Екстракти в промисловій технології ліків

Зміст Вступ Глава 1. Процес екстрагування

1.1 Теоретичні основи екстрагування

1.2 Особливості екстрагування рослинної сировини з клітинною структурою

1.3 Стадії процесу екстрагування i їх кількісні характеристики

1.4 Основні чинники впливу на повноту i швидкість екстрагування

1.5 Вимоги до екстрагентів Глава 2. Настойки

2.1 Визначення настойок

2.2 Способи одержання настойок

2.3 Стандартизація

2.4 Зберігання настойок

2.5 Класифікація i номенклатура настойок

2.6 Рекуперація екстрагентів відпрацьованої сировини Глава 3. Рідкі екстракти

3.1 Визначення

3.2 Рідкі екстракти

3.3 Способи одержання

3.4 Очищення

3.5 Стандартизація

3.6 Номенклатура рідких екстрактів

3.7 Зберігання Глава 4. Густі i сухі екстракти

4.1 Визначення

4.2 Способи одержання

4.3 Одержання витяжок

4.4 Очищення витяжок

4.5 Згущення витяжок

4.6 Висушування витяжок

4.7 Номенклатура густих i сухих екстрактів i основні їхні показники (за державним реєстром)

4.8 Зберігання Глава 5. Інші екстракти

5.1 Екстракти-концентрати

5.2 Масляні екстракти Висновки Список використаної літератури

Вступ Сучасні екстракційні препарати з лікарської рослинної сировини за технологією одержання можна поділити на три групи:

сумарні (галенові) препарати;

новогаленові (максимально очищені) препарати;

препарати індивідуальних речовин.

Галенові препарати необхідно розглядати як специфічну групу лікарських засобів, що разом із хіміко-фармацевтичними та іншими препаратами входять до складу ліків. Галеновими вони називаються за прізвищем відомого римського лікаря і фармацевта Клавдія Галена, що жив у 131—201 рр. н. е. Термін «галенові препарати» з’явився у XIII столітті.

Витяжки із сировини у виробництві галенових препаратів (настойки, екстракти тощо) не є хімічно індивідуальними речовинами, вони являють собою складні комплекси, що часто діють інакше, ніж окрема хімічно чиста речовина. Тому й лікувальна дія галенових препаратів зумовлена всім комплексом біологічно активних речовин, посилюючи, послаблюючи або видозмінюючи дію основних речовин.

У 60-і роки XIX століття з’явилися нові препарати галенового типу, названі новогаленовими. Вони є витяжками з лікарських рослин, цілком або частково звільненими від супутніх речовин, тому мають ще й назву максимально очищених препаратів (МОП). Це також сумарні препарати, але з вузьким спектром дії на організм і зі своїми особливостями. Так, глибоке очищення підвищує їх стабільність, усуває побічну дію ряду супутніх речовин (смоли, таніни тощо), дозволяє рекомендувати їх для парентерального застосування.

Промислове виробництво лікарських препаратів індивідуальних речовин було організоване в колишньому СРСР у середині XX століття. Якщо порівняно недавно їх виробництво вважалося важкодоступним, то завдяки досягненням у галузі хімії, фізики, технології ліків та фармакології стали можливими їх виділення, всебічне дослідження та аналіз. Поширення набули препарати індивідуальних алкалоїдів, серцевих глікозидів та ін.

Основу виробництва екстракційних препаратів становлять про-цеси екстракції. У фармації вони широко впроваджені для одержання препаратів із лікарськоїрослинної сировини (настойки, екстракти рідкі, густі та сухі, екстракти-концентрати, максимально очищені, тобто новогаленові препарати, витяжки зі свіжих рослин тощо) та із сировини тваринного походження (препарати гормонів, ферментів, препарати неспецифічної дії — пантокрин, вітогепат і т. под.)

Вирізняють екстрагування в системі тверде тіло — рідина та у системі рідина — рідина, або рідинну екстракцію. Найпопулярніше у фармацевтичному виробництві екстрагування в системі тверде тіло — рідина, де твердим тілом є лікарська рослинна сирови-на або сировина тваринного походження, а рідиною — екстрагент. Рідинну екстракцію використовують при очищенні витяжок у виробництві максимально очищених препаратів і препаратів індивідуальних речовин з лікарської рослинної сировини.

Глава 1. Процес екстрагування

1.1 Теоретичні основи екстрагування Процес екстрагування належить до масообмінних процесів і відбувається завдяки дифузії із зони з високою концентраціею. Екстрагування базується на дифузії біологічно активних речовин із внутрішніх структур частинок матеріалу в екстрагент і закінчується при досягненні рівноважних концентрацій. У рівноважному стані з матеріалу в екстрагент переходить така ж кількість молекул, як і з екстрагента в матеріал, тобто концентрація залишається постійною. При цьому звичайно в матеріалі концентрація вища, ніж в екстрагенті.

Дифузія буває молекулярна і конвективна.

Молекулярна дифузія — це процес перенесення елементів речовини (біологічно активної речовини — БАР) за рахунок хаотичного руху самих молекул у нерухомому середовищі. Вона характеризується коєфіціентом молекулярної дифузії Б, який виводять із рівняння Ейнштейна.

Коєфіціент молекулярної дифузії характеризує здатність даної речовини проникати внаслідок дифузії в нерухоме середовище і, як видно з рівняння, зростає з підвищенням температури і зменшується зі збільшенням в’язкості середовища та розміру частинок речовини.

Отже, чим менший радіус дифундуючих частинок, тим швидше відбувається дифузія. Наприклад, розчинам білків, слизів, пектинів та інших, що мають великі молекули, властиві дуже низькі коєфіціенти дифузії. Речовини з малими розмірами молекул (якими частіше бувають БАР) дифундують набагато швидше.

1.2 Особливості екстрагування рослинної сировини з клітинною структурою При екстрагуванні з лікарської рослинної сировини відбувається дифузія БАР із внутрішніх структур частинки матеріалу. Цей процес має свої особливості. Перш за все, наявність пористої перегородки, міжклітинного простору і клітинних ходів знижує швидкість дифузії. По-друге, у пори перегородки можуть проникати лише ті речовини, частинки яких не перевищують розмірів пор. Нарешті, є ще одна істотна особливість — явище десорбції, що спостерігається в клітині після проникнення в неї екстрагента. Оскільки речовини в клітині зв’язані силами тяжіння, то необхідне насамперед подолання цих адсорбційних сил. Увесь складний комплекс дифузійних явищ, які відбуваються всередині шматочків рослинного матеріалу, називають внутрішньою дифузіею. Для вираження коєфіціента дифузії в порах рослинного матеріалу до рівняння Ейнштейна для вільної дифузії вводять поправочний коєфіціент В, який враховує всі ускладнення процесу.

