Экстрагирование биологически активным веществ из растительного сырьясжиженными газами

Лекция № 4

Большинство современных фитохимических препаратов получают из высушенного растительного сырья. Во время сушки растений и дальнейшего их хранения многие лекарственные вещества подвергаются изменениям и разрушению под воздействием ферментативных процессов, кислорода воздуха и т.д. Поэтому в некоторых случаях целесообразно получение препаратов из свежих растений. Например, сок красавки оказывает более сильное действие, чем соответствующая доза атропина, так как в соке содержится фармакологически активный гиосциамин, частично превращающийся в процессе сушки растения в менее терапевтически активный рацемат атропин. Фитонцидное действие, как правило, оказывают лишь препараты из свежего растительного сырья. Лекарственные средства из свежего растительного сырья можно подразделить на две группы — экстракционные препараты (фитонцидные препараты) и соки.

Соки. Соки из растений разрешены для медицинского применения Фармакологическим государственным комитетом МЗ РФ. ТП получения соков состоит из следующих стадий. 1. Вымытый и высушенный на воздухе свежесобранный растительный материал измельчают на траворезках, вальцовых дробилках или волчках до получения кашицеобразной смеси. 2. Измельчённую массу подвергают прессованию под высоким давлением на гидравлических прессах. При небольшом количестве сока в материале до прессования его настаивают со спиртом. 3. Очистка сока. Полученные соки содержат большое количество белков, ферментов, слизи и поэтому неустойчивы. Для очистки их обрабатывают 95% спиртом, осаждающим белковые, слизистые и пектиновые вещества. Если терапевтическими активными веществами служат гликозиды, то для более глубокой очистки от примесей ферментов сок нагревают при 77—78 °С в течение 30 мин. Затем сок отстаивают и фильтруют. Иногда осадок удаляют центрифугированием. 4. Отфильтрованный сок подвергают стандартизации. Для консервации к нему добавляют спирт до концентрации 15-20%, хлорэтон (1,1,1-трихлор,2-метилпропанол-2) до концентрации 0,5%. Содержание сильнодействующих веществ должно быть регламентировано. Иногда рекомендуют использовать концентрированные соки, получаемые на основе применения лиофильной сушки. Они значительно стабильнее при хранении, но способ их приготовления требует больших затрат электроэнергии, трудоёмок, что повышает стоимость продукции.

Фитонцидные препараты Из свежего растительного сырья получают препараты, содержащие фитонциды (греч. phyton растение + лат. caedo убивать) — БАВ, выделяемые растениями (преимущественно высшими), способные убивать бактерии и паразитические грибки или подавлять их рост и развитие. Термин «фитонциды» введён в 1928 г. российским биологом профессором Б.П. Токиным, установившим способность некоторых растений выделять вещества (обычно летучие) с подобной активностью. Фитонциды могут содержаться в растениях в виде маслообразных продуктов или кристаллических веществ с разной растворимостью. Фитонциды обладают широким спектром антибактериального действия, часто проявляющегося даже в разведении до 1:1 000 000 (например, у аллицина, аллилгорчичного масла). Некоторые фитонциды подавляют развитие клеток злокачественных опухолей. Фитонциды содержатся во Многих растениях, однако методы их выделения, стабилизации и стандартизации недостаточно разработаны. Лишь препараты, получаемые из чеснока и лука, нашли широкое применение в медицинской практике.

Методы получения препаратов из чеснока и лука. При использовании свежего (не высушенного) растительного материала необходимо использовать спирт в высоких (70-90%) концентрациях для разрушения коллоидной плазмы, содержащейся в растительных клетках (применять с этой целью кипячение для 

фитонцидных препаратов недопустимо). В луке и чесноке содержатся алкилсульфиды (тиоэфиры). Из луковиц чеснока выделены редкая аминокислота аллиин и сульфоксид аллицин (CH2=CH-CH2-S-0-S-CH2-CH=CH2). Аллицин относят к летучим антибиотикам, он в разведении 1:125 000 тормозит рост бактерий.

