3 курс / Фармакология / Технология_производства_экстракционных_фитопрепаратов_Морозов_Ю

ББК 35.66

М80

М80 Морозов Ю. А., Морозова Е. В., Морозов В. А., Макиева М. С. Технология производства экстракционных фитопрепаратов (на примере производства настойки и экстракта из плодов и семян лимонника китайского: учебное пособие; Сев.-Осет. гос. ун-т. Владикавказ: ИПЦ СОГУ, 2017. – 62 с.

ISBN 978-5-8336-0933-0

Авторы:

канд. фарм. наук, доцент кафедры технологии лекарственных форм и организации фармацевтического дела ФГБОУ ВО «СОГУ им. К. Л. Хетагурова» Морозов Ю. А.;

канд. фарм. наук, доцент кафедры технологии лекарственных форм и организации фармацевтического дела ФГБОУ ВО «СОГУ им. К. Л. Хетагурова» Морозова Е. В.;

канд. фарм. наук, доцент, доцент кафедры технологии лекарственных форм и организации фармацевтического дела, проректор по учебной работе и качеству образования ФГБОУ ВО «СОГУ им. К. Л. Хетагурова» Морозов В. А.;

ассистент кафедры технологии лекарственных форм и организации фармацевтического дела ФГБОУ ВО «СОГУ им. К. Л. Хетагурова» Макиева М. С.

Рецензенты:

докт. фарм. наук, доцент, заведующая кафедрой фармацевтической технологии ГБОУ ВПО «Смоленская государственная медицинскаяакадемияМинздраваРоссии»ЛосенковаС.О.;

докт. фарм. наук, доцент, заведующий кафедрой технологии с курсом биотехнологии ГБОУ ВПО «Саратовский государственный медицинский университет им. В. И. Разумовского Минздрава России» Пантюхин А. В.

В учебном пособии рассматриваются основные методы экстракции и оборудование, используемое для экстракции. Освещены теоретические основы экстрагирования, требования к производственному процессу фитопрепаратов. Приведена технология производства настойки лимонника китайского несколькими методами, технология производства СО2- экстракта лимонника китайского.

Пособие предназначено для студентов и интернов фармацевтических вузов и фармацевтических факультетов вузов, обучающихся по специальности – «Фармация».

Печатается по решению редакционно-издательского совета ФГБОУ ВО «СОГУ»

Глава1

ОСНОВНЫЕ АСПЕКТЫ ПРОИЗВОДСТВА ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ ИЗ СЫРЬЯ РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

1.1. Теоретические основы экстрагирования. Факторы, влияющие на процесс экстракции

Экстрагирование – это массообменный процесс, и протекает за счет диффузии из зоны с высокой концентрацией в зону с низкой концентрацией. Экстрагирование основано на диффузии экстрагируемых веществ из сырья в экстрагент и заканчивается при достижении равновесных концентраций.

В процессе извлечения фармакологически активных веществ из растительного сырья преобладают диффузионные явления, основанные на выравнивании концентрации между растворителем (экстрагентом) и раствором веществ,содержащихсяв клетке.Различают молекулярную и конвективную диффузию.

Молекулярная диффузия – это процесс, который обусловлен хаотическим движением молекул, и процесс дальнейшего постепенного взаимного проникновения веществ. От кинетической энергии молекул зависит интенсивность диффузии. Тем интенсивнее протекает диффузионный процесс, чем выше значение кинетической энергии. Движущей силой диффузионного процесса является разность концентраций растворенных веществ в соприкасающихся жидкостях. Чем больше разница концентраций, тем большее количество вещества переместится при всех прочих равных условиях за одно и то же время. Скорость диффузии увеличивается при повышении температуры, поскольку при этом возрастает скорость движения молекул. Скорость диффузии зависит также от относительной

молекулярной массы вещества. На диффузионный процесс влияет вели-

6

чина поверхности, разделяющей вещества, а также толщина слоя, через который происходит диффузия. Очевидно, чем больше поверхность раздела, тем больше продиффундирует вещества, и чем толще слой, тем медленнее идет выравнивание концентрации. Чем дольше длится диффузия, тем больше вещества переходит из одной среды в другую.

Влияние указанных факторов на процессы диффузии можно выразить математически уравнением Фика:

где S – количество продиффундировавшего вещества, кг; С-с – рзность концентраций, кг/м3;

F – поверхность раздела фаз, м2; t – время диффузии, с;

х – толщина слоя, через который происходит диффузия, м;

D – коэффициент молекулярной диффузии, показывающий количество вещества в кг, которое продиффундирует за 1 с через поверхность в 1 м2, при толщине слоя 1 м и разности концентраций, в 1 кг/м3.

Данное уравнение – это закон диффузии Фика:

количество продиффундировавшего вещества прямо пропорционально разности концентраций, поверхности раздела фаз, времени диффузии, коэффициенту диффузии и обратно пропорционально толщине слоя.

Математическое выражение коэффициента молекулярной диффузии было дано Эйнштейном:

где R – газовая постоянная 8,32 Дж/(град×моль);

Т – абсолютная температура, град; N0 – число Авогадро (6,06×1023);

r – радиус диффундирующих частиц, м; h – вязкость раствора, н/см2.

Из уравнения следует, что коэффициент молекулярной диффузии увеличивается с повышением температуры и уменьшается с увеличением вязкости среды и размера частиц вещества.

Основные механизмы конвективной диффузии заключаются в переносе веществ в виде малых объемов раствора, внутри которых также мо-

Конвективная диффузия подчиняется закону:

скорость конвективной диффузии возрастает с увеличением поверхности контакта фаз, разности концентраций, продолжительности процесса и коэффициента конвективной диффузии.