Для матеріалу з клітинною структурою значення коєфіціента внутрішньої дифузії значно менше за значення коєфіціента вільної дифузії. Так, розмір коєфіціента вільної дифузії для багатьох природних сполук перебуває в межах 104—105 м2/с. А для цих же сполук значення коєфіціента дифузії в порах матеріалу з клітин-ною структурою на 2—3 порядки менший, тобто 106—108 м2/с.

Особливості витягу біологічно активних речовин із матеріалів з клітинною структурою пов’язані з тим, що на шляху до речовини, яка міститься в клітині, знаходиться клітинна стінка, фізіологічний стан якої змінюється. Так, жива рослинна клітина має пристінний шар протоплазми відповідної товщини. Він позначається на властивостях клітинної стінки як перегородки, що відокремлює розчин усередині клітини (клітинний сік) від рідини поза клітиною.

Доки протоплазма жива, клітинна стінка залишається напів-прозорою перегородкою, яка не пропускає речовини, розчинені в клітинному сокові. У цьому разі можливе лише проникнення екстрагента у клітину за рахунок явища осмосу.

Зовсім інакше поводиться висушена клітина. Внаслідок загибелі протоплазми (плазмолізу) клітинна стінка втрачає характер напівпрозорої перегородки і починає пропускати речовини в обидві сторони (явище діалізу). Тобто клітинна стінка набуває властивості пористої перегородки, крізь яку можуть дифундувати біологічно активні речовини, молекули яких не перевищують розміру пор.

Переважну більшість екстракційних препаратів одержують із висушеної рослинної сировини, тобто зневодненої природним або тепловим висушуванням. У разі одержання препаратів зі свіжих рослин клітини умертвляють етиловим спиртом. Він дуже гігроскопічний і при зіткненні з рослинною клітиною зневоднює її, викликаючи найсильніший плазмоліз. Умертвіння клітин сировини тваринного походження досягається тими ж способами: висушуванням або зневоднюванням за допомогою спирту чи ацетону.

При одержанні препаратів зі свіжої сировини, клітини якої не зневоднені, очевидно, має місце вимивання клітинного соку із зруйнованих клітин, а не процес екстрагування.

1.3 Стадії процесу екстрагування i їх кількісні характеристики У процесі екстрагування відбувається масопередача, тобто перехід одніеї або кількох речовин з одніеї фази (сировини) в іншу (екстрагент). Масопередача із сировини з клітинною структурою — складний процес, в якому можна виділити три стадії:

«внутрішню дифузію», що включає всі явища перенесення речовин усередині частинок сировини;

перенесення речовини в межах безпосередньо дифузійного пограничного шару;

перенесення речовини рухомим екстрагентом (конвективна дифузія).

Екстрагування із зневодненої сировини з клітинною структурою починається проникненням екстрагента в матеріал, змочуванням речовин, що знаходяться усередині клітини, розчиненням їх та десорбціею. Далі відбувається молекулярне перенесення розчинених речовин — спочатку в екстрагент, що знаходиться в міжклітинному просторі, потім в екстрагент, який заповнює мікроі макротріщини, і, нарешті, на поверхню шматочків матеріалу.

Зобразимо схематично (рис. 1) частинку матеріалу, яка знаходиться в екстрагенті, і позначимо середню концентрацію речовин, що екстрагуються всередині частинки, як С1 а на її поверхні — С2.

Рис. 1. Частинка сировини в екстрагенті

Тоді кількість речовини, що продифундувала із внутрішніх структур частинки на поверхню (перша стадія), буде пропорційна коєфіціентові внутрішньої дифузії, поверхні частинки матеріалу, часові, різниці концентрації всередині частинки та на її поверхні, обернено пропорційна розмірові частинок рослинної сировини.

На другій стадії починається дифузія речовин від поверхні частинки (концентрація С2) до зовнішньої поверхні дифузійного пограничного шару (концентрація С3). Зараз уже загальновизнане існування на поверхні шматочків сировини пристінного шару, екстрагента, названого дифузійним пограничним шаром. Цей шар чинить великий опір подальшому перенесенню екстрагованих речовин у екстрагент. Товщина його залежить від гідродинаміки процесу, передусім від швидкості перемішування екстрагента. Чим більша швидкість перемішування, тим тонший пограничний шар. У межах дифузійного пограничного шару перенесення речовин здійснюється за законом вільної дифузії і може бути виражене у вигляді першого закону Фіка.

На третій стадії процесу екстрагування перенесення діючих речовин триває завдяки руху екстрагента (конвективна дифузія).

Звичайно коєфіціент конвективної дифузії Р у багато разів більший за коєфіціент молекулярної дифузії Б.

Аналіз процесів екстракції засвідчує, що процес екстрагування залежить від багатьох чинників, найважливіші з яких: гідродинамічні умови, поверхня розділення фаз, різниця концентрацій, тривалість процесу, в’язкість екстрагента, температура. Крім того, на повноту витягу та швидкість впливають: додавання поверхнево-активних речовин, характер завантаження сировини, вибір екстрагента, пористість і порозність сировини, коєфіціент вимивання, вплив вібрацій, пульсацій, електроімпульсний розряд у рідкому середовищі, здрібнення і деформація сировини в екстрагенті. Розглянемо вплив кожного із цих чинників.

1.4 Основні чинники впливу на повноту i швидкість екстрагування Гідродинамічні умови. Коєфіціент масопередачі К визначають, включаючи коєфіціенти всіх видів дифузії. Він може змінюватися залежно від гідродинамічних умов процесу. Так, за відсутності конвекції, тобто без перемішування, коєфіціент конвективної дифузії Р дорівнює нулю, а товщина дифузійного шару стає рівною товщині всього шару екстрагента. Отже, третя стадія екстрагування відпадає, а коєфіціент масопередачі визначається тільки внутрішньою дифузіею в сировину і вільною молекулярною дифузіею в нерухомій рідині.