Из луковиц чеснока получают чесночную настойку и аллилсат.

• Чесночную настойку (Tinctura АПН Sativi) готовят путём мацерации свежеизмельчённых на мясорубке (волчке) луковиц чеснока. В качестве экстрагента используют 90% спирт этиловый. Из 1 части сырья по массе готовят 5 объёмных частей извлечения. Вытяжку настаивают в течение 48 ч, затем отстаивают, фильтруют и стандартизуют по содержанию аллилсульфидов (C3H5)2S, которых должно быть не менее 0,15%.

• Аллилсат (Allilsat) — жидкий спиртовый экстракт чеснока, готовят методом реперколяции при экстрагировании луковиц 90% спиртом этиловым в соотношении 1:3, т.е. из одной части по массе получают три объёмные части вытяжки. Настаивают 72 ч, затем вытяжку отстаивают 48 ч и фильтруют. К полученному раствору в качестве корригентов добавляют по 0,3% эфирных масел (укропного, тминного, мятного), смесь перемешивают в течение 1 ч. Стандартизацию жидкого экстракта осуществляют по сухому остатку (содержание должно быть 1,2—1,7%) и количеству спирта (должно быть 79—86%).

• Из луковиц лука получают аллилчеп (Allilchep) — жидкий экстракт (1:4), приготавливают экстрагированием измельчённых луковиц 70% спиртом этиловым. Очищенные луковицы измельчают в мясорубке и загружают в экстрактор. Сырьё заливают 70% спиртом этиловым (1,5 объёмных частей) и при периодическом перемешивании настаивают 7 сут при комнатной температуре. Затем вытяжку сливают, остаток сырья (выжимки) заливают 1 объёмной частью 60% спирта этилового и настаивают 1 сут. Затем извлечение вновь сливают, остаток отжимают, вторую порцию извлечения смешивают с первой и доводят 44% спиртом до 4 объёмных частей. Для осветления к извлечению добавляют 0,3 г активного угля на 1 кг вытяжки, жидкость отфильтровывают от угля через бельтинговые фильтры-мешки. Аллилчеп — прозрачная жёлтая или зеленоватая жидкость с запахом лука. Содержание сухого остатка в препарате должно быть 1,3—1,5%, спирта — 43—45% (объёмных).

Экстрагирование биологически активным веществ из растительного сырьясжиженными газами

