование до полного истощения сырья с разделением вытяжек на первую порцию в количестве 80% по отношению к .массе сырья, которую считают готовым продуктом; вторую порцию (менее концентрированные извлечения) - в количестве, равном массе сырья и предназначенную для намачивания сырья для 2-го перколятора; третью порцию — второй отпуск, п двукратном количестве но отношению к массе сырья и предназначенный для настаивания сырья во 2-м перколяторе; четвертую порцию — третий отпуск в количестве, примерно в 6 раз превышающий массу сырья и предназначенный для экстрагирования (перколирования) сырья во втором перколяторе. Из 2-го перколятора получают 100% готового продукта по отношению к массе сырья в перколяторе и собирают отпуски для работы с сырьем в следующем перколяторе. Из последнего перколятора получают 100% готового продукта и отпуски, которые используют для обработки следующей партии аналогичного сырья. Все порции готового продукта, полученные из каждого перколятора, объединяют.

Реперколяция с делением сырья на равные части с законченным циклом проводится в батарее перколяторов (рис. 5.7). количество перколяторов в батарее зависит от свойств сырья, чем труднее экстрагируется сырье, тем большее число перколяторов входит в батарею.

Сырье, разделенное на равные части, загружают в перколяторы. В 1-м перколяторе сырье замачивают для набухания в течение 4-6 ч, после чего в перколятор подают экстрагент до «зеркала» и настаивают 24 ч. затем перколируют в отдельную емкость, получая 80% готового продукта (Г.П.1 — 80%) по отношению к массе сырья в этом перколяторе.

Перколирование продолжают до полного истощения сырья в другую емкость — получают «отпуск 1». Этим «отпуском 1» проводят намачивание, настаивание и перколирование сырья во 2-м перколяторе, из которого получают готовый продукт (Г.П.2 — 100%) в количестве, равном 100% от массы сырья в перколяторе и «отпуск 2». Отпуском 2 проводят намачивание, настаивание и перколирование сырья в 3-м перколяторе, из которого получают (Г.П.3 — 100%) готовый продукт 3 в количестве, равном 100% от массы сырья в перколяторе и «отпуск 3». Так ведут процесс в каждом последующем перколяторе, если их больше 3-х. Отпуск последнего перколятора упаривают до недостающих 20% готового продукта, слитого с 1-го перколятора. При этом получают на 300 кг сырья жидкого экстракта: 80+100+100+20=300 л (кг), т.е. В соотношении 1:1.

Реперколяция по методу Босина. Сырье загружают в равных количествах в каждый перколятор батареи. Сырье в 1-м перколяторе (рис. 5.8) экстрагируют чистым экстрагентом, в последующих — отпусками после извлечения сырья из предыдущих перколяторов. Число перколяторов подбирают таким образом, чтобы при получении вытяжки из последнего перколятора в объеме, равном всей массе экстрагируемого материала, т.е. 1:1.

Реперколяция с деление сырья на неравные части по фармакопее США и Германии. Эти варианты реперколяции официальны в указанных странах.

Согласно фармакопее США исходное сырье принимают за 100% и загружают в перколяторы в соотношении 5:3:2 (рис. 5.9)

Работу начинают с наибольшей порцией сырья и обрабатывают ее чистым экстрагентом. Перколят собирают в два приема: готовый продукт в количестве 20% от общего количества сырья и отпуск, который используют для набухания, настаивания и перколяции во 2-м перколяторе. Из 2-го перколятора получают готовый продукт 2 в количестве 30% от общего количества сырья и отпуск 2, используемый для 3-го перколятора. Из 3-го перколятора собирают 50% готового продукта по отношению к массе сырья, Всего получают 20+30+50=100% готового продукта на 100% исходногосырья, т.е. 1:1.

В соответствии с Германской фармакопеей все сухое сырье загружают в три перколятора в соотношении 5:3, 25:1,75 и проводят процесс, аналогично описанному выше, для фармакопеи США.

Реперколяция с делением сырья на неравные части по фармакопеям США и Германии могут применяться для небольших производств при получении незначительного количества продукта, так как в этих модификациях реперколяцин сырье во 2-м и в 3-м перколяторах истощается не полностью. Меньше всего сырье истощается в 3-м перколяторе.