Таке явище спостерігається при мацерації (настоюванні) без перемішування. Цей спосіб екстрагування найбільш тривалий.

Якщо екстрагент переміщується із незначною швидкістю, коєфіціент масопередачі визначається кількісними характеристиками всіх трьох стадій процесу. Швидкість цього способу екстракції вища, адже зменшується шар не-рухомої рідини, з’являються конвекційні потоки, які сприяють перенесенню речовини. Такий режим екстрагування характерний для мацерації з перемішуванням, перколяції, швидкоплинної реперколяції, безперервної протитечійної екстракції тощо.

I нарешті, при дуже інтенсивному перемішуванні можуть не відбуватися друга й третя стадії дифузійного процесу. Тоді коєфіціент конвективної дифузії зростає до нескінченності, тобто конвективне масоперенесення здійснюється миттево. Водночас стає рівною нулю і товщина пограничного дифузійного шару. Коєфіціент масопередачі в таких випадках визначається тільки коєфіціентом дифузії в порах рослинного матеріалу.

Такий вид залежності для коєфіціента масопередачі прийнятний для вихрової екстракції та екстрагування із застосуванням роторно-пульсаційного апарата.

Другий і третій складники можуть бути відсутніми, але наявність першого невід'ємна від процесу екстракції із сировини з клітинною структурою.

Останнім часом запропоновано екстрагування із застосуванням ультразвуку, за допомогою електричних зарядів з використанням електроплазмолізу та електродіалізу. У таких випадках з’являється можливість впливати на коєфіціент внутрішньої дифузії, що дозволяє значно прискорити процес екстрагування на найбільш повільній стадії.

Поверхня розділення фаз «тверда лікарська сировина — рідина» залежить від ступеня здрібнення сировини і буде тим більшою, чим менші розміри частинок. Однак з практики відомо, що при надмірному здрібненні сировина може злежуватись, а вміст слизистих речовин призводить до ослизнення, внаслідок чого крізь такі маси екстрагент проходитиме дуже погано. При надто тонкому здрібненні різко збільшується кількість розірваних клітин, що стає причиною вимивання супутніх речовин, які забруднюють витяжки (білки, слизи, пектини та інші високомолекулярні сполуки). У результаті витяжки одержують каламутні, їх важко освітлювати і фільтрувати. 3 цього випливає, що сировину слід подрібнювати до оптимальних розмірів: листя, квіти, трави до 3—5 мм; стебла, корені, кору до 1—3 мм, плоди й насіння до 0,3—0,5 мм. При цьому у вихідному матеріалі зберігатимється клітинна структура і переважатимуть дифузійні процеси, екстрагування сповільниться, але отриману витяжку легше буде очищати від механічних домішок.

Різниця концентрацій у сировині та екстрагенті є рушійною силою процесу екстракції. Під час екстракції необхідно прагнути до максимального перепаду концентрацій, що досягається частою зміною екстрагента (ремацерація замість мацерації), проведенням протитечійного процесу та ін.

Час (тривалість) екстрагування. 3 основного рівняння масопередачі випливає, що кількість речовини, продифундованої крізь умовний шар, прямо пропорційна часові екстракції. Однак потрібно досягати максимальної повноти витягу в найкоротший термін, максимально скориставшись усіма можливостями інтенсифікації процесу.

Надмірна тривалість процесу екстрагування призводить до забруднення витяжок супутніми високомолекулярними сполуками, швидкість дифузії яких значно менша, ніж у біологічно активних речовин. При тривалому екстрагуванні під впливом ферментів можуть з’являтися небажані процеси. Загальна тривалість екстракції найчастіше змінюється з економічних міркувань. Буває доцільно припинити процес у певний момент, бо додатково витягнуті кількості речовин не окуплять надлишкових витрат цінних екстрагентів (спирту, ефіру).

В’язкість екстрагента. За законом Фіка кількість розчиненої речовини, продифундованої крізь шар екстрагента, обернено пропорційна в’язкості цього екстрагента при даній температурі. Отже, менш в’язкі розчини мають більшу дифузійну здатність. Для зменшення в’язкості при екстрагуванні рослинними оліями вдаються до нагрівання.

Перспективними в цьому відношенні є зріджені гази: карбону діоксид СО2, пропан, бутан, рідкий амоніак та ін. Найбільш часто використовують зріджений карбону діоксид, що хімічно індиферентний до значної кількості діючих речовин. Його в’язкість у 14 разів менша за в’язкість води і в 5 — за в’язкість етанолу. Зріджений карбону діоксид добре витягає ефірні масла та інші гідрофобні речовини. Гідрофільні речовини добре екстрагуються зрідженими газами з високою діелектричною проникністю (амоніаком, метилхлоридом, метиленоксидом та ін.).

Температура. Підвищення температури прискорює процес екстрагування, але в умовах фітохімічних виробництв нагрівання можливе тільки для водних витяжок. Спиртова, а тим більше ефірна екстракція проводиться при кімнатній (або навіть нижчій) температурі, оскільки з її підвищенням зростають втрати екстрагентів, а отже шкідливість і небезпека роботи з ними.

Як було зазначено вище, екстрагування рослинними оліями відбувається з нагріванням. Але для термолабільних речовин застосування підігрітого екстрагента припустиме лише протягом короткого часу. Шдвищення температури екстрагента небажане для ефіромасляної сировини, оскільки при нагріванні неминучі значні втрати. Необхідно враховувати, що при використанні гарячої води відбувається полімеризація крохмалю, пептизація речовин; витяжки в цьому разі стають слизуватими, і подальша робота з ними значно утруднюється. Шдвищення температури доцільне при екстрагуванні з коренів, кореневищ, кори та шкірястого листя. Тоді гаряча вода сприяє кращому відділенню тканин і розриву клітинних стінок, прискорюючи тим самим перебіг дифузійного процесу.

Додавання поверхнево-активних речовин (ПАР). Експериментально встановлено, що додавання невеликих кількостей ПАР (0,01—0,1%) поліпшує процес екстрагування. При цьому збільшується вихід екстрагованих речовин: алкалоїдів, глікозидів, ефірних масел тощо, а в деяких випадках повнота витягу досягається при меншому об'ємі екстрагента. Добавки ПАР знижують поверхневий натяг на межі розділення фаз, поліпшуючи змочуваність вмісту клітини і полегшуючи проникнення екстрагента. Крім того, істотну роль відіграє солюбілізувальна здатність ПАР.

