ЭКСТРАКЦИОННЫЕ ПРЕПАРАТЫ

8.2. ТРЕБОВАНИЯ К ЭКСТРАГЕНТАМ

Для обеспечения полноты извлечения действующих веществ и максимальной скорости экстрагирования к экстрагенту предъявляют следующие требования:

•селективность (избирательная растворимость), т.е. максимально растворять БАВ и минимально – балластные вещества;

•химическая и фармакологическая индифферентность, т.е. он не должен химически реагировать с БАВ и изменять их фармакологические свойства;

•минимальная токсичность, т.е. экстрагент должен быть фармакологически индифферентным, но если он обладает незначительной токсичностью, то его полностью удаляют из полученного извлечения;

•способность препятствовать развитию в извлечении микрофлоры;

•высокая смачивающая способность, обеспечивающая хорошее проникновение его через поры материала и стенки клеток;

•летучесть (желательно с низкой температурой кипения и легкой регенерируемостью);

•невысокая стоимость, доступность;

•безопасность применения (с минимальной пожаро- и взрывоопасно-

стью).

Из двух равноценных экстрагентов выбирают менее пожароопасный, доступный по цене, менее токсичный и т. д. Если же экстрагент не удовлетворяет указанным требованиям, то применяют смеси, например, подкисленную воду, спирт с водой, эфир со спиртом, спирт с хлороформом и т.п.

Одним из наиболее часто применяемых экстрагентов является вода, которая обладает следующими преимуществами: хорошо проникает через клеточные оболочки, не пропитанные гидрофобными веществами; растворяет и извлекает многие вещества лучше других жидкостей; фаpмакологически индифферентна; легко получаема необходимой химической чистоты; негоpюча и невзрывоопасна; доступна по стоимости.

Однако как экстрагент имеет ряд отрицательных сторон: не растворяет и не извлекает гидрофобные вещества; не обладает антисептическими свойствами, вследствие чего в водных извлечениях могут развиться микроорганизмы, которые способны вызвать порчу получаемого извлечения; в присутствии воды про-

ЭКСТРАКЦИОННЫЕ ПРЕПАРАТЫ

исходит гидролитическое расщепление многих веществ, особенно при высокой температуре; в водной среде ферменты могут расщеплять некоторые БАВ и т.д.

Этиловый спирт (С2Н5ОН) – наиболее часто применяемый экстрагент. Бесцветная прозрачная легкоподвижная жидкость с характерным запахом и жгучим вкусом. Гигроскопичен, смешивается с водой, а также с эфиром и хлороформом в любых соотношениях. Плотность спирта-ректификата 0,808-0,812, абсолютного – 0,789 г/см³ (при 20°С). Температура кипения безводного спирта 78,39°С. Легко воспламеняется, горюч, температура вспышки 13°С.

Спирт этиловый вырабатывают из пищевых видов сырья: крахмалсодержащего (зерновые, картофель) и сахаросодержащего (свеклосахарная и тростниковая меласса, сахарная свекла) микробиологическим способом, в основе которого лежит сбраживание сырья дрожжами семейства сахаромицетов (крахмалсодержащее сырье перед сбраживанием предварительно подвергают «осахариванию», то есть гидролизуют крахмал до низших сахаров). При этом для фармацевтической промышленности 55-65% спирта получают из зерновых, 1015% – из картофеля, 2-3% – из свеклы и 20-25% – из мелассы.

Вначале производства спирта получают так называемую «бражку», содержащую 8-10% спирта, которую затем перегоняют и получают спирт-сырец 70-75% крепости с различными примесями в виде альдегидов, кетонов, высших спиртов, кислот, эфиров, сивушных масел и др. На заключительной стадии производства спирта используют ректификационные установки, которые позволяют произвести его очистку и укрепить концентрацию спирта.

В зависимости от сырья и степени очистки различают спирт ректификационный четырех сортов: 1 сорта (96,0 об. %), высшей очистки (96,2 об. %), спирт «Экстра» (96,5 об. %) и спирт «Люкс» (96,3 об. %).