В технологии фитопрепаратов для извлечения БАБ из растительного сырья широко используют органические растворители. Однако многие БАВ настолько термолабильны, что даже использование легколетучих растворителей, например этилового эфира (tкип = 34- 36 °С) и хлористого метилена (40 °С), и отгон их в вакууме приводят к осмолению экстрактивных веществ. Кроме того, из-за несовершенства отдельных стадий производства и неполной регенерации органических растворителей значительная часть их попадает с промышленными стоками в воду и с вентиляционными выбросами в атмосферу. Большинство органических растворителей огне- и взрывоопасны, токсичны и не всегда селективны. Б,С. Алаевым было предложено применять в качестве экстрагентов для получения цветочных экстрактов сжиженные газы (бутан, смесь бутана и пропана, углекислый газ). Сжиженные газы как растворители БАВ изучены недостаточно. Преимущественно (до 1983 г.) их применяли в пищевой и парфюмерной промышленности для получения высококачественных экстрактов из эфиромасличного и пряноароматического сырья. Использование сжиженных газов позволяет сократить время экстракции, извлекать липофильные нативные соединения, исключить воздействие высоких температур на стадии концентрирования и повысить качество целевых продуктов. В настоящее время для экстракции растительного сырья в основном используют следующие сжиженные газы: углекислый газ (С02), пропан (С3Н8), бутан (С4Н10), хлор и фторсодержащие углеводороды (хладоны). При нормальных условиях они находятся в газообразном состоянии, при избыточном давлении они представляют собой бесцветные легкоподвижные жидкости, растворимые в органических растворителях и не растворимые (большинство) в воде. Вязкость сжиженных газов значительно меньше вязкости органических растворителей, что повышает их диффузионные свойства. Благодаря низкой температуре кипения и теплоте парообразования требуются малые энергозатраты на испарение и конденсацию сжиженных газов, что позволяет быстро удалять их из экстрактов при незначительном температурном воздействии. Сжиженные газы химически индифферентны по отношению к извлекаемым веществам, не токсичны, не образуют взрывоопасных смесей с воздухом, пожаро- и взрывобезопасны (за исключением пропана и бутана). Особенность применения сжиженных газов — проведение процесса экстрагирования при давлениях, превышающих атмосферное. Была разработана установка для изучения процессов экстрагирования и разработки технологических параметров (рис. 6-1). Принцип её работы: в экстракторы (1) через загрузочный люк при помощи вакуума загружают измельчённое растительное сырьё. Из системы удаляют вакуумированием воздух и заполняют газообразным хладоном из баллона (2) до создания рабочего давления 5—6 кг/см2. После достижения равновесия давлений в системе в экстракторы подают сжиженный хладон из напорной ёмкости (3). Экстрагент проходит через слой сырья, извлекает растворимые компоненты и через фильтр (5) сливается в испаритель (6). Процесс контролируют через смотровые фонари. В испарителе экстракт подогревается, при этом экстрагент переходит в газообразное состояние, пары его отделяются и вследствие разности давлений поступают в конденсатор (7), охлаждаемый холодильным агрегатом (8). В конденсаторе экстрагент конденсируется и возвращается в напорную ёмкость (3). Таким образом, экстрагент находится в замкнутом цикле, осуществляя проточную экстракцию, и используется повторно. Извлечённый продукт остаётся в испарителе, и его периодически сливают. По окончании процесса экстракции прекращают подачу экстрагента в экстрактор, остаток отгоняют из шрота в испаритель. Шрот выгружают из экстрактора. Контроль за давлением в системе и количеством экстрагента, подаваемого на экстракцию, осуществляют по манометрам и указателям уровня экстрагента, С увеличением размера частиц сырья резко снижается выход извлекаемых веществ. Измельчение растительного материала целесообразно проводить комбинированным способом до размеров частиц 0,1—0,2 мм. Необходимо использовать сырьё с влажностью, не превышающей 7%. Для улучшения процесса экстракции подавать растворитель рекомендовано снизу под сырьё, а слив экстракта производить с верхней части экстрактора. При подаче сжиженных газов сверху в нижней части экстрактора образуются застойные зоны, что удлиняет процесс экстракции и увеличивает количество экстрагента. Увеличение скорости движения экстрагента улучшает процесс экстракции в начальный период (когда концентрация извлекаемых веществ высокая на поверхности сырья), а затем не вызывает ускорения процесса экстракции. Хладоны ряда метана, пропана и бутана извлекают эфирные и жирные масла, производные кумаринов, каротинойды, токоферолы, сесквитерпены, терпеноиды, етерины, хлорофиллы и ряд других соединений, в основном липофильной природы. При этом хладоны обладают избирательностью в отношении разных групп природных веществ. Так, наиболее селективен в отношении эфирных масел хладон С318, практически не извлекающий жирных масел. Хладоны не извлекают водорастворимые вещества (полисахариды, белки, фенольные соединения и др.), следовательно, последующая обработка шрота более полярными растворителями (водой, водно-спиртовыми смесями, спиртами) позволяет комплексно использовать ценное растительное сырьё. По разработанной технологии в ГНЦЛС были получены липофильные препараты с использованием хладона-12 (масло облепиховое, масло шиповника, каротолин), предложена технология новых препаратов (аромелина из плодов аронии черноплодной, сорбелина из плодов рябины обыкновенной и липоперсикона из семян томатов). Таким образом, технология Л С с использованием сжиженных газов позволяет сократить длительность процесса, уменьшить расходные нормы сырья и материалов, а также увеличить выход и повысить качество готового продукта.