Вибір екстрагента. Для забезпечення повноти витягу діючих речовин і максимальної швидкості екстрагування до екстрагента висувають такі вимоги: селективність (вибіркова розчинність); хімічна і фармацевтична індиферентність; мала токсичність; доступність.

Вибір екстрагента визначається ступенем гідрофільності речовин. Для екстрагування полярних речовин із високим значенням діелектричної сталої використовують полярні розчинники: воду, метанол, гліцерин; для неполярних — кислоту оцтову, хлороформ, етер етиловий та інші органічні розчинники. Найчастіше як екс-трагент застосовують етанол — малополярний розчинник, який при змішуванні з водою утворює суміші різного ступеня полярності, що дозволяє використовувати його для вибіркового екстрагування різних біологічно активних речовин. Крім етанолу, з мало-полярних розчинників застосовують ацетон, пропанол, бутанол.

Пористість і порозність сировини. Пористість сировини — це розмір порожнин усередині рослинної тканини. Чим вона вища, тим більше утворюється внутрішнього соку при набуханні. Порозність — це розмір порожнин між шматочками здрібненого матеріалу. Від розмірів пористості й порозності залежать швидкість змочування і набухання матеріалу. Швидкість набухання зростає при попередньому вакуумуванні сировини, а також при підвищенні тиску і температури.

Пористість і порозність сировини обумовлюють її поглинальну здатність, що характеризується коєфіціентом поглинання сировини.

Поглинальна здатність сировини перебуває в прямій залежності від ступеня її здрібнення.

Коєфіціент вимивання характеризує ступінь руйнування клітин у здрібненій сировині. Якщо він низький, це означає, що в сировині мало зруйнованих клітин, екстрагування йде повільно і обумовлюється швидкістю молекулярної дифузії. За розмір коєфіціента вимивання прийнято брати кількість речовини у витяжці, отриманої з певної наважки сировини, при певному співвідношенні (сировина-екстрагент) в результаті екстрагування сировини протягом одніеї години при певній швидкості перемішування.

Вплив вібрації, пульсації, здрібнення і деформації сировини в середовищі екстрагента. Використання методів екстрагування, в яких мають місце вібрація, пульсація, здрібнення і деформація в середовищі екстрагента, дозволяє значно збільшити швидкість і повноту екстрагування із сировини. Пояснюється це тим, що:

3 появою турбулентного перемішування як усередині, так і назовні клітин молекулярно-кінетичний рух змінюється на конвективний, що дозволяє підтримувати різницю концентрацій у зоні зіткнення фаз на високому рівні.

Вплив електроімпульсних розрядів. При екстрагуванні БАР за допомогою електричних розрядів процес прискорюється, тому що завдяки іскровому розрядові в сировині відбувається мікровибух, який розриває клітинні структури матеріалу. Процес витягу відбувається швидше внаслідок вимивання екстрактивних речовин та пульсації, що так само позначається на швидкості руху екстрагента. Виникаючі в рідині коливання скорочують час екстрагування і збільшують вихід біологічно активних речовин.

1.5 Вимоги до екстрагентів Екстрагент у процесі екстракції БАР відіграє особливо важливу роль. Він має здатність проникати крізь стінки клітини, вибірково розчиняти біологічно активні речовини і виходити за межі рослинного матеріалу. Тому до екстрагентів висувають конкретні вимоги, обумовлені специфічними особливостями фармацевтичного виробництва. Отже, екстрагент повинен:

максимально розчиняти лікарські речовини і мінімально — баластні речовини;

проникати у пори матеріалу і крізь стінки клітин, забезпечувати високу змочувальну здатність;

перешкоджати розвиткові у витяжці мікрофлори;

мати низьку температуру кипіння, легко регенеруватися;

бути мінімально токсичним і вогнебезпечним;

бути доступним за вартістю.

Із двох рівноцінних екстрагентів обирають безпечніший, доступний за ціною, фармакологічно не шкідливий і т. д. Якщо екстрагент не задовольняє зазначені вимоги, то використовують суміші, наприклад підкислену воду, спирт із водою, ефір зі спир-том тощо.

Одним з найбільш прийнятних екстрагентів є вода, яка має ряд переваг, а саме:

добре проникає крізь клітинні оболонки, непроникні для гідрофобних речовин;

розчиняє і витягає речовини краще за інші рідини;

фармакологічно індиферентна;

дуже розповсюджена;

негорюча і вибухобезпечна;

доступна за вартістю.

Однак як екстрагент має ряд негативних сторін, наприклад:

не розчиняє і не витягає гідрофобні речовини;

не має антисептичних властивостей, внаслідок чого у водних витяжках можуть розвитися мікроорганізми;

за рахунок води відбувається гідролітичне розщеплення багатьох речовин, особливо при високій температурі;

у водному середовищі ферменти можуть розщеплювати лікарські речовини.

Етиловий спирт С2Н5ОН теж дуже часто використовується як екстрагент.

Якість спирту-ректифікату регламентується ДФ X і ГОСТом 5962−51.

Спирт як екстрагент:

є розчинником багатьох сполук, що не витягаються водою, наприклад жирів, алкалоїдів, хлорофілу, глікозидів, ефірних масел, смол та ін.;

має антисептичні властивості (у спирто-водних розчинах з концентраціею понад 20% не розвиваються мікроорганізми та цвіль);

чим міцніший спирт, тим менш можливі в його середовищах гідролітичні процеси. Спирт інактивує ферменти;

достатньо леткий, тому спиртові витяжки легко згущуються і висушуються до порошкоподібних речовин. Для зберігання термолабільних речовин випарювання й сушіння проводять під вакуумом;

є лімітованим продуктом, відпускається фармацевтичним виробництвом за встановленим порядком;

значно важчий ніж вода, проникає крізь стінки клітин, віднімаючи воду в білків та слизуватих речовин, перетворюючи їх на осади, що закупорюють пори клітин, а відтак погіршує дифузію.

Чим нижча концентрація спирту, тим легше він проникає всередину клітин;

фармакологічно неіндиферентний; проявляє як місцеву, так і загальну дію, що необхідно враховувати при виробництві витягів вогненебезпечний.