Спирт как экстрагент является хорошим растворителем многих соединений, которые не извлекаются водой, например жиры, алкалоиды, хлорофилл, гликозиды, эфирные масла, смолы и др.; обладает антисептическими свойствами (в сп иpто-водных растворах с концентрацией более 20% не развиваются микроорганизмы и грибы); чем выше концентрация спирта, тем меньше возможность гидролитического расщепления веществ; спирт инактивирует ферменты; достаточно летуч, поэтому спиртовые извлечения легко сгущаются и высушиваются до порошкообразных веществ, для сохранения термолабильных веществ выпаривание и сушка проводятся под вакуумом.

ЭКСТРАКЦИОННЫЕ ПРЕПАРАТЫ

Но этанол труднее, чем вода, проникает через стенки клеток, отнимая воду у белков и слизистых веществ, превращая их в осадки, закупоривающие поры клеток и тем самым ухудшает диффузию (чем ниже концентрация спирта, тем легче он проникает внутрь клеток); фармакологически неиндифферентен; он оказывает как местное, так и общее действие, что необходимо учитывать при получении извлечений; горюч и огнеопасен. Этанол также является лимитированным продуктом, отпускается фармацевтическим производствам в установленном порядке.

Таким образом, спирт имеет более широкий диапазон извлечения БАВ, чем вода, причем его извлекающая способность зависит от концентрации. При экстрагировании этанолом в концентрации не менее 70% получают вытяжки, свободные от биополимеров (белков, слизей, пектинов).

Ацетон (СН3СОСН3). Бесцветная жидкость с характерным запахом. Относительная плотность 0,790 г/см3 (при 20°С). Кипит при 56,2°С. С водой и о р- ганическими растворителями смешивается во всех соотношениях. Применяют как экстрагент для алкалоидов, смол, масел и др.

Этиловый эфир (СН2Н5ОС2Н5). Бесцветная, легкоподвижная жидкость с чрезвычайной летучестью, температура кипения – от 34о до 36о С. Растворим в 12 частях воды, смешивается во всех соотношениях с ацетоном, спиртом, петpолейным эфиром, жирными и эфирными маслами. Плотность 0,714 г/см³ (при 20°С). Пары эфира имеют большой удельный вес (2,56 по отношению к воздуху), они стелются по полу, ядовиты, могут перемещаться и накапливаться на далеком расстоянии от источника испарения эфира. При соприкосновении с огнем или горячими предметами могут дать взрыв большой силы (температура вспышки эфира – 40оС). Поэтому при работе с эфиром необходимо соблюдение особых мер безопасности, что ограничивает его применение как экстрагента. Этилацетат в смеси с этанолом в соотношении (9:1) используют при жидкостной экстракции флавоноидов в производстве фламина.

Хлороформ (СНСl3) Бесцветная, прозрачная, легколетучая жидкость, смешивающаяся во всех соотношениях со спиртом, эфиром, бензином, со многими жирными и эфирными маслами. Растворим в воде (1:200), не смешивается с глицерином. Плотность 1,5 г/см³, кипит при 59,5-62о С. Пары хлороформа ядовиты, но не горючи и не взрывоопасны. Является хорошим растворителем для многих лекарственных веществ: алкалоидов, гликозидов, масел и т.д.

ЭКСТРАКЦИОННЫЕ ПРЕПАРАТЫ

Дихлорэтан (СН2Сl CH2Cl). Бесцветная прозрачная жидкость, несмешивающаяся с водой. Имеет запах, напоминающий хлороформ. Плотность 1,25- 1,23. Температура кипения 83,0-84,0°С. Смешивается со спиртом и эфиром, жирами, минеральными маслами, смолами. Дихлорэтан мало огнеопасен (температура воспламенения 21,1°С). При вдыхании паров вызывает отравление. Дихлорэтан в смеси с хлороформом (при плотности 1,315) применяется для экстрагирования гликозидов.

Метиленхлорид (СН2Сl2). Экстрагент с высокой относительной плотностью – 1,33 и температурой кипения 40-41°С. Применяется для экстрагирования гидрофобных веществ (гликозидов, алкалоидов и др.).

Метанол, метиловый спирт (СН3ОН). В настоящее время получают путем химического синтеза. Прозрачная бесцветная жидкость со слабым запахом, напоминающим этиловый спирт. Смешивается с водой во всех соотношениях, образуя прозрачные растворы без следов помутнения и опалесценции. Плотность не более 0,793. Температура кипения 64-67°С. Сильный яд! Прием внутрь 10 мл вызывает атрофию зрительного нерва, дозы 15-20 мл смертельны. К работе с метиловым спиртом допускаются лишь после специального инструктажа. Хранят в опломбированной таре. Применяется при экстрагировании кумаринов. Для разделения смеси гликозидов используют смесь метанола и воды (с плотностью 0,9464).