Метод реперколяции по Чулкову. Предложен в 19-13 г. и нашел применение в фармацевтических производствах, длительно работающих по этой схеме. Экстрагирование проводят и батарее из 4-х и более перколяторов. Различают два периода: в пусковой период ежеднвно загружают по одному перколятору и слива готового продукта не производят. В каждый перколятор загружают равное количество сырья, которое предварительно заливают равным количеством чистого экстрагента (для 1-го перколятора) или извлечением, полученным из предыдущего перколятора (для 2-го и всех последующих перколяторов). Набухшее сырье загружают в первый перколятор, заливают экстрагентом до зеркала и оставляют на сутки. На следующий день из первого перколятора сливают извлечения в два приема; первое извлечение — в объеме, равном массе сырья, загруженного в перколятор, используемое для замачиваниясырья для второго перколятора, и второе извлечение — в двойном объеме по отношению к массе сырья, используемое для настаивания сырья во втором перколяторе. В это время в первый перколятор подают свежий экстрагент в количестве, равном сумме извлечений. На третий день из второго перколятора собирают также два извлечения: для работы с сырьем, предназначенным для загрузки в третий перколятор. Во второй перколятор подают вытяжки из первого перколятора, а в него снова подают свежий экстрагент. Далее процесс проводится аналогично. Через сутки после загрузки последнего перколятора начинается рабочий период. В это время из последнего перколятора сливают первую порцию готового продукта в объеме, равном массе сырья в этом перколяторе. Одновременно из первого перколятора сливают все вытяжки и подают их во второй перколятор. Сырье в первом перколяторе полностью истощено. Свежий экстрагент подают во второй перколятор. который теперь становится хвостовым. Первый перколятор становится головным в батарее. Сбор готового продукта производится ежедневно из головного перколятора. которым является каждый, вновь нагруженный сырьем.

Потерь биологически активных веществ практически нет, так как в каждом перколяторе сырье неоднократно обрабатывается свежим экстрагентом и истощается максимально.

Ускоренная дробная мацерация методом противотока (по ЦАНИИ). Проведение экстрагирования по ЦАНИИ позволяет значительно сократить время на выпуск готовой продукции.

Сырье в сухом виде загружают в равных количествах в три перколятора. Свежий экстрагент подают только в первый перколятор, и три приема. Вначале заливают сырье в первом перколяторе «до зеркала» и настаивают 2 ч. По истечении этого срока вытяжку из первого перколятора переносят во второй перколятор, а н первый перколятор вновь подают свежи» экстрагент «до зеркала». Сырье в обоих перколяторах настаивают 2 ч. после чего вытяжку из второго перколятора переносят па сырье в третий перколятор. во второй - переносят вытяжку из первого перколятора, а в первый снова (в третий раз) подают свежий экстрагент. Загруженные перколяторы оставляют для настаивания на 24 ч. На следующий день из третьего перколятора сливают всю вытяжку, являющуюся ютовым продуктом. Па второго перколятора нею вытяжку переносят в третий перколятор. Из первого перколятора вытяжки сливают, сырье выгружают и отжимают. Все вытяжки из первого перколятора объединяют и используют для настаивания сырья во втором перколяторе. Оба перколятора оставляют на 2 ч. Затем из третьего перколятора сливают вторую порцию готового продукта. Из второго перколятора полностью сливают вытяжку, сырье выгружают и отжимают. Все извлечения из второго перколятора передают в третий перколятор, которые настаивают 2 ч. По истечении этого времени получают третью порцию готового продукта, к которому присоединяют отжим из последнего перколятора. Для равномерной загрузки каждого перколятора общий объем необходимого экстрагента V делят на три части. При этом V=V₁+V₂+V₃

Первая порция свежего экстрагента может быть определена из соотношения:

Вторая и третья порция свежего экстрагента V₂=V₃ могут быть определены из уравнения:

Такой метод экстрагирования применяют для фитохимического производства небольших объемов и в лабораторных условиях. При использовании этого метода в последнем и предпоследнем перколяторах сырье истощается не полностью, так как обработка проводится не чистым экстрагентом.

Растворение. Жидкие экстракты могут быть получены путем растворения сухих или густых экстрактов. Метод применяется сравнительно редко, хотя заслуживает большего внедрения в практику ввиду сокращения времени технологического процесса. Технология приготовления сводится к растворению густого или сухого экстрагента в соответствующем экстрагенте с последующей очисткой и стандартизацией.