Отже, спирт як екстрагент має ширший діапазон витягу БАР порівняно з водою, причому його екстрагуюча здатність залежить від концентрації. При екстрагуванні етанолом з концентраціею не менше 70% одержують витяжки, вільні від біополімерів (білків, слизу, пектинів).

Ацетон СН3СОСН3. Безбарвна рідина з характерним запахом. Відносна густина 0,798. Температура кипіння 56,2 °С. 3 водою та органічними розчинниками змішується в будь-яких співвідношеннях. Застосовузться як екстрагент для алкалоїдів, смол, олій таін.

Етиловий етер СН5ОС2Н5. Безбарвна, легкорухлива летка рі-дина, має температуру кипіння від 34 до 36 °C. Розчиняється в 12 частинах води, змішується у всіх співвідношеннях з ацетоном, спиртом, петролейним етером, жирними оліями та ефірними маслами. Густина 0,714 (при 20 °С). Пари етилового етеру мають велику густину (2,56 відносно повітря), вони стеляться по підлозі, отруйні, можуть переміщуватися і накопичуватися далеко від джерела випаровування. При зіткненні з вогнем або гарячими предметами може статися вибух великої сили (температура займання етеру 40 °С). Тому при роботі з етиловим етером необхідно дотримуватися особливих заходів безпеки, а це обмежує його застосування як екстрагента. Етилацетат у суміші з етанолом у співвідношенні 9: 1 використовують при рідинній екстракції флавоноїдів у виробництві фламіну.

Хлороформ СНС13. Безбарвна, прозора, легколетка рідина, що змішується у всіх співвідношеннях зі спиртом, ефіром, бензином, з багатьма жирними оліями та ефірними маслами, у воді розчинна (1:200) і не змішується з гліцерином. Густина 1,52, кипить при 59,5—62 °С. Пари хлороформу отруйні, але не горючі, вибухобезпечні.

Є гарним розчинником для багатьох лікарських речовин: алкалоїдів, глікозидів, масел, олій тощо.

Дихлоретан СЮН2СН2С1. Безбарвна, прозора рідина, що не змішується з водою. Запахом нагадує хлороформ. Густина 1,252— 1,235. Температура кипіння 83,0—84,0 °С. Змішується зі спиртом і ефіром, жирами, мінеральними маслами, смолами. Дихлоретан маловогненебезпечний (температура займання 21,1 °С). При вдиханні його парів можливе отруєння. Дихлоретан у суміші з хлороформом (при густині 1,315) застосовується для екстрагування глікозидів.

Хлористий метилен СН2С12. Екстрагент з відносно високою густиною — 3,33 і температурою кипіння — 41 °C. Застосовується для екстрагування гідрофобних речовин (глікозидів, алкалоїдів та ін.).

Метанол, метиловий, або деревний спирт СН3ОН, виробляється синтетичний. Прозора, безбарвна рідина зі слабким запахом, що нагадує етиловий спирт. Змішується з водою в усіх співвідношеннях, утворюючи прозорі розчини без слідів покаламутніння та опалесценції. Густина не більше 0,793. Температура кипіння 64 — 67 °C. Сильна отрута. Вживання всередину 10 мл речовини викликає атрофію зорового нерва, дози 15—20 мл смертельні. До роботи з метиловим спиртом працівники допускаються лише після спеціального інструктажу. Зберігають його в опломбова-ній тарі. Застосовують при екстрагуванні кумаринів. Для розділення суміші глікозидів використовують суміш метанолу і води (густина 0,9464).

Олії рослинні. Використовують олії рослинні холодного пресування, добре відстояні; жовтого кольору. Найчастіше застосовують персикову, мигдалеву і соняшникову олії. Жирні олії змішуються з ефіром, хлороформом, бензином, ефірними та мінеральними маслами. Усі олії, крім рицинової, не змішуються зі спиртом і водою. Гіркнуть, а це тягне за собою підвищення кислотного числа. Жирні олії мають вибіркову здатність як екстрагенти.

Зріджені гази. Перспективними для екстрагування є запропоновані останнім часом зріджені гази: карбону діоксид, пропан, бутан, рідкий амоніак, хладони (хлорофторопохідні вуглеводнів) та ін. Зріджений карбону діоксид добре витягає ефірні масла, жирні олії та інші гідрофобні речовини. Гідрофільні речовини добре екстрагуються зрідженими газами з високою діелектричною проникністю (амоніак, метилхлорид, метиленоксид та ін.)

Дослідженнями, проведеними в ДНЦЛЗ, доведено, що найбільш селективним розчинником відносно ефірних масел є хладон-С318 (ц-С4Г8), який практично не витягує жирні олії. Хладон-11 (СС13Г), хладон-12 (СС12Г2) і хладон-22 (СНС1Г2) витягають ефірні масла й жирні олії, каротиноїди, терпеноїди та інші природні речовини.

Екстрагування зрідженими газами проводиться під тиском, після зняття якого екстрагент звітрюється, а екстрактивні речовини залишаються в чистому вигляді.

Глава 2. Настойки

2.1 Визначення настойок Настойки — це рідкі спиртові або водно-спиртові витяжки, одержані з висушеної або свіжої рослинної чи тваринної сировини без нагрівання і усунення екстрагента.

При виготовленні настойок з одніеї масової частини рослинної сировини одержують 5 об'ємних частин готового продукту, із сильнодіючої сировини — 10 частин. В окремих випадках настойки готують в інших співвідношеннях із сировини, що не містить сильно-діючих речовин (настойки арніки, календули, глоду, м’яти, софори).

Настойки можуть бути простими, тобто з одного виду сировини, і складними (суміш витяжок із декількох рослин, іноді з додаванням лікарських речовин).

2.2 Способи одержання настойок Настойки одержують розчиненням густих і сухих екстрактів, але в промислових умовах найчастіше — екстракцій-ними методами:

мацераціею та її різновидами;

перколяціею.

МАЦЕРАЦІЯ Раніше метод мацерації (від лат. тасегаііо — вимочування), або настоювання, був дуже поширеним. Тепер його застосування поступово скорочується, тому що при екстрагуванні цим методом важко досягти повноти витягу лікарських речовин із рослинного матеріалу.