Масла растительные. Применяют масла растительные (косточковых или семечковых растений) холодного прессования, рафинированные, хорошо отстоявшиеся; слегка желтого цвета. Чаще всего применяют персиковое, миндальное и подсолнечное масла. Жирные масла смешиваются с эфиром, хлороформом, бензином, эфирными маслами и минеральными маслами. Все масла, кроме касторового, не смешиваются со спиртом и водой. Они прогоркают, что влечет за собой повышение кислотного числа. Жирные масла, как экстрагенты, обладают избирательной способностью.

Сжиженные газы. Перспективными для экстрагирования являются предлагаемые сжиженные газы: углерода диоксид, пропан, бутан, жидкий аммиак, азот, хладоны (хлорфторпроизводные углеводородов) и др. Сжиженный углерода диоксид хорошо извлекает эфирные, жирные масла и другие гидрофобные вещества. Гидрофильные вещества хорошо экстрагируются сжиженными газами с высокой диэлектрической проницаемостью (аммиак, метилен-

ЭКСТРАКЦИОННЫЕ ПРЕПАРАТЫ

хлорид, метиленоксид и др.). Экстрагирование сжиженными газами проводится под давлением, при снятии которого экстрагент улетучивается, а экстрактивные вещества остаются в чистом виде.

Многочисленными исследованиями, проведенными в ГНЦЛС (г. Харьков), показано, что достаточно перспективными экстрагентами являются хладоны – сжиженные газы хлорфторпроизводных углеводородов ряда метана, этана, пропана и бутана. При нормальных условиях это газы, при избыточном давлении они представляют собой бесцветные легкоподвижные жидкости, вязкость которых значительно меньше вязкости органических растворителей. Хладоны не токсичны, химически индифферентны к извлекаемым БАВ и конструкционным материалам аппаратов, не образуют взрывоопасных смесей с воздухом, пожаробезопасны. Хладоны извлекают эфирные и жирные масла, токоферолы, стерины, каротиноиды, терпеноиды, производные кумаринов, хлорофиллы, алкалоиды и другие природные вещества.

Выход экстрагируемых веществ при обработке различными хладонами одного и того же сырья не одинаков. Наиболее селективным растворителем в отношении эфирных масел оказался хладон С318 (ц-С4F8), практически не извлекающий жирных масел. Экстракты, полученные хладонами ряда метана – хла- дон-11 (CCl3F), хладон-12 (CCl2F2) и хладон -22 (CHClF2), содержали смесь эфирных и жирных масел, каротиноиды, терпеноиды и пр. В извлечениях, полученных с помощью хладона С318 и хладона -114 (C2Cl2F4), не содержались хлорофиллы, что отличает их от хладонов ряда метана. Было установлено, что хл а- доны обладают избирательной способностью в отношении природных веществ. Следовательно, подвергая лекарственное сырье последовательной обработке различными хладонами, можно получать отдельные группы БАВ. Также установлено, что хладоны не извлекают водорастворимые вещества (полисахариды, белки, фенольные соединения и др.), поэтому шрот после обработки хладонами целесообразно использовать для экстракции полярными растворителями.

В последнее время все большее значение в экстрагировании БАВ из растительного сырья приобретает сжиженный углерода диоксид (СО2). Его вязкость в 14 раз меньше воды, в 5 раз – этилового спирта. Температура кипения лежит в пределах от (–55,6) до +31°С.

Применение СО2 в качестве экстрагента имеет ряд преимуществ: физиологически не вызывает опасений (он находится в содержащих углекислоту на-

ЭКСТРАКЦИОННЫЕ ПРЕПАРАТЫ

питках и в ряде случаев является конечным продуктом обмена веществ организма человека); стерилен и бактериостатичен; не горюч и не является взрывчатым веществом, следовательно, в технологическом цикле нет необходимости

вспециальных устройствах против возгорания и взрыва; безопасен для окружающей среды, он не дает сточных вод и отработанных растворителей, тем самым, исключая обычные дополнительные расходы; для производственных целей может быть получен в больших количествах, запасы его в сжиженной форме являются показателем уровня техники; в химическом отношении проявляет полную индифферентность по отношению к сырью, извлекаемым веществам, материалам аппаратуры.

