Теоретичні основи процесу екстракції лікарської рослинної сировини
Процес витягання діючих речовин з сировини - дуже складний і складається зі стадій набухання, утворення первинного соку всередині клітин і масообміну.
Процес екстрагування рослинного матеріалу являє собою не просте розчинення складових частин, рослини, а його слід розглядати як різноманітність фізико-хімічних процесів, що проходять як всередині клітини так і на її поверхні. Поряд з процесами розчинення відбуваються явища дифузії, осмосу, адсорбції та ін. Для екстрагування найчастіше застосовується висушений матеріал, у якому внаслідок втрати вологи об'єм протоплазми зменшується і утворені пустоти в клітинній оболонці заповнюються повітрям.
Стадія набухання. У перші моменти стикання з екстрагувачем клітини сухої рослинної сировини набрякають. Тривалість цього процесу залежить переважно від гістологічної будови рослинного матеріалу, від ступеня його подрібненості а також природи екстрагувача.
Стадія утворення первинного соку всередині клітини. Потім екстрагувач проникає через нерозчинні оболонки в глибоко розміщені клітини і розчинює речовини, які містяться там, утворюючи концентрований розчин зі значним осмотичним тиском – “первинний сік”; це і є основою процесу екстрагування, що приводить до розбавлення утвореного концентрованого розчину екстра-гувачем, який є поза клітинами.
Стадія масообміну. В результаті набрякання клітин повітря витісняється з них екстрагувачем, який потім екстрагує спочатку з зовнішніх, переважно зруйнованих клітин як розчинні, так і нерозчинні речовини.
Цей процес дифузії і осмосу проходить доти, поки не настане рівновага, тобто концентрація речовин, які проходять через клітинну оболонку, в клітинах і поза ними буде однаковою. При цьому відбувається молекулярна і конвективна дифузії.
Молекулярна дифузія – це перенос речовини, здійснюється за рахунок хаотичного руху молекул і залежить від запасу кінетичної енергії часток (молекул). Швидкість молекулярної дифузії залежить від температури витяжки (при її збільшенні підвищується швидкість руху молекул), величини поверхні, яка роз'єднує речовини, товщини шару, через який проходить дифузія.
Конвективна дифузія - перенос речовини в результаті причин, викли- каючих переміщення рідини: струс, зміна температури, переміщування.
Через те, що процес екстрагування в умовах аптеки провадиться однією й тією ж кількістю екстрагувача, то діючі речовини з рослинного матеріалу ніколи повністю не екстрагуються, що є одним із недоліків існуючих методів
З метою підвищення ефективності процесу витягання необхідно підтримувати максимально можливим перепад концентрації речовин всередині і зовні рослинного матеріалу шляхом подання більш «свіжих» порцій екстрагента до настання стану рівноваги. Це досягається перемішуванням суміші. Виходячи з цього,
ДФ XI приписує при виробництві настоїв і відварів настоювання сировини проводити при частому перемішуванні.
Таким чином, витягання складається з таких основних процесів: дифузії, десорбції, розчинення, діалізу та виливання.
ФАКТОРИ, ЩО ВПЛИВАЮТЬ НА ПОВНОТУ І ШВИДКІСТЬ ВИТЯГАННЯ ДІЮЧИХ РЕЧОВИН. На динаміку екстракційного процесу, а отже, і якість настоїв та відварів впливають такі фактори: співвідношення між кількістю сировини і екстрагента; стандартність сировини; гістологічна будова сировини; ступінь подрібнення сировини; матеріал використовуваної апаратури; температура і час настоювання; вплив ферментів і мікрофлори; хімічний склад діючих речовин, рН середовища.
Співвідношення кількості сировини і екстрагента. Настої і відвари в рецептах можуть прописуватися різними способами:
1. Вказується кількість вихідної рослинної сировини і об'єм водної витяж-ки. Наприклад,
Rр.: Dесосtі foliоrum Uvae ursi ех 15,0 200 ml
D. S. По 1 столовій ложці 3 рази на день.
За даним прописом необхідно з 15 вагових частин листків мучниці приготувати 200 об'ємних частин відвару.
2. Вказується тільки об'єм витяжки. Лікар у цьому випадку надає право фармацевту вирішувати питання про кількість рослинної сировини згідно з ДФХІ.
Якщо кількість лікарської рослинної сировини в рецепті не вказана, настої та відвари готують у співвідношенні 1:10. Наприклад,
Rр.: Infusi herbae Leonuriі 200 ml
D. S. По 1 столовій ложці 3 рази на день.
Уданому випадку необхідно з 20 вагових частин трави собачої кропиви приготувати 200 об'ємних частин настою.