При одержанні настойок мацераціею здрібнену сировину із запропонованою кількістю екстрагента завантажують у мацера-ційний бак і настоюють при температурі 15—20 °С, періодично перемішуючи. Якщо немає спеціальних указівок, то настоювання триває протягом 7 діб. Після цього витяжку зливають, залишок віджимають, віджату сировину промивають невеликою кількістю екстрагента, знову віджимають, віджату витяжку додають до вже злитої і потім об'єднану витяжку доводять екстрагентом до необхідного об'єму.

Цей метод малоєфективний, повільний, сировина не до кінця виснажується. 3 метою інтенсифікації екстрагування матеріалу процес проводять із застосуванням дробної мацерації (ремацерації), мацерації з примусовою циркуляціею екстрагента, вихрової екстракції (турбоєкстракції), ультразвуку та ін.

Ремацерація, або дробна мацерація з розділенням на частини екстрагента (або сировини і екстрагента). Загальну кількість екстрагента ділять на 3—4 частини і послідовно настоюють сировину з першою частиною екстрагента, потім з другою, третьою і четвертою, щоразу зливаючи витяжку. Час настоювання залежить від властивостей рослинного матеріалу. Таке проведення екстрагування дозволяє при менших витратах часу повніше виснажувати сировину, адже постійно підтримується висока різниця концентрацій у сировині та екстрагенті.

Мацерація з примусовою ииркуляцією екстрагента. Проводиться в мацераційному баку 1 (рис. 2) із перфорованим дном 3, на який укладено фільтрувальний матеріал 2. Екстрагент, відділений від сировини перфорованим дном, за допомогою насоса 4 прокачується крізь сировину до досягнення рівноважної концентрації. При цьому час настоювання скорочується в кілька разів. 3 примусовою циркуляціею екстрагента проводять також дробну мацерацію. Таким чином досягається більш повне виснаження сировини при таких же витратах екстрагента.

Рис. 2. Мацераційний бак із циркуляцією екстрагента Вихрова екстракція, або турбоєкстракція, ґрунтується на вихровому, дуже інтенсивному перемішуванні сировини і екстрагента при одночасному здрібнюванні сировини. Турбінна мішалка обертається із швидкістю 8000—13 000 об/хв. Час екстракції скорочується до 10 хв. Одержані настойки — стандартні.

Ультразвукова екстракція. Для інтенсифікації мацераційного процесу ефективне застосування ультразвукових коливань. При цьому прискорюється екстрагування і досягається повнота витягу діючих речовин. Джерело ультразвуку кріплять до корпусу мацераційного бака в місці, заповненому екстрагентом і сировиною. Найбільший ефект від впливу ультразвуку виявляється тоді, коли клітина матеріалу, що екстрагується, добре насичена екстрагентом, який проводить ультразвук. Ультразвукові хвилі, що виникають, створюють знакоперемінний тиск, кавітацію і «звуковий вітер». Унаслідок цього прискорюється просочуваність матеріалу і розчинення вмісту клітини, збільшується швидкість обтікання частинок сировини, у пограничному дифузійному шарі екстрагента виникають турбулентні і вихрові потоки. Молекулярна дифузія в клітинах матеріалу та в дифузійному шарі змінюється на конвективну, що приводить до інтенсифікації масообміну. Виникнення кавітації викликає руйнування клітин. При цьому екстрагування прискорюється через вимивання екстрактивних речовин із зруйнованих клітин і тканини. При озвучуванні витяжку можна одержати за декілька хвилин.

До інших видів динамізації мацерації належать: подрібнення сировини в середовищі екстрагента, наприклад у кульовому млині; ремацерація, яка супроводжується пресуванням на гідравлічних пресах або вальцях. В останньому випадку процес повторюється до досягнення рівноважних концентрацій, що дозволяє скоротити втрати діючих речовин і екстрагента, тому що в шроті залишається незначний об'єм витяжки. У готовій настойці міститься висока кількість екстрактивних речовин.

ПЕРКОЛЯЦІЯ Рис. 3. Перколятори-екстрактори Перколяція (від лат. регсоіаііо — проціджування крізь…), тобто проціджування екстрагента крізь рослинний матеріал з метою одержання витяжки розчинних у екстрагенті речовин. Процес проводиться в емкостях різної конструкції, названих перколяторами-екстракторами (рис. 3). Вони можуть бути циліндричної а, в або конічної б форми, із паровою оболонкою в або без неї, що перекидаються і саморозвантажуються, виготовлені з нержавіючої сталі, алюмінію, лудженої міді та інших матеріалів. У нижній частині перколятора є перфорована сітка 2, на якій розташовують фільтрувальний матеріал 1 (мішковину, полотно та інше), і завантажують сировину. Циліндричні перколятори зручні в роботі при вивантаженні сировини, конічні — забезпечують більш рівномірне екстрагування.

Метод перколяції включає три стадії, які послідовно проходять одна за одною: замочування сировини (набухання сировини), настоювання, власне перколяція.

Замочування (набухання) проводиться поза перколятором. Частіше для цього використовують мацераційні баки або інші емкості, із яких зручно вивантажувати замочену сировину. Для замочування використовують від 50 до 100% екстрагента відносно маси сировини. Після перемішування сировину залишають на 4—5 год у закритій емкості. За цей час екстрагент проникає між частинками рослинного матеріалу та усередину клітин, сировина набухає, збільшуючись в об'ємі. При цьому відбувається розчинення діючих речовин усередині клітини.

У виробничих умовах замочування може бути поєднане з настоюванням, але якщо сировина здатна сильно набухати, стадію замочування обов’язково проводять в окремій емкості, тому що внаслідок значного збільшення об'єму матеріалу в перколяторі сировина може сильно спресовуватися і не пропустити екстра-гент.

Настоювання — друга стадія процесу перколяції. Набухлий або сухий матеріал завантажують у перколятор на перфороване дно з оптимальною щільністю, щоб у сировині залишалося якнайменше повітря. Зверху накривають фільтрувальним матеріалом, притискають перфорованим диском і заливають екстрагентом так, щоб максимально витиснути повітря. Можливе завантаження матеріалу в мішок із фільтрувального матеріалу, який заповнює весь об'єм перколятора. У верхній частині мішок зав’язують і кладуть тягар. Сировину заливають екстрагентом до утворення «дзеркала», товщина шару якого над сировиною має дорівнювати 30—40 мм, і про-водять настоювання 24—48 год, протягом яких буде досягнута рівноважна концентрація. Для багатьох видів сировини час настоювання може бути скороченим внаслідок особливостей її морфолого-анатомічної будови.

