Теоретические основы извлечения (экстрагирования)

Процессы экстрагирования (извлечения) имеют весьма большое значение в современной фармации. Путем извлечения получается ос­новная группа суммарных (галеновых) препаратов — экстракты и на­стойки, а также новогаленовые препараты, полифракционные экстрак­ты, извлечения из свежих растений и ряд других. Экстракционный про­цесс лежит в основе технологии многих препаратов, получаемых из сырья животного происхождения (препараты гормонов, ферментов и др.).

Экстракционный процесс лежит в основе не только производства суммарных пре­паратов, но и технологии выделения из сырья индивидуальных фармакологически ак­тивных веществ (алкалоиды, гликозиды, сапонины и др.).

Долгое время экстракция растительного сырья производилась примитивными мало­производительными способами, базировавшимися на догматических регламентациях. Набор экстр агентов был очень ограниченным. Причиной являлась недостаточная изу­ченность экстракции лекарственного растительного сырья как одной из форм массооб-менного процесса в системе твердое тело — жидкость. К познанию этого процесса со­ветскими учеными было проложено много путей. В результате исследований, проведен­ных в ЛХФИ, I ММИ, ВНИХФИ, ВИЛР, ХНИХФИ и ПФИ, в настоящее время мы можем более или менее достоверно представить себе механизм процесса, протекаю­щего при извлечении фармакологически активных веществ из лекарственного расти­тельного сырья.

Сущность процесса извлечения

В процессе извлечения преобладают диффузионные (массообменные) явления, основанные на выравнивании концентрации между раствори­телями (экстрагент) и раствором веществ, содержащихся в клетке. Различают диффузию: 1) молекулярную и 2) конвективную.

Молекулярной диффузией называ ется обусловленный хао­тическим движением молекул процесс постепенного взаимного проник­ н овения" веществ (жидких или газообразных), граничащих друг с ДРУ -го м и находящихся в макроскопическом покое. Интенсивность диффу­зии зависит от кинетической энергии молекул. Чем она выше, тем ин­тенсивнее протекает диффузионный процесс. Например, газы легко диффундируют друг в друга, поскольку молекулы их движутся с боль­шими скоростями. Жидкости и растворы, движение молекул в которых более ограничено, диффундируют значительно медленнее.

Движущей силой диффузи онного процесса^ является разность кон­ це нтраций растворенных веществ в соприкасающихся жидкостях. Чем больше будет 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 от относительной молекулярной массы вещества. На диффузионный процесс, естественно, влияет величина поверхности, разделяющей вещества, а также толщина слоя, через который проис­ходит диффузия. Очевидно, чем больше поверхность раздела, тем боль­ше продиффундируют вещества, и чем толще слой, тем медленнее идет выравнивание концентрации. Наконец, перемещение вещества требует определенного времени. Чем дольше длится диффузия, тем больше вещества переходит из одной среды в другую.

Влияние факторов на процессы диффузии может быть выражено математически следующим уравнением:

где 5 — количество продиффундировавшего вещества в кг; С —с — раз­ность концентраций в кг/м³; F — поверхность раздела фаз в м²; т — время диффузии в с; х — толщина слоя, через который происходит диф­фузия в 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.

фф у фф у^^^^^ р^^щ__ "Что касается коэффициента диффузии, то его математическое выра­жение было дано Эйнштейном:

Согласно этому уравнению, называемому законом диффузии Фртя,
коли чество прод и ффунд ир^Г|ПЯК"1^гп в?пт, ества прямо пропорционально
разн ости концент раций, ппиррунпг ти р азде ла фаз, вр_емен и диффу зии,
коэффиц иенту дифф у^зии^и^б^атно^ пр
"Ч фф фф

N_o блцг '

где R — газовая постоянная 8,32 Дж/(град-моль); Т — абсолютная температура; No — число Авоградро (6,06 -10²³); г\ — вязкость в н/(с-•м²); г — радиус диффундирующих частиц в м.

