Глава 23. Растительные экстракты

Условия успешного экстрагирования

Выбор растений

Для правильного выбора экстракта под заданную в косметическом средстве функцию необходимо иметь полную информацию об эффектах действия раститель­ ных ингредиентов, подтвержденную в клинических испытаниях или, как минимум, проверенную годами в народной медицине. Необходимо оценить возможные побоч­ ные эффекты и понять механизм терапевтического действия экстрактов выбранных растений. Вначале необходимо определить, каких эффектов ожидают от косметиче­ ского средства, далее, исходя из желаемого, выбрать соответствующие ингредиенты, учитывая, что редкие растения и уж тем более растения, находящиеся под угрозой исчезновения, употреблять нецелесообразно. Хотя нарастающий пул научных работ и технологий по использованию в косметических средствах растительных стволовых клеток постепенно позволит получить активные вещества из любого, даже самого редкого растения (см. главу «Биотехнологические продукты»).

Обработка растительного сырья

Экстрагирование - процесс разделения смеси жидких или твердых веществ с помощью избирательных растворителей (экстрагентов), при этом экстрагируемое вещество переходит из одной фазы в фазу жидкого экстрагента при их взаимном соприкосновении.

Экстракты - концентрированные извлечения биологически активных веществ из растительного сырья. Концентрация действующих веществ в экстрактах либо соответствует концентрации их в растительном материале, либо значительно превышает ее. В зависимости от природы экстрагента различают водные, спиртовые, масляные экстракты и также экстракты, полученные с помощью сжиженных газов или сверхкритических флюидов. По консистенции экстракты подразделяют на жидкие, густые и сухие.

Экстракты получают из листьев, корней, фруктов, ягод, стеблей, ветвей, коры и цветов. Растительное сырье перед экстракцией должно пройти значительную обработку, что обычно заметно влияет на биологическую активность. Крайне важен источник растительного сырья, условия роста, включая качество почвы, количество доступной воды, колебания климата, микробиологическая чистота, условия сбора, перевозки, хранения перед обработкой и подготовка трав, и готового продукта, а также смешивание с другими травами. Все эти факторы могут существенно изменить растворимость, стабильность, биологическую доступность, фармакокинетику, фармакологическую активность и токсичность будущего растительного экстракта. К сожалению, обработка, необходимая для создания той формы экстракта, которую удобно вводить в косметическое средство, может уничтожить или негативно повлиять на биологически активные молекулы.

253

https://t.me/medicina_free

Для экстракции важны такие характеристики сырья, как рельеф поверхности сырья, внутренняя структура, глубина залегания извлекаемых веществ. Поверхность сырья не бывает гладкой. У листьев и стеблей она имеет сложный рельеф и покрыта простыми, и разветвленными воздухоносными волосками, у лепестков цветков она представлена клетками с параболическими выростами. Стебли и цветоносы часто полые, во внутренней паренхимной ткани всех органов растений - множество межклетников сложного сечения, заполненных воздухом.

Измельчение применяют не для всех видов сырья. Соцветия шалфея, лаванды и табака, ветви тысячелистника, листья фиалки и некоторое другое сырье, которое перерабатывают в непрерывнодействующих экстракторах, измельчают на отрезки длиной от одного до восьми сантиметров, поскольку измельченные частицы более равномерно распределяются в аппарате. При этом внутренняя структура сырья не изменяется. Значительная часть внешних эфирномасличных вместилищ разруша­ ется, содержимое их растекается, увеличивая поверхность непосредственного контакта извлекаемых веществ с растворителем. Оптимальные размеры частиц устанавливаются для каждого вида сырья экспериментально.

Цветки розы, жасмина, чубушника, лилий и другое цветочное сырье высокой влажности нельзя измельчать ввиду того, что нарушение клеточной структуры интенсифицирует нежелательные гидролитические процессы образования низкомолекулярных веществ неприятного запаха, экстрагирующихся совместно с компонентами конкрета. Более того, некоторое нежное сырье (жасмин, сирень, акация белая и др.) не рекомендуется даже перемешивать в процессе экстракции, для того чтобы не повредить ткани, не нарушить клеточную структуру и тем самым предотвратить сильное ухудшение запаха конкрета.

Состояние частиц сырья в процессе экстракции зависит от конструкции аппарата. Экстракторы непрерывного действия обеспечивают в той или иной мере перемешивание сырья. В аппаратах периодического действия частицы сырья находятся в толстом слое и, если они обладают высокой влажностью, слеживаются, что резко сокращает поверхность диффузии. Для предотвращения этого явления в периодических аппаратах применяют сетки, которые устанавливают по высоте аппарата на расстоянии 12-20 см.

Иногда необходимые вещества экстрагируют, не высушивая растения. К примеру, летучие соединения вроде монотерпенов и сесквитерпенов могут испариться в процессе высушивания, поэтому необходимо их экстрагировать сразу после сбора растительного материала. Кроме того, во время высушивания многие вещества могут деградировать под действием температуры, света и кислорода, поэтому неустойчивые биологические соединения также нуждаются в быстрой экстракции.