Если создать условия, при которых параметры давления и температуры будут превышать параметры так называемой критической точки, то газ при этом переходит в состояние сверхкритического. Сверхкритический газ обладает характеристикой более быстрого массового передвижения по сравнению с традиционными жидкими органическими растворителями. Несмотря на незначительно более низкую плотность по сравнению с жидкостью, динамическая вязкость сжатых газов соответствует скорее значениям нормального газообразного состояния. Коэффициент диффузии сверхкритического газа более чем в десять раз выше, чем у жидкости.

Таким образом, сверхкритический газ может принципиально лучше, чем традиционный экстрагент, проникать в экстрагируемый материал, поглощать и транспортировать растворяемые вещества. Применение углекислого газа позволяет полностью и в щадящем режиме отделять его от экстракта и материала

вотличие от традиционных экстрагентов, выведение которых не всегда оказывается полным. Потребление энергии для регенерации экстрагента во многих случаях меньше, чем при традиционной экстракции. А избыточное давление в системе предотвращает проникновение кислорода во время экстракции, что приводит к исключению процессов окисления. Сверхкритические газы обладают высокой экстрагирующей способностью и при соответствующих условиях достаточной селективностью; простое изменение параметров давления и температуры, как во время экстракции, так и при процессе отделения позволяет регулировать концентрацию веществ в экстракте. А возможность применения в процессе экстракции модификатора, позволяет значительно увеличить раство-

ЭКСТРАКЦИОННЫЕ ПРЕПАРАТЫ

ряющую способность при сохранении, а в некоторых случаях – и увеличении селективности.

В ГНЦЛС (г. Харьков) составлена сравнительная характеристика экстрагентов, характеризующая их способность экстрагировать различные БАВ.

Таблица 8.1 Сравнительная характеристика экстрагирующей способности

экстрагентов

						Экстрагенты
							Водные спирты					-
Группы извлекаемых	Бензин, гексан				Этилацетат			Диметилсульфоксид				азеотропос
веществ			Фреоны	Ацетон		Спирты
		2								2	2
		СО докритический							Вода	СО сверхкритическ ий	СО сверхкритическ ий образователем
Углеводороды	+	+/-	+	+	+	-	-	-	-	+/-		+/-
Каротиноиды	+	+	+	+	+	-	-	-	-	+		+
Диглицериды	+	+	+	+	+	-	-	-	-	+		+
Моноглицериды	+	+	+	+	+	+	-	-	-	+		+
Стерины	+	+	+	+	+	+	-	-	-	+		+
Фосфолипиды	+	+	+	+	+	+	-	-	-	+		+
Токоферолы	+	+	+	+	+	+	+	+/-	-	+		+
Терпеноиды	+	-	+	+	+	+	+	+	-	+		+
Альдегиды, кетоны	+/-	-	+	+	+	+	+	+	-	+		+
Сложные эфиры	-	-	+	+	+	+	+	+	-	+		+
Флавоновые агликоны	-	-	+/-	+	+	+	+	+	-	+		+
Спирты	-	-	-	+	+	+	+	+	+	+		+
Аминокислоты	-	-	-	+/-	-	+	+	+	+	+		+
Органические кислоты	-	-	-	-	-	+	+	+	+	+		+
Углеводы	-	-	-	-	-	-	+	+	+	+		+
Алкалоиды	-	-	-	-	-	-	+	+	+	+		+
Дубильные вещества	-	-	-	-	-	-	+	+	+	+		+
Фенольные соедине-	-	-	-	-	-	-	+	+	+	+		+
ния
Гликозиды	-	-	-	-	-	-	+	+	+	+		+
Минеральные вещест-	-	-	-	-	-	-	+/-	+	+	-		+
ва
Полисахариды	-	-	-	-	-	-	-	+/-	+	-		-
Олигосахариды	-	-	-	-	-	-	-	-	+	-		-
Белки, пептиды	-	-	-	-	-	-	-	-	+	-		-
Пектины	-	-	-	-	-	-	-	-	+	-		-