Из приведенного уравнения видно, что коэффициент диффузии уве­личивается с повышением температуры и уменьшается с увеличением вязкости среды и размера частиц вещества. Иначе говоря, чем меньше радиус диффундирующих частиц, тем быстрее идет диффузия. Напри­мер, растворы белков, слизей и т. п. диффундируют очень медленно, потому что они как высокомолекулярные соединения имеют очень низ­кие коэффициенты диффузии. Совершенно другая картина наблюда­ется в растворах веществ, находящихся в состоянии молекулярной или ионно-молекулярной дисперсии. Эти вещества как имеющие относительно малые размеры частиц диффундируют несравнимо быстрее.

В практике численные значения коэффициентов молекулярной диф­фузии берут из справочников или специально рассчитывают.

Ко нвек тивн ый n ej>j. Hnr rptttp. г. ти я происходит _в резуль-тате*"сотрясенйя, йзменения_температуры, пере мндгйва'ния ^и_тТ"д.. т. е. причин; вызь1Ваю1цйх⁼Шремёщение"ЖйдТГОсти, а вместе с ней ¥ раство­ренного вещества в турбулентном потоке. Инане говоря, механизм конвективной диффузии состоит в.переносе вещества в виде отдельных небольших объемов его растворя* причем внутри этих малых объемов имеет место и молекулярная диффузия. Конвентивная диффузия подчи­няется закону, согласно которому скорость конвективной диффузии возрастает с увеличением- поверхности контакта фаз, разности концен­траций, продолжительности процесса и коэффициента конвективной диффузии. Математически эта зависимость выражается следующим образом:

S = $F (С — с) т,

где р—коэффициент конвективной диффузии, представляющий собой количество вещества, переносимое за 1 с через поверхность в 1 м², при разности концентраций, равной 1 кг/м³; 5 — количество вещества, пе­решедшего из жидкой фазы в движущийся поток другой жидкости в кг; F — поверхность раздела в м²; С —с — разность концентраций вещест­ва, переходящего в поток, у поверхности раздела фаз (С) и в центре движущегося потока (с) в кг/м³; т — время в с.

При конвективной диффузии размер молекул диффундирующего ве­щества, вязкость растворителя, кинетическая энергия молекул 'стано­вятся второстепенными. Гла вными для скорости__ко_нвекиш«вго- пере­носа _веше£1в_а_ стано вятся гидродинамичес кие условия, т^.е. скорость

(166

и, режим движения жидкости. Таким образом, молекулярный и конвек­тивный" переносы вещества отличаются друг от друга не только меха­низмом, но и тем, что скорость их протекания зависит от разнородных групп факторов. Обычно скорость конвективного переноса веществ во много раз больше скорости молекулярного переноса.

Разбираемые нами положения относятся к так называемой свобод­ной диффузии, т. е. к такому случаю, когда между соприкасаю­щимися растворами или жидкостями нет никаких перегородок, иначе говоря, когда молекулярная и конвективная диффузии протекают сво­бодно, не встречая на своем пути каких-либо преград.

Про цесс же извлечения биологичес ки__акти вных веществ из расти­тельно го сырья осложняетс я рядом особенностей. Бо-первых,"на пу_ти_ к вещ^с^ам^__с£щержащимся в клетке, ~ находится клеточная стенка, физиологическое состояние котороТГ может быть различным. Остано­вимся более подробно на этом весьма важном обстоятельстве. Живая растительная клетка имеет пристенный слой протоплазмы большей или меньшей толщины. Этот пристенный слой протоплазмы накладывает особый отпечаток на свойства клеточной стенки как перегородки, от­деляющей раствор внутри клетки (клеточный сок) от жидкости вне клетки. Пока протоплазма жива, клеточная стенка является полупро­ницаемой перегородкой, не пропускающей наружу вещества, раство­ренные в клеточном соке. Например, сколько ни вымачивать в холод­ной воде кусок только что выкопанного солодкового корня, обладаю­щего приторно сладким вкусом, вода не приобретает сладкого вкуса, так как клеточные стенки не пропустят растворенных в клеточном со­ке глицирризина и сахаристых веществ. В этом случае возможно лишь проникнов ение воды внутрь клетки (осмос!.