В разных частях одного и того же растения могут быть совершенно разные концентрации вторичных метаболитов. Так осветляющие кожу вещества - глабридины - содержатся в основном только в корне лакрицы, катехины зеленого чая - в листьях, вторичные метаболиты зверобоя в соцветиях и в листьях.

254

https://t.me/medicina_free

Глава 23. Растительные экстракты

В косметической индустрии достаточно востребованы сухие экстракты - концентрированные извлечения из растительного 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, практически не содержат балластных веществ, более транспортабельны. Они достаточно технологичны - легко отвешиваются, смешиваются, растворяются.

Требования к растворителю

Основной принцип экстракции растворителем: подобное растворяется в подобном; таким образом, обрабатывая растительный материал неполярным растворителем, экстрагируют только неполярные вещества, и наоборот. Экстракция растворителем не позволяет извлечь весь спектр вторичных метаболитов из растительных клеток, что в определённой степени ставит под вопрос биологическую эффективность получаемых экстрактов. Прежде чем попасть внутрь клеток и растворить в них вещества, экстрагент сначала должен пройти через клеточную оболочку, а образовавшийся концентрированный раствор из клетки - выйти обратно.

Необходимым условием полноценной экстракции является растворимость извлекаемых компонентов в растворителе, что зависит от физико-химических свойств обоих веществ. Чем ближе по величине силы взаимодействия молекул в двух жидкостях, тем легче смешиваются молекулы этих жидкостей и тем больше их взаимная растворимость. В качестве характерной величины, отражающей силу молекулярного взаимодействия, принимают диэлектрическую постоянную. Чем больше разность диэлектрических постоянных растворителя и экстрагируемого вещества, тем хуже растворимость.

Большое значение в процессе экстрагирования имеют поверхностное натяже­ ние и вязкость экстрагента. Пропитывая сырье, экстрагент должен растекаться по поверхности клеток. Увеличение поверхности контакта фаз ускоряет процесс растворения. Чем больше поверхностное натяжение, тем труднее пропитывается растительный материал.

Диффузионные процессы протекаютбыстреевменее вязкихсредах-коэффициент диффузии обратно пропорционален вязкости экстрагента. Большая вязкость экстрагента и его поверхностное натяжение затрудняют проникновение жидкости в узкие капилляры клеточных оболочек. Вязкость зависит от температуры, поэтому при необходимости использовать вязкий экстрагент, его целесообразно нагревать.

Экстрагирующая способность одного растворителя может быть усилена добавлением другого. Смеси особенно эффективны, когда сырье относится к трудно экстрагируемым материалам. Важны также вязкость и поверхностное натяжение растворителя. С понижением этих показателей возрастает коэффициент диффузии.

255

https://t.me/medicina_free

Вцелом, растворитель должен отвечать следующим требованиям:

-обладать высокой селективностью, т. е. извлекать нужные вещества и не извле­ кать балластные;

-быть химически инертным;

-иметь высокий коэффициент летучести относительно извлекаемых компонентов;

-иметь низкую теплоемкость и небольшую теплоту испарения;

-иметь узкие границы выкипания;

-быть безвредным для здоровья человека;

-быть взрыво- и пожаробезопасным;

-иметь низкую стоимость.

Из применяемых в промышленности растворителей необходимым требованиям в наибольшей степени отвечают легкие фракции нефти: петролейный эфир, гексан, бензин марки А. Поскольку у косметической промышленности есть своя специфика, то в качестве растворителей часто используются вода, водно-спиртовые, водно­ глицериновые, водно-гликолевые смеси, где растворители комбинируются в различных пропорциях.

Разность концентраций в растворе внутри частиц сырья и снаружи (в мисцеллерастворе извлекаемого компонента в растворителе) является движущей силой про­ цесса и влияет на продолжительность экстракции. Она зависит от соотношения раство­ рителя и сырья, способа и условий проведения процесса. В непрерывнодействующих экстракторах высокая разность концентраций в каждый данный момент процесса поддерживается противотоком сырья и растворителя, проведением процесса в две стадии с промежуточным отжимом мисцеллы; в периодических аппаратах - двух- и трехкратной сменой растворителя.

Если растительные экстракты состоят из большого числа компонентов различного строения и свойств, распределение их между фазами протекает по-разному. В первую очередь извлекаются компоненты с меньшей молекулярной массой и простого строения. В дальнейшем экстракт обогащается компонентами более сложной структуры и большей массы благодаря тому, что они обладают замедлен­ ной скоростью извлечения, а также благодаря уменьшению содержания в растворе некоторых компонентов, извлеченных ранее.

Чаще всего экстракция идет в растворителе, пригодном для использования в со­ ставе косметических средств, например, в воде, в бутиленгликоле, глицерине, эфир­ ном или растительном масле. Как правило, из растительного материала экстрагиру­ ется не одиночный компонент, а целый набор родственных или даже независимых веществ, каждое из которых в какой-то мере определяет свойства растения. В на­ стоящее время экстракция растворителем считается основным методом получения экстрактов вторичных метаболитов растений.

Примером успешного решения для средств натуральной косметики может быть использование глицерина, получаемого из растительных масел, в частности, из рапсового, для водно-глицериновой экстракции.

256

https://t.me/medicina_free