Операция извлечения

Под извлечением понимают процесс перехода лекарственных веществ из лекарственного растительного или иного сырья в вытяжку, приготовленную с помощью воды или спирта.

В настоящее время получение спиртовых вытяжек (извле­чений), требующее больших затрат времени, полностью пе­ренесено в фармацевтическую промышленность; на долю аптеки осталось приготовление лишь водных извлечений, ко­торые могут быть получены примерно в течение часа, что делает исполнение выписанного на извлечение рецепта весь­ма быстрым.

Термин «извлечение» применяется не только для обозна­чения технологического процесса приготовления вытяжки; извлечением называют и жидкость, полученную в его резуль­тате, хотя более рационально было бы называть ее вытяж­кой.

Водные извлечения являются давно применяемыми лекар­ствами. Они не требуют ни сложной аппаратуры, ни дорогих извлекателей. Эти обстоятельства не в последнюю очередь явились причиной того, что извлечения, появившиеся еще до Галена, сохранили определенное значение и в настоящее вре­мя. Водные извлечения служат как для наружного, так и для внутреннего применения.

Некоторые извлечения, согласно указаниям, могут быть приготовлены путем растворения в воде соответствую­щих экстрактов.

В качестве исходных материалов для изготовления водных извлечений в настоящее время используют различные над­земные и подземные части лекарственных растений (листья, цветки, кору, корни и корневища, траву и т. п.).

С фармацевтической точки зрения, состав растительных материалов условно разграничивают на два типа компонен­тов: действующие и сопутствующие вещества.

К категории действующих веществ относятся разнообраз­ные соединения, обладающие выраженной фармакологической активностью и представляющие интерес для лечебных целей. Примерами действующих веществ лекарственных растений могут служить многие алкалоиды, дубильные вещества, ви­тамины, эфирные масла и другие, как правило, сложные ор­ганические соединения.

Сопутствующими веществами называются естественные спутники действующих веществ, играющие в организмах ле­карственных растений несомненно важную биологическую роль, но не представляющие самостоятельного интереса с терапевтической точки зрения. Часть сопутствующих веществ представляет собой соединения, лишенные выраженного фар­макологического действия, как, например, белки, сахара, крахмал. Другие характеризуются заметным, а подчас даже сильным нежелательным, например раздражающим, действи­ем.

Некоторые сопутствующие вещества усиливают всасыва­ние действующих веществ из желудочно-кишечного тракта (сапонины) и за этот счет усиливают действие последних; другие, наоборот, замедляют всасывание и обеспечивают не­редко эффект дюрантного (продленного) действия (дубиль­ные вещества); третьи обладают обволакивающим действием и умеряют местное раздражающее действие (слизи, камеди). Сопутствующие вещества, не принимающие существенного участия в ценном терапевтическом воздействии, которым ха­рактеризуется данный растительный объект, часто называют «балластными» веществами (клетчатка, жиры, воски, стерины, крахмал, протеины и т. п.). Однако отнесение того или иного соединения к категории балластных веществ весь­ма условно.

Многочисленные компоненты лекарственного растительно­го сырья отличаются весьма различной растворимостью, ко­торая определяет химический состав растительных вытяжек.

Компоненты исходного материала, переходящие в раствор при действии того или иного растворителя, носят общее на­звание экстрактивных веществ.

По физико-химической природе водные вытяжки из рас­тительных материалов представляют собой многокомпонент­ные истинные растворы низко- и высокомолекулярных соеди­нений. Очень часто эти растворы содержат коллоидные ком­поненты (обычно коллоидные электролиты) и, как правило, небольшое количество водонерастворимых  примесей.

Состав водных вытяжек зависит не только от состава ис­ходных материалов, но и от температуры, при которой про­изводилось их получение.

При обработке растительных материалов холодной водой в состав получаемой вытяжки переходят: белки, сахара, сли­зи, камеди, некоторые пектиновые вещества, многие органи­ческие кислоты, растворимые соли металлов и органических оснований, в том числе алкалоидов, многие гликозиды, ду­бильные вещества, пигменты, следы эфирного масла.

Вытяжки, приготовленные с помощью холодной воды, ха­рактеризуются значительным содержанием различных фер­ментов, приводящих к быстрому изменению многих компо­нентов извлечения. Особенно недолговечными в этих условиях являются соединения, имеющие гликозидную природу, и мно­гочисленные вещества, обладающие характером фенолов, особенно многоатомных.