Совершенно по-другому ведет себя мёртвая растительная клетка. Необходимо подчеркнуть, что подавляющее большинство экстракцион­ных препаратов приготовляется из высушенного лекарственного расти­тельного сырья, т. е. обезвоженного путем тепловой сушки. В случае получения препаратов из свежих растений клетки умерщвляют этило­вым спиртом, который очень гигроскопичен и при соприкосновении с растительной клеткой обезвоживает ее, вызывая сильнейший плазмо­лиз. Умерщвление клеток сырья животного происхождения достига­ется теми же способами: сушкой и обезвоживанием спиртом и ацето­ном.

р ру рр р р рр свои особенности. Прежде всего наличие пористой перегородки отра­жается на скорости диффузии — снижает ее. Далее через поры пере­городки могут пройти только те вещества, частицы которых не превы­шают определенных размеров. Наконец, имеется еще одна существен­ная особенность — явление десорбции, наблюдаемое в клетке после проникновения в нее экстрагента. Еще М. В. Цвет в своих классиче­ских исследованиях по хлорофиллу показал, что после проникновения экстрагента в клетку одновременно с растворением протекает процесс десорбции, поскольку вещества внутри клетки связаны силами притя­жения и необходимо прежде всего преодоление этих адсорбционных сил субстрата. Таким об рядом. и ррлрчрннё Hf>r.^y0F11IMfl-^^rMaT.pffF|ftTti Kmf слежный процесс, состоящий из отдельных моментов: _дяшшза, десорбции, раст­ворения и диффузи и, протекающих самостоятельно и одновре'мённо как единое целое, как один общий процес с. Процесс извлечения начинает-

Вследствие гибели протоплазмы клеточная стенка теряет характер
полупроницаемой перегородки и начинает пропускать вещества в обе
стороны. Иначе говоря, клеточная стенка приобретает свойства пори­
стой перегородки, а извлечен ие — х я ряктрр гу ^д иза. т. е. диффу зии
через по ристую перегородку. При этом протте.г.е извлечения б

б П й

ся с проникновения экстрагента внутрь частичек (кусочков) раститель­ного сырья. Вначале по макро-, затем микротрещинам, по межклеточ­ным ходам и межклеточникам экстрагент достигает клеток и получает возможность диффундировать через клеточные стенки (диализ). По мере проникновения экстрагента в клетку ее содержимое (спавшееся при сушке растения в небольшой комочек) начинает набухать и переходить в раствор (десорбция и растворение). Затем ввиду разницы между кон­центрацией раствора в клетке и вне ее начинается молекулярный пере­нос растворенных веществ в обратном направлении через клеточную стенку (диализ); вначале в экстрагент, находящийся в межклетниках и межклеточных ходах, а затем в экстрагент, заполняющий микро- и макротрещины и, наконец, в экстрагент, омывающий кусочек раститель­ного материала.

Механизм диффузии через клеточную мембрану, согласно теории I

равновесной сорбции, заключается в следующем: молекулы диффунди- (

рующего вещества сорбируются материалом мембраны, диффундируют
через нее и десорбируются с другой ее стороны; при этом скорость г

диффузии вещества через мембрану лимитируется градиентом концент- \

рации и характеристикой самой мембраны. После выноса веществ из;

клетки их диффузия фактически становится свободной молекулярной,

диффузией, правда ограниченной узкими просветами и длиной ходов ^;

выноса веществ к наружной поверхности.,

Весь этот сложный комплекс диффузионных явлений, протекающих
внутри кусочков растительного материала, называют внутренней
диффузией. В основном он слагается из диффузии через пористую i

перегородку (стенка мертвой клетки) и свободной молекулярной диф­фузии. Это дает возможность применить уравнение Фика к количест­венной характеристике этой первой стадии экстракции, но лишь с поправкой на имеющиеся особенности.