Власне перколяція — безперервне проходження екстрагента через шар сировини та збір перколяту. При цьому зливання перколяту та одночасна подача зверху екстрагента проводяться зі швидкістю, що не перевищує 1/24 або 1/48 (для великих виробництв) робочого об'єму перколятора за 1 год. При цьому насичена витяжка витісняється з рослинного матеріалу потоком свіжого екстрагента, і утворюється різниця концентрацій речовин, що екстрагуються, у сировині і екстрагенті. Швидкість перколяції повинна бути такою, щоб встигала відбутися дифузія екстрагованих речовин у витяжку. При готуванні настойок перколяцію закінчують одержанням п’ятьох або десятьох об'ємів (залежно від властивостей сировини) витяжки у відношенні до маси заванта-женої сировини.

При одержанні настойок у промисловості для максимальної інтенсифікації екстрагування в процес перколяції вносять зміни. Часто замість звичайної перколяції використовують настоювання, циркуляцію та їх поєднання.

В одному із варіантів перколяції першу, досить концентровану витяжку, зливають окремо, повністю видаляючи її з перколятора. Потім перколятор заповнюють свіжим екстрагентом, який після настоювання протягом 3—6 год зливають повністю. Отриману другу витяжку приєднують до першої, а із сировиною проводять ще 1—2 подібні операції, поки не зберуть необхідну кіль-кість витяжки.

В іншому випадку в процесі настоювання проводять циркуляцію екстрагента в перколяторі-екстракторі за допомогою насоса, що подає витяжку з нижньої частини у верхню. Така циркуляція екстрагента відбувається до рівноважної концентрації. Час настоювання скорочується багаторазово. Далі проводять перколяцію витісненням чистим екстрагентом так, як описано в стадії «власне перколяція».

Отримані витяжки — це каламутні рідини, що містять значну кількість завислих частинок. Очищення витяжок проводять відстоюванням при температурі не вище 10 °C до одержання прозорої рідини. При цій температурі зменшується розчинність екстрагованих речовин і тому надалі, у процесі зберігання настойок при температурі 15 °C, імовірність появи осаду незначна. Після відстоювання понад 2 доби проводять фільтрування декантаціею (тобто без скаламучування осаду). Для фільтрації застосовують фільтр-преси, друк-фільтри, центрифуги. Нутч-фільтри використовувати не рекомендується із-за можливої втрати екстрагента. Завершальною стадіею процесу одержання препаратів із сировини з клітинною структурою є рекуперація екстрагента із відпрацьованої сировини — шроту.

РОЗЧИНЕННЯ ГУСТИХ АБО СУХИХ ЕКСТРАКТІВ Розчиненням сухих або густих екстрактів у спирті необхідної концентрації готують невелике число настойок. Цим методом одержують настойку блювотного горіха, який має отруйне насіння, що важко порошкується із-за великої твердості. При цьому використовують сухий екстракт.

Розчиненням густого або сухого екстракту солодки готують грудний еліксир.

Технологія одержання настойок цим методом зводиться до простого розчинення в реакторі з мішалкою розрахованої кількості сухого або густого екстракту в спирті необхідної концентрації. Отримані розчини фільтрують. Цей метод характеризується значним скороченням часу одержання настойки.

2.3 Стандартизація До загальних методів оцінки якості настойок відносять: перевірку органолептичних ознак, кількісне визначення спирту або відносної густини, сухого залишку, важких металів, мікробіологічної чистоти, об'єм вмісту контейнера.

Перевірка органолептичних ознак. Настойки повинні бути прозорими і зберігати смак і запах тих речовин, які містяться у вихідній сировині.

Вміст спирту в настойках визначають одним із методів ДФУ:

а) дистиляційним;

б) за температурою кипіння.

Сухий залишок (екстрактивні речовини) і важкі метали в настойках визначають за ДФУ.

У переважній більшості настойок вміст діючих речовин визначають хімічним (настойки, що містять алкалоїди, дубильні речовини, ефірні масла, органічні кислоти та інші) або біологічним (настойки, що містять глікозити серцевої групи і гіркі речовини) методом. Вміст (масову або об'ємну частку) речовин у настойках, які визначаються, виражають у відсотках. Якщо кількість діючих речовин у настойках вища за встановлену межу або більшої біологічної активності, їх розбавляють чистим екстрагентом або настойкою зі зведеним вмістом діючих речовин. При отриманні діючих речовин нижчих за норму їх зміцнюють додаванням більш концентрованої настойки.

2.4 Зберігання настойок Настойки необхідно зберігати в добре закупорених склянках у місці, захищеному від прямих сонячних променів, при температурі 15 °C. 3 часом в них можуть з’являтися осади і при дотриманні правил зберігання — настойки «старіють». Це пов’язано зі зміною розчинності біологічно активних речовин і утворенням нерозчинних сполук, у результаті взаємодії присутніх у настойках речовин. В осаді можуть міститися цукор, дубильні речовини, органічні кислоти, пігменти, сліди алкалоїдів, глюкозидів та інші, настойки з осадом відфільтровують і знову стандартизують. У разі відповідності числових показників вимогам ДФУ їх дозволяється застосовувати.

Настойки використовують для приймання усередину і як зовнішні засоби.

2.5 Класифікація i номенклатура настойок Усі настойки, що виготовляються в промислових умовах, можна розділити на дві групи: прості і складні.

Прості настойки частіше одержують способом перколяції. При одержанні настойок у співвідношенні 1: 5 із метою досягнення повноти виснаження сировини екстрагування проводять із засто-суванням циркуляційного перемішування за допомогою відцент-рових насосів. Асортимент простих настойок наведено в табл. 1.

Настойки складні. Представником ціеї, раніше великої групи настойок є настойка гірка, до складу якої вхо-дять: трава золототисячника — 6 г; листя бобівника — 6 г; корневища аїру — 3 г; трава полину — 3 г; шкірка мандарина — 1 г.

Таблиця 1

Номенклатура (із реєстра лікарських засобів) і основні показники простих настойок

2.6 Рекуперація екстрагентів 13 відпрацьованої сировини У відпрацьованій лікарській рослинній сировині (ЛРС) — шроті — залишається від 2 до 3 об'ємів екстрагента відносно маси сировини. Цей екстрагент обов’язково рекуперують, тобто витягають різними методами для повернення у виробництво.