При получении водных вытяжек из растительных мате­риалов на холоду сумма экстрактивных веществ освобож­дается от клетчатки, лигнина, гемицеллюлозы, крахмала, жи­ров, воскообразных и смолоподобных веществ, стеринов, хло­рофилла и других компонентов сырья, нерастворимых в хо­лодной воде.

Вытяжки, получаемые из растительных материалов пу­тем недолговременной обработки горячей водой, отличаются отсутствием белков и ферментов, денатурирующихся при вы­сокой температуре в присутствии воды. Большинство водорас­творимых веществ извлекается горячей водой с большей полнотой. В особенности это относится к эфирным маслам, высокомолекулярным дубильным веществам (часто выпадаю­щим в осадок при охлаждении горячей вытяжки) и пекти­нам. В вытяжки, приготовленные на горячей воде, переходит в виде клейстера крахмал, содержащийся в растительных материалах.

При долговременной обработке растительных материалов водой при температуре, близкой к кипению, получаются сильно видоизмененные вытяжки. В этих случаях остаются неизменными лишь термостабильные составные части расти­тельных материалов.

При длительном кипячении с водой ферменты денатури­руются, белки подвергаются свертыванию и выпадают в оса­док. Некоагулирующие белки подвергаются более или менее глубокому гидролитическому расщеплению.

Соединения, имеющие сложноэфирную природу, и боль­шинство гликозидов при долговременной обработке кипящей или почти кипящей водой подвергаются гидролизу. Многие высокомолекулярные вещества деполимеризуются. Крахмалы не только клейстеризуются, но в большей или меньшей сте­пени декстринизируются и осахариваются, особенно в кислых средах.

В длительно нагревающейся вытяжке происходят много­численные окислительные реакции, сопровождающиеся обра­зованием темноокрашенных соединений. Летучие вещества подвергаются улетучиванию. Потери обычно являются тем большими, чем более долговременной была тепловая обра­ботка извлечения и чем выше была температура.

Краткие теоретические основы извлечения. В аптечных условиях исходным материалом при извлечении, как прави­ло, являются высушенные и измельченные части, органы или ткани различных лекарственных растений — травы, корни, корневища, клубни, кора, листья, цветки, плоды и т. д.

Особенностью исходных материалов, применяемых для получения большинства вытяжек, является клеточная струк­тура и характерный для биологических объектов сложный состав, слагающийся из ряда растворимых и нерастворимых компонентов.

Сравнительно с обычным растворением, отличающимся полным и обычно беспрепятственным переходом исходного ве­щества в раствор, извлечение является более сложным про­цессом. На первый взгляд оно характеризуется тем, что взятый исходный материал никогда не переходит в раствор полностью. В вытяжку переходит обычно лишь часть экстрактивных веществ, растворимых в данном растворителе. Главная весовая доля исходного материала остается в виде нерастворимого остатка и в большинстве случаев отбрасы­вается.

Как технологический процесс извлечение сырья, имеюще­го клеточную структуру, осложняется тем, что растворимые компоненты исходного материала помещаются внутри замк­нутых клеточных полостей. При приготовлении вытяжки рас­творитель должен сначала проникнуть внутрь клеток, а за­тем впоследствии образовавшийся раствор должен выйти из них наружу.

Кроме того, часть растворимых компонентов исходного клеточного материала может оказаться недоступ­ной для действия растворителя вследствие образования адсорбционных соединений с различными нерастворимыми микроструктурами, находящимися внутри клетки. Соответственно сказанному, жидкость, примененная для получения полноценной вытяжки, должна обладать не только способно­стью растворять ценные вещества, но также в случае необ­ходимости способностью десорбировать их и выносить обра­зовавшийся раствор за пределы клеточных полостей. В связи с указанной своеобразной технологической ролью, возлагае­мой на применяемую жидкость, последнюю часто называют экстрагент, или извлекатель.

Высушенные растительные материалы богаты гидрофиль­ными компонентами. Поэтому они гигроскопичны, хорошо смачиваются водой и в значительном количестве поглощают воду за счет набухания. Губчатая микроструктура и наличие большого количества тонких и тончайших трубок (сосудов) обусловливают капиллярные свойства большинства расти­тельных материалов. При обливании их водой жидкость под действием капиллярных сил активно всасывается раститель­ными тканями и через систему сосудов, межклетников и пор в клеточных стенках проникает внутрь клеток и наполняет их полости.