Совершенно естественно, что величина коэффициента диффузии в '

порах растительного материала будет значительно меньше, чем для
свободной диффузии. Так, например, если величина коэффициента
свободной диффузии для большинства природных соединений состав­
ляет 10~⁴—10~⁶ г/(см²-с), то для этих же соединений величина коэф- <
фициента диффузии в порах растительного материала на 2—3 порядка >
меньше, т. е. 10~⁷—10~⁸ г см²/с.

Для выражения величины коэффициента диффузии в порах расти-.

тельного материала в уравнение Эйнштейна для свободной диффузии нужно вводить поправочный коэффициент В, учитывающий все ослож­нения процесса.

n _ 3L _1_ я

^Пвн~ N_o ' блцг '^а-

Тогда в уравнение Фика для переноса вещества в порах раститель­ного материала вместо коэффициента свободной диффузии нужно бу-дет поставить значение коэффициента внутренней диффузии (D_Bn.):

D_m.F(C-c)-x
' х "

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, вынесен

ные на поверхность кусочков, проникают в диффузионный пограничный слой, полностью подчиняясь закону свободной молекулярной диффузии. Толщина диффузионного слоя зависит от гидродинамики процесса и в основном от скорости перемещения экстрагента. Если экстрагент и сырье находятся в состоянии относительного покоя, то диффузионный слой равняется толщине всего слоя неподвижной жидкости. 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, при­обретая какую-то определенную величину. Наступает третья, конеч­ная, стадия экстракции, когда вещества, поступившие в диффузи­онный слой, переносятся в центр потока конвективной диффузией.

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: пере­нос и распределение вещества по всему объему вытяжки происходят практически мгновенно.

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

Стадия 1. «Внутренняя» диффузия, охватывающая все явления переноса веще­ства внутри частиц сырья; количественно оценивается величиной коэффициента D_BB-

Стадия 2. Перенос вещества в пределах непосредственного диффузионного по­граничного слоя; количественно оценивается величиной коэффициента D.

Стадия 3. Перенос вещества движущимся экстрагентом (конвективная диффу­зия); количественно оценивается величиной коэффициента |3.

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

Массопередача, естественно, 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 концентрации является движущей силой процесса массопередачи. Кроме того, скорость перехода вещест­ва пропорциональна поверхности соприкосновения фаз. Математически эта зависимость выражается формулой:

S --=KF(C — с) т,

где К — коэффициент массопередачи, означающий количество вещест­ва, переносимое за 1 с через поверхность в 1 м² при разности концент­раций, равной 1 кг/м³; S — количество вещества, переходящего из од­ной фазы в другую в кг; F — поверхность соприкосновения фаз в м²; т — время в с; С — с — движущая сила процесса массообмена — раз­ность концентраций вещества, переходящего из одной фазы в другую в кг/м³.

Из этого уравнения следует, что количество вещества, переходящее в единицу времени из одной фазы в другую, пропорционально коэффи­циенту массопередачи, поверхности контакта фаз, продолжительности процесса и разности концентраций. Коэффициент массопередачи сум­мирует все величины, являющиеся количественными характеристиками трех перечисленных выше этапов диффузионного пути в процессе экст­ракции.

"• 169

Связь коэффициента массопередачи и коэффициентов всех видов диффузии определяется следующим уравнением:

_________ 1

* ⁼ _*_ ₊ -L₊_L" nD_BH ^ D ~ р

где 2г — толщина частицы растительного сырья; п — коэффициент; £>_вп—коэффициент внутренней диффузии; D — коэффициент молеку­лярной диффузии; б — толщина диффузионного пограничного слоя; р— коэффициент конвективной диффузии.

Анализ уравнения показывает (рис. 89), что при отсутствии конвек­ции коэффициент конвективной диффузии равен нулю, а толщина диф­фузионного слоя становится равной толщине всего экстрагента. Значит, третий этап диффузии отпадает, а коэффициент массопередачи опре­деляется только внутренней диффузией и свободной молекулярной диффузией в неподвижной жидкости. Такое явление наблюдается при мацерации без перемешивания. Указанный способ экстракции самый длительный.