Якщо на фармацевтичному підприємстві відсутня водяна пара як теплоносій (що часто буває на фармацевтичних фабриках), то рекуперацію етанолу зі шроту проводять методом витіснення водою. Для зменшення втрат екстрактивних речовин і екстрагента зі шроту попередньо віджимають екстрагент на пресі та отриману витяжку використовують у відповідному виробничому процесі. Шрот після преса заливають водою і настоюють 1,5 год. При цьому етанол дифундує із сировини у воду. Потім зі швидкістю перколяції одержують промивні води. їх кількість залежить від концентрації екстрагента.

Так, для рекуперації 70%-вого етанолу одержують приблизно 5 об'ємів промивних вод стосовно сировини, для 40%-вого етанолу — майже 3 об'єми. Промивні води, що містять 5—30% етанолу, можуть бути використані для розведення міцного етанолу. Частіше промивні води піддають простій перегонці (рис. 4) з метою зміцнення етанолу. Промивні води в емкості 1 нагрівають до кипіння електронагрівником 2, газом або будь-яким іншим

Рис. 4. Схема простої перегонки доступним підприємству теплоносіем. Пари спирту із во-дою, які утворюються, надходять у конденсатор 3, з якого конденсат збирається в збір-нику відгону 4. При цьому одержують відгін, що містить до 88% спирту.

На великих фармацевтичних заводах рекуперацію екстрагента зі шроту проводять у перколяторах після повного зливувитяжки методом перегонки з водяною парою (рис. 5). Для прискорення процесу рекуперації одночасно використовують «глуху» і «гостру» пару. «Глуха» пара подається в оболонку 1 перколятора 2 крізь штуцер 5. «Гостра» пара надходить через нижній штуцер 4 і змішується із сировиною 3. У результаті такої подачі теплоносія сировина швидко прогрівається, етанол, що міститься в сировині, закипає і видаляється з верхньої частини перколятора через патрубок 6 із парами води. Суміш спирту і води направ-ляється в теплообмінник 7, із якого конденсат надходить у збірник відгону 8.

Рис. 5. Схема рекуперації екстрагента зі шроту методом перегонки з водяною парою Отриманий відгін використовують як екстрагент, якщо його концентрація відповідає необхідній. При інших концентраціях відгін використовують для приготування екстрагента для сировини того ж найменування, тому що ароматичні сполуки сировини переганяються разом із етанолом. Рекуперати і відгони, що міс-тять 30—40% етанолу і вище, можуть бути зміцнені та очищені ректифікаціею.

Глава 3. Рідкі екстракти

3.1 Визначення Екстракти (від лат. ехігасіит — витяжка, витяг) це концентровані витяжки із висушеної рослинної або тваринної сировини.

Вони можуть бути класифіковані в залежності від консистєнції на:

екстракти рідкі,

екстракти густі,

екстракти сухі;

або від використаного екстрагента:

водні,

спиртові,

ефірні,

олійні,

отримані за допомогою зріджених газів.

Крім того, виділяють стандартизовані екстракти або екстракти-концентрати.

Рідкі екстракти бувають тільки спиртовими; інші можуть бути спиртовими, водними, ефірними та ін.

3.2 Рідкі екстракти Рідкі екстракти — це рідкі концентровані водно-спиртові витяжки з лікарської рослинної сировини (ЛРС), одержані в співвідношенні 1:1. На фармацевтичних підприємствах рідкі екстракти готують за масою (з 1 кг сировини одержують 1 кг рідкого екстракту).

Рідкі екстракти знайшли широке розповсюдження у фарма-цевтичній промисловості, тому що мають такі переваги:

однакові співвідношення між діючими речовинами, що містяться в лікарській сировині та в готовому препараті;

зручність у відмірюванні в умовах аптек бюретками і піпетками;

можливість одержання без застосування випарювання дозволяє отримати рідкі екстракти, що містять леткі речовини (ефірні масла).

До негативних характеристик рідких екстрактів належать:

насиченість їх супутніми речовинами, витягнутими з рослинної сировини;

поява осадів при незначних зниженнях температури або частковій втраті спирту;

необхідність у герметичній закупорці і зберіганні при температурі 15—20 °С;

містять великі об'єми екстрагента, є малотранспортабельними препаратами.

3.3 Способи одержання Рідкі екстракти одержують методами перколяції, реперколяції (у різних варіантах), дробної мацерації різних модифікацій, розчиненням густих і сухих екстрактів.

Перколяція у виробництві рідких екстрактів на стадіях набухання і настоювання не відрізняється від перколяції у виробництві настойок. На стадії власне перколяції процес проводиться аналогічно і з тіеї ж швидкістю; відмінність тільки у зборі готових витяжок. Для рідких екстрактів витяжки розділяють на дві порції. Першу порцію в кількості 85% щодо маси сировини збирають в окрему емкість. Потім проводять перколяцію в іншу емкість до повного виснаження сировини. При цьому одержують у 5—8 разів (відповідно до маси завантаженої в перколятор сировини) більше слабких витяжок, які називають «відпуском». Відпуски упарюють під вакуумом при температурі 50—60 °С до 15% щодо маси сировини, завантаженої в перколятор. Після охоло-дження згущений залишок розчиняють у першій порції витяжки. Одержують витяжки в співвідношенні 1:1.

Реперколяція, тобто повторна (багаторазова) перколяція, що дозволяє максимально використовувати розчинювальну здатність екстрагента, одержувати концентровані витяжки при повному виснаженні сировини. У всіх випадках процес проводять у батареї перколяторів (від 3 до 10), що працюють у взаємозв'язку. У батареї зливання готового продукту проводять із перколятора, в якому завжди свіжа сировина, а свіжий екстрагент подають у перколятор, де найбільш виснажена сировина. Витяжками з першого перколятора обробляють сировину в наступному перколяторі, і так у всій батареї — наступна сировина екстрагується витяжками, отриманими з попередніх перколяторів. У такий спосіб від першого до останнього перколятора в батареї здійснюється протитечійний рух сировини і екстрагента. У міру виснаження сировини змінюється положення «головного» і «хвостового» перколяторів.