После пропитывания материала водой внутри клеток про­исходят процессы набухания ограниченно набухающих со­единений (клетчатка, гемицеллюлоза, крахмал, пектины) и растворение многочисленных неограниченно набухающих и растворимых компонентов протоплазмы и клеточного сока.

В результате растворения, неограниченного набухания и десорбции экстрактивных веществ клеточные полости спустя некоторое время наполняются концентрированным раство­ром — «первичным соком».

Высокая концентрация первичного сока, находящегося внутри клеточных полостей материала, создает значительное осмотическое давление. Последнее в свою очередь является причиной диффузионного обмена между содержимым кле­ток и окружающей жидкостью, обладающей меньшим осмотическим давлением. Диффузионный обмен вначале протекает весьма интенсивно, но по мере выравнивания концентраций растворенных веществ по обе стороны клеточ­ных мембран постепенно затухает. Скорость диффузии раз­личных веществ весьма различна: низкомолекулярные веще­ства диффундируют с большей, а высокомолекулярные — с меньшей скоростью. Наименьшей диффузионной способно­стью отличаются коллоидные компоненты растительных ма­териалов.

Диффузионный обмен, или массопередача, является процессом спонтанным (самопроизвольным). В этом сложном физико-химическом процессе различают два прин­ципиально различных механизма переноса вещества: 1) диф­фузию молекулярную и 2) диффузию конвек­тивную.

Молекулярная диффузия осуществляется за счет собственного теплового движения молекул (броуновского движения).

Основной особенностью процесса молекулярной диффузии является взаимная неподвижность фаз (в данном случае растительного материала и экстрагента). Протекая в непо­движных фазах, молекулярная диффузия является медлен­ным процессом.

Конвективная диффузия, в отличие от молеку­лярной, обусловлена движением фаз в результате встряхива­ния, перемешивания, изменения температуры и других внеш­них воздействий. В жидкой или газообразной среде — это основной вид диффузии, осуществляемой за счет перемещающихся внутри данной фазы конвективных потоков, несущих диффундирующее вещество. Его перенос осуществляется в результате перемещения отдельных весьма малых (элемен­тарных) объемов жидкой или газообразной фазы, причем перенос вещества внутри этих элементарных объемов осуще­ствляется посредством молекулярной диффузии, характерной для неподвижной фазы, которой и является элементарный объем жидкости или газа.

Конвективная диффузия — процесс более быстрый, неже­ли диффузия молекулярная: ее скорость в 10—12 раз выше.

Диффузионный обмен продолжается до тех пор, пока концентрации растворов, находящихся внутри и снаружи клеточных полостей, не станут одинаковыми. Выравнивание концентраций приводит к подвижному равновесному со­стоянию, которое характеризуется одинаковой скоростью диффузии растворенных веществ в ту и в другую сторону. Наступающее диффузионное равновесие обозначает окончание процесса экстракции.

После окончания экстракции и сливания образовавшейся вытяжки извлеченный растительный материал остается про­питанным вытяжкой. Количество впитанной жидкости дости­гает 100—150% от веса растительного материала. Само со­бой разумеется, что вместе с извлечением, впитанным в растительный материал, в последнем остается часть экстр­активных, в том числе действующих, веществ, составляющих предмет и цель технологической обработки. Поэтому вытяж­ка, полученная сливанием жидкости с извлеченного материа­ла без дальнейшей обработки, всегда содержит экстрактив­ных веществ меньше, чем соответственное количество исход­ного растительного материала.

Потери экстрактивных веществ, вызванные впитыванием вытяжки в извлеченный растительный материал, часто назы­вают потерями на диффузии.

На практике их уменьшение обычно достигается путем возможно сильного выжимания извлеченного раститель­ного материала при помощи разнообразных приспособ­лений. Выжатая жидкость присоединяется к ранее слитой вытяжке.

Влияние свойств растительного материала. Состав вытяжек и полнота извлечения растительных ма­териалов при их обработке водой в значительной степени за­висят от измельченности исходного сырья.