В том случае, когда экстрагент перемещается хотя бы с незначи­тельной скоростью, коэффициент массопередачи определяется количе­ственными характеристиками всех трех этапов диффузионного пути. Скорость этого способа экстракции выше, так как уменьшается слой неподвижной жидкости и появляются конвекционные токи, способст­вующие переносу вещества. Такой способ экстракции характерен для мацерации с перемешиванием, перколяции, быстротекущей перколяции, непрерывной противоточной экстракции и др. И, наконец, в некоторых случаях могут отсутствовать второй и третий этапы диффузионного пу­ти. Это явление возможно при больших скоростях перемещения жид­кости. В этом случае коэффициент конвективной диффузии возрастает до бесконечности, т. е. конвективный массоперенос осуществляется мгновенно и, следовательно, третий член уравнения отпадает. Вместе с тем становится равной нулю и толщина диффузионного слоя, поэто­му второй член уравнения также отпадает. Коэффициент массопереда­чи в таких случаях определяется только коэффициентом диффузии в порах растительного сырья. Типичным примером этого способа экст­ракции является вихревая экстрак-

ЯВпения на границе раздепа фаз **^ИЛ'

s-KFiCT Второй и третий этапы диффузион-

ного пути, как было показано выше,

1 Жидкая фаза неподвижна могут отсутствовать, но наличие пер-

-_-_-_—_-_-_" 1 вого этапа неотделимо от самого су-

I-I-I-Г-З: ^н=~г? —<Г щества процесса экстракции из расти-

=i л~аГ ⁺ У тельного сырья.

Следует отметить, что вещества, на- г Жидкая фаза перемещается с небольшой холящиеся в клетке с разорванными

_________ скоростью стенками, значительно легче вовлека-

У2-1-1~-~ к=____ ^? ются экстрагентом. Здесь происходит

¹ простое вымывание.

-+-

Знание теоретических основ экстракции дает возможность технологу разумно вести

3. Жидкая фаза перемещается с большой _этот производственный процесс и тем самым
^р обеспечить наиболее полное и в самый корот-

кий срок извлечение действующих веществ.

Рис. 89. Явления на границе раздела фаз при экстракции растительного сырья. Объяснение в тексте.

Из факторов, влияющих на полноту и скорость извлечения, которые поддаются регулированию и, следовательно, могут быть изменены в желательную сторону, основ­ными являются: выбор эксграгента, степень измельчания сырья, разность концентра­ций, температура, вязкость экстрагента, продолжительность извлечения и гидродинами­ческие условия.

О конкретном управлении этими факторами говорится ниже.

Факторы, влияющие на полноту и скорость извлечения

Для достижения наиболее полного и быстрого извлечения действую­щих веществ из лекарственного растительного сырья, помимо подбора экстрагента, должны быть еще созданы оптимальные условия для диффузионного процесса. Из факторов, влияющих на полноту и ско­рость извлечения, которые поддаются регулированию и, следователь­но, могут быть изменены в желательную сторону, основными являются степень измельче ния, разность концентрацш^ температура. вязкост ь экстрагента, продолжительность извлечения и гидродинамические у с-

ловия.---------------------------------------- —~ - ~ ~

Степень измельчения сырья. Диффузионный процесс, основанный на непосредственном контакте экстрагента с содержимым клеток, ослож­няется тем, что клетки, содержащие действующие вещества, отделены от экстрагента значительным рядом клеток, часто к тому же совер­шенно не содержащих ценных веществ (например, клетки покровных тканей: эпидермиса, пробки, коры). Для облегчения диффузионного процесса сырье должно быть измельчено. Этим достигается значитель­ное увеличение поверхности соприкосновения между частицами сырья и экстрагентом. Согласно закону диффузии, количество извлеченного вещества при всех прочих равных условиях будет тем больше, чем обширнее эта поверхность. Следуя этому закону, необходимо было бы добиваться как можно более тонкого измельчения. Однако практика показала, что буквальное выполнение условий закона диффузии в не­которых случаях приводит к противоположному результату — ухудше­нию процесса извлечения. При чрезмерно тонком измельчении сырье может слеживаться, а при содержании слизистых веществ — ослизнять-ся, в результате чего через такие массы экстрагент будет проходить чрезвычайно плохо. При слишком тонком измельчении резко увеличи­вается количество разорванных клеток, что влечет за собой вымывание веществ, обременяющих вытяжку (белки, пектины и другие высокомо­лекулярные соединения), и переход большого количества взвешенных частиц. В результате вытяжки получаются мутные, трудноосветляемые и плохо фильтруемые.