Математически эта зависимость выражается следующим образом:

S = b F (C – c) × t

где S – количество вещества, перешедшего из жидкой фазы в движущийся поток другой жидкости, кг;

b – коэффициент конвективной диффузии, представляющий количество вещества, переносимое за 1 с через поверхность в 1 м2, при разности концентраций 1 кг/м3;

F – поверхность раздела, м2;

С-с – разность концентраций вещества, переходящего в поток у поверхности раздела фаз (С) и в центре движущегося потока (с), кг/м3;

t – время, с.

Главным для скорости конвективного переноса вещества становятся гидродинамические условия, т.е. скорость и режим движения жидкости. Как правило, скорость конвективной диффузии во много раз больше скорости молекулярной диффузии.

Разбираемые нами положения относятся к свободной диффузии, т.е. к такому случаю, когда между соприкасающимися растворами нет никаких перегородок. Процесс же извлечения биологически активных веществ из растительного сырья осложняется тем, что на пути к веществам, содержащимся в клетке, находится клеточная стенка, которая в высушенном сырье имеет свойства пористой перегородки, а извлечение – характер диализа, т.е. диффузии через пористую перегородку. Наличие пористой перегородки снижает скорость диффузии. Через поры перегородки могут пройти только те вещества, частицы которых не превышают определенных размеров. Важное значение имеет явление десорбции, наблюдаемое в клетке после проникновения в нее экстрагента.

Таким образом, извлечение необходимо рассматривать как сложный процесс, состоящий из диализа, десорбции, растворения и диффузии, протекающих самостоятельно и одновременно как единое целое, как один общий процесс.

Процесс извлечения начинается с проникновения экстрагента внутрь

частичек (кусочков) растительного сырья. Вначале по макро-, затем ми-

8

кротрещинам, по межклеточным ходам экстрагент достигает клеток и диффундирует через клеточные стенки. По мере проникновения экстрагента в клетку ее содержимое начинает набухать и переходить в раствор (десорбция и растворение). Затем, ввиду разницы между концентрацией растворов в клетке и вне ее, начинается молекулярный перенос растворенных веществ в обратном направлении через клеточную стенку (диализ); вначале в экстрагент, находящийся в межклеточных ходах, а затем в экстрагент, заполняющий микро- и макротрещины и, наконец, в экстрагент, омывающий кусочек растительного материала.

Сложный комплекс диффузионных явлений, протекающих внутри кусочков растительного материала, называют внутренней диффузией. В основном он слагается из диффузии через пористую перегородку (клеточная стенка) и свободной молекулярной диффузии. Это дает возможность применить уравнение Фика к количественной характеристике этой первой стадии экстракции, но с поправкой на имеющиеся особенности.

Длявыражениявеличиныкоэффициентадиффузиивпорахрастительного материала в уравнение Эйнштейна для свободной диффузии вводят поправочный коэффициент В, учитывающий все особенности процесса.

.

В уравнение Фика для переноса вещества в порах растительного материала вместо коэффициента свободной диффузии вводят коэффициент внутренней диффузии (Dвн):

.

После молекулярного переноса извлеченных веществ к наружной поверхности кусочков экстрагируемого сырья процесс экстракции вступает во вторую стадию.

В настоящее время общепризнанно существование на поверхности частиц твердой фазы (кусочков сырья) пристенного слоя экстрагента, называемого диффузионным пограничным слоем.

Вещества, вынесенные на поверхность кусочков, проникают в диффузионный пограничный слой, полностью подчиняясь закону свободной молекулярнойдиффузии.Толщинадиффузионногослоязависитотгидродинамики процесса и в основном от скорости перемещения экстрагента. Если сырье и экстрагент находятся в состоянии относительного покоя, то диффузионный слой равняется толщине слоя неподвижной жидкости9.

Очевидно, что массоперенос в этом случае во всей толщине экстрагента будет осуществляться только молекулярной диффузией.

Уже при небольших скоростях перемещения экстрагента относительно твердой фазы пограничный диффузионный слой уменьшается. Наступает третья стадия экстракции, когда вещества, поступающие в диффузионный слой, переносятся в центр потока конвективной диффузии.

При больших скоростях перемещения экстрагента толщина диффузионного слоя может стать равной нулю. Перенос вещества молекулярной диффузией происходит в этом случае только в частицах растительного сырья. За пределами частиц, т. е. в экстрагенте, перенос вещества осуществляется конвективной диффузией, которая при больших скоростях перемещения экстрагента возрастает до бесконечности.

Таким образом, процесс экстракции растительного сырья состоит из трех стадий:

«Внутренняя» диффузия, охватывающая все явления переноса вещества внутри частиц сырья; количественно оценивается величиной коэффициента Двн.

Перенос вещества в пределах диффузионного пограничного слоя; количественно оценивается величиной коэффициента Д.

Перенос вещества движущимся экстрагентом (конвективная диффузия); количественно оценивается величиной коэффициента β.

Для количественной оценки общего переноса вещества, каким бы способом он ни осуществлялся, существует понятие «массопередача».

Массопередача так же, как молекулярная и конвективная диффузии, означает перенос вещества при отклонении системы от равновесия из фазы с большей концентрацией в фазу с меньшей концентрацией. Эта разность концентраций является движущей силой процесса массопередачи. Кроме того, скорость перехода вещества пропорциональна поверхности соприкосновения фаз.

Математически эта зависимость выражается формулой:

S = К F (C – c) × t,

где S – количество вещества, переходящего из одной фазы в другую, кг К – коэффициент массопередачи, означающий количество вещества, переносимое за 1 с через поверхность в 1 м2, при разности концентраций

10кг/м3;