Рыхлые материалы, содержащие большое число межкле­точных пространств и состоящие из тонкостенных паренхима­тозных клеток, легко проницаемы для воды и представляют относительно небольшие препятствия для извлечения их со­держимого. Этими особенностями отличаются многие цветки, листья, травы.

Материалы, имеющие плотную структуру и состоящие из толстостенных клеток с одревесневшими стенками, экстраги­руются более трудно. Во многих случаях клеточная структу­ра составляет серьезное препятствие для экстракции расти­тельных объектов водой. Чем крупнее куски экстрагируемых материалов, тем более длинным и трудным является путь, который при экстракции должен пройти растворитель и образовавшийся в клетках раствор. Однако отсюда нельзя де­лать вывода о целесообразности возможно тонкого измель­чения извлекаемых объектов.

В тонкоизмельченных растительных материалах большое число клеток оказывается разрушенным вследствие повреж­дения их оболочек. Из вскрытых клеток при обработке их жидкостями механически вымываются не только раствори­мые, но и нерастворимые вещества: крахмальные зерна, мел­кие обрывки тканей, коагулянты белковых тел и т. п.

В ре­зультате полученное извлечение оказывается загрязненным большим количеством трудно удаляемых мелких и мельчай­ших хлопьев. Кроме того, тонко измельченные материалы с сильно поврежденным целлюлозным скелетом отличаются способностью к набуханию, сопровождающемуся большими потерями жидкости и частым слипанием растительных по­рошков в плотные ослизняющиеся комки, трудно проницае­мые для растворителя.

Во избежание подобных осложнений при экстрагирова­нии клеточных материалов и получения недоброкачественных вытяжек на практике вместо нецелесообразного применения тонко измельченных материалов применяют порошки сред­ней крупности с поперечником 5 мм, а в отдельных случа­ях — даже 10 мм по наибольшему поперечнику.

По предписанию, при приготовлении экстемпоральных водных извлечений семена и плоды из­мельчают до частиц размером не более 0,5 мм, стебли, кору, корни и корневища — не более 3 мм, листья, цветки и тра­вы — до частиц размером не более 5 мм.

Большинство цветков (ромашка, бузина, коровяк, тыся­челистник, мальва, лаванда) экстрагируются неизмельченными вследствие малых размеров или легкой проницаемости для воды и чрезмерного крошения при изрезывании. Однако цветки подсолнечника, соцветия липы и арники, отличающие­ся крупными размерами, должны изрезываться аналогично большинству растительных материалов.

Кора дуба и крушины ломкой достаточно хорошо экстра­гируются водой при изрезывании до частиц 3—5 мм в по­перечнике, тогда как кора гранатника должна превращаться в крупный порошок.

Материалы, содержащие экстрагируемые соединения, на­ходящиеся в наружных слоях покровных оболочек (слизь в семенах льна и айвы), экстрагируются в неизмельченном виде.

Качество получаемых вытяжек в значительной мере за­висит не только от степени, но и от способа измельчения растительных материалов. Стебли, кору, листья, цветки, тра­вы, большинство корней и корневищ предпочтительно из­мельчать путем изрезывания.

Влияние температуры. Скорость диффузионного обмена, а следовательно, и скорость экстрагирования расти­тельных материалов сильно зависят от температуры, при ко­торой производится извлечение. Можно считать, что повыше­ние температуры на 40° увеличивает скорость диффузии в 2 раза. Поэтому экстрагирование при помощи нагретых растворителей является эффективным приемом для интенсифи­кации процесса извлечения тем более, что растворимость мно­гих растворимых компонентов растительных материалов при нагревании увеличивается.

Вытяжки, получаемые при помощи горячей воды, интерес­ны отсутствием активных ферментов и большей части белков, коагулирующих при нагревании выше 60°. Крахмал, содер­жащийся в исходных материалах, при действии горячей воды клейстеризуется и переходит в состав вытяжки. Сравнительно с холодными извлечениями в состав настоев и отваров пе­реходит значительное количество пектиновых веществ и дру­гих соединений, труднорастворимых, медленно диффундирую­щих или образующихся в результате гидролиза нераствори­мых нативных компонентов исходных материалов. Большим преимуществом вытяжек, приготовленных с помощью горя­чей воды, является их относительная стерильность и связан­ная с этим столь же относительная устойчивость.

.