Из сказанного очевидно, что степень измельчения должна устанав­ливаться с учетом морфолого-анатомических особенностей перераба­тываемого сырья и химической природы содержащихся в нем веществ. Разность концентраций и гидродинамические условия. Поскольку разность концентраций является движущей силой диффузионного про­цесса, необходимо во время экстракции постоянно стремиться к мак­симальному перепаду концентрации. Нетрудно представить, что при диффузии вещества из частичек сырья к их поверхности, а также при вымывании веществ из разорванных клеток вокруг частичек сырья и главным образом в неподвижном диффузионном слое постепенно по­вышается содержание извлекаемых веществ. Если экстрагент неподви­жен, вокруг частицы образуется область с высокой концентрацией экстрагируемых веществ и, следовательно, разность концентрации рез­ко снижается, что является причиной уменьшения движущей силы. Кро-ме того, в неподвижной жидкости, окружающей частицу, перенос ве­ществ осуществляется очень медленной молекулярной диффузией.

Достаточно высокую разность концентраций на границе раздела фа» можно поддерживать уже при малой скорости перемещения жидкости.

Простейшим приемом интенсификации процесса извлечения являет­ся перемешивание настаиваемой массы. Более совершенный способ — смена экстрагента. Ее можно производить периодически или непрерыв­но. Под периодической сменой экстрагента понимается слив вытяжки сырья и залив его порцией экстрагента. Под непрерывной сменой из-влекателя понимается непрерывное истечение вытяжки из экстракцион­ного сосуда и непрерывное поступление в сосуд свежего экстрагента. Перемешивание и периодическая смена извлекателя типичны для ма-церационных методов получения извлечений и некоторых модификаций реперколяционного способа. Непрерывная смена экстрагента находит применение при получении извлечений методами перколяции, быстро­текущей реперколяции и другими интенсивными методами. При перио­дической смене экстрагента процесс экстракции постепенно затухает, гак как каждая новая порция экстрагента соприкасается с сырьем, содержащим меньше действующих веществ.

Температура. Выше уже отмечалось, что повышение температуры ускоряет процесс извлечения. Это сильно влияющий фактор, но в усло­виях галенового производства им можно воспользоваться только для водных извлечений. Спиртовые и тем более эфирные извлечения про­изводятся при комнатной (и более низкой) температуре, поскольку с ее повышением увеличиваются потери экстрагентов, а следователь­но, вредность и опасность работы с ними.

Использовать температурный фактор при экстрагировании лекарст­венных веществ следует, строго учитывая их термолабильность и дру­гие особенности. Для термолабильных веществ применение горячей воды, как правило, допустимо лишь в течение коротких отрезков вре­мени. Повышение температуры экстрагента не показано и для эфиро-масличного сырья, поскольку эфирные масла при извлечении горячей водой в значительной части теряются. Необходимо также помнить, что применение горячей воды сопровождается клейстеризацией крахмала, пептизацией веществ; вытяжки в этом случае становятся слизистыми и дальнейшая работа с ними значительно затрудняется.

Повышение температуры при извлечении особенно желательно в тех случаях, когда экстрагируемым сырьем являются корни и корне­вища, кора и кожистые листья. Горячая вода в этом случае способст­вует лучшему сепарированию тканей и разрыву клеточных стенок, облегчая тем самым течение диффузионного процесса. Горячая вода часто нужна и для инактивации ферментов.

Вязкость экстрагента. Из уравнения Эйнштейна видно, что коэффи­циент молекулярной диффузии увеличивается с уменьшением вязкости экстрагента. Следовательно, менее вязкие жидкости обладают боль­шой диффузионной способностью. Среди экстрагентов наиболее вязким является глицерин, но он один, как уже упоминалось, не применяется (добавка к воде). Чаще используются растительные масла, и теперь должно быть понятно, почему они применяются в подогретом виде: молекулы растворенных веществ (например, основания алкалоидов) легче продвигаются при диффундировании между молекулами экстра­гента (масла). У основных экстрагентов — воды и спирта — с повы­шением температуры вязкость также заметно понижается. Например, абсолютная вязкость воды при 20°С равна 1,005-10~³ Н/(с-м²) (или 1,005 сП)¹, а при 60°Сона падает до 0,469 • 10~³ Н/(с-м²). Таким образом, в интенсификации процесса извлечения при повышении температуры определённую роль играет также понижение вязкости. Разную вяз-

¹ 1 Н/(с-м²) = 1000 сП (сантипуаз). 172

кость имеют и водно-спиртовые растворы (при одной и той же темпе­ратуре), причем она изменяется непропорционально содержанию спир­та в растворе; наибольшую вязкость имеют растворы, содержащие 40—50% спирта.

Продолжительность извлечения. Из уравнения Фика следует, что ко­личество извлеченных веществ пропорционально времени. Однако нужно стремиться к тому, чтобы полнота извлечения была достигнута в кратчайший срок, в максимальной степени использовав все прочие факторы, ведущие к интенсификации этого процесса.

Необходимо иметь в виду, что о конце процесса извлечения правиль­нее судить не по сумме извлекаемых веществ (экстрактивных), а по тем компонентам, которые являются биологически активными вещест­вами. Последние (алкалоиды, гликозиды и др.) обычно диффундируют быстрее, чем более высокомолекулярные соединения, которые прохо­дят через оболочку значительно медленнее. Отсюда следует, что если о полноте извлечения судить по экстрактивным веществам, то по мере удлинения времени будет ухудшаться качественный состав вытяжки балластными веществами, в то время как от них нужно по мере воз­можности освобождаться. Таким образом, чрезмерно продолжительное извлечение в ряде случаев просто вредно, особенно если принять во внимание нежелательные процессы, протекающие под влиянием фер­ментов.

Чрезмерно продолжительное извлечение часто себя не оправдывает и по экономическим соображениям. Изучение динамики извлечения действующих веществ показывает, что в большинстве случаев извле­чение протекает наиболее активно в первые часы, а затем (несмотря на смену экстрагента) скорость его начинает заметно падать, и мак­симум (полнота) извлечения наступает через сравнительно продолжи­тельное время.

В первые часы экстракции происходит просто вымывание веществ из разорванных клеток и диффузия из легкодоступных мест, чем и объ­ясняется большая скорость экстракции. В последующие часы диффу­зия идет из труднодоступных мест, чему соответствует падение скоро­сти экстракции. При этом иногда целесообразно прекратить процесс в какой-то точке учитывая, что дополнительно извлеченное количество веществ не окупит избыточных расходов и увеличивающихся при этом потерь ценных экстрагентов (спирт, эфир).

Добавка поверхностно-активных веществ. Еще в прошлом десятилетии было показано, что при добавлении к экстрагенту небольших количеств ПАВ (0,01—0,1%) наблюдается улучшение процесса экстрагирования: в подавляющем большинстве слу­чаев либо увеличивается количество экстрагируемого вещества — алкалоидов, гликози-дов, эфирных масел и др., либо полнота извлечения достигается при меньшем объеме экстрагента. Тем самым может быть достигнута существенная экономия во времени, энергии и материалах.

Механизм действия ПАВ на скорость и полноту экстракции не во всех случаях ясен. Несомненно, что ПАВ понижают поверхностное натяжение раствора и улучшают смачиваемость. Наряду с понижением поверхностного натяжения существенную роль играет солюбилизирующая способность ПАВ. Установить какую-либо зависимость между значением рН и экстрагирующей способностью растворов ПАВ пока не удается.

Таким образом, полнота и скорость извлечения являются равнодействующими мно­гих факторов, влияние которых нужно умело регулировать.