Настої з трави горицвіту, кореневища з коренями валеріани готують з розрахунку 1:30 (за ДФ Х у такому ж співвідношенні готують водні витяжки зі споришу, трави конвалії, кореня китятки, сенеги, синюхи, собачого мила і морської цибулі).
Витяжки з лікарської рослинної сировини, що містить сильнодіючі речовини, готують за прописом лікаря, а при відсутності вказівок про кількість сировини у співвідношенні 1:400 і, в основному, з екстрактів- концентратів.
Для одержання повноцінних витяжок необхідно використовувати максимально можливу за даних умов кількість води, тому що лікар у рецепті вказує кількість (об'єм) готової витяжки, а не води, необхідної для одержання. При цьому треба враховувати, що частина рідини після витягання завжди утримується (поглинається) рослинним матеріалом, тому готової витяжки одержують менше, ніж було взято води. Для одержання необхідної кількості витяжки доводиться добавляти воду, що приводить до часткового розбавлення настою або відвару. Це небажано, тому що втрати діючих речовин пропорціональні кількості рідини, що залишається в сировині.
Кількість води, що поглинається, залежить від гістологічного складу й ступеня подрібнення сировини. Тому при розрахунках необхідно використовувати індивідуальні коефіцієнти поглинання води сировиною.
Коефіцієнт водопоглинання показує кількість рідини, утримуваної 1,0 г рослинної сировини стандартного ступеня подрібнення після віджимання в перфорованому стакані інфундирки
Коефіцієнти наведені в ДФ XI, а також у наказі МОЗ України № 197 від 07.09.93 р.
Таким чином, кількість води, необхідну для приготування настою або відвару, визначають підсумком об'єму витяжки, указаної в рецепті, і додаткової кількості води, яку розраховують шляхом помноження маси сировини на коефіцієнт водопоглинання.
Наприклад, якщо за рецептом необхідно одержати 200 мл настою з трави собачої кропиви, води треба взяти:
200 мл + (20 х 2) = 240 мл.
Ця додаткова кількість води значно поліпшує умови витягу діючих речовин і підвищує їх вміст у приготовлених настоях і відварах, причому, чим важче розчинні в воді діючі речовини, тим сприятливішим буде додавання води.
Проте при приготуванні витяжок з урахуванням коефіцієнта водопог-линання об'єм їх все рівно виходить дещо меншим, тому відповідно до ДФ XI до процідженої витяжки після віджимання сировини додають воду через ту ж сировину до прописаного об'єму за рецептом.
Кількість води, необхідної для одержання витяжки, не можна зменшити, бо це приведе до зменшення витягання діючих речовин із сировини. У зв'язку з цим у випадку приготування водних витяжок з рослинної сировини не можна користуватися концен-трованими розчинами солей.
Стандартність сировини. Склад і концентрація водних витяжок, сила і характер їх дії на організм залежить від вихідної сировини і, зокрема, від вмісту в ній діючих речовин. Кількість останніх у рослинному матеріалі коливається в залежності від умов і місця проростання рослин, часу збору, режиму сушіння та інших факторів. Стандартною називається сировина, що відповідає вимогам НТД, яка повинна надходити в аптеки з вказівкою на етикетці упаковки вмісту в ній діючих речовин у відсотках або її біологічної активності в ОД. Згідно з ДФ XI для одержання водних витяжок може застосовуватися тільки стандартна сировина або сировина з великим вмістом діючих речовин і підвищеною біологічною активністю.
У цьому випадку необхідно провести перерахунок нестандартної сировини за формулою:
А х В
х = Б ,
де х - кількість сировини, з підвищеним вмістом діючих речовин;
А - прописана кількість лікарської рослинної сировини в рецепті, г;
Б - фактична кількість діючих речовин у сировині, виражена в процентах або числом ОД в 1,0 г сировини;
В - стандартний вміст діючих речовин у тих же одиницях.
Застосовувати сировину, що містить діючих речовин менше, ніж це передбачено ДФ XI, неприпустимо, тому що це приводить до одержання водних витяжок з підвищеним вмістом супутних речовин, каламутних і менш стійких при зберіганні.
Вплив гістологічної будови сировини.
З пухкої сировини (квітки, листки, трави) звичайно готують настої, з щільної (кора, корені, кореневища) - відвари. Винятки: корені з кореневищем валеріани (готують настій), листя мучниці, сени, брусниць (готують відвари).
Ступінь подрібнення рослинного матеріалу
. Для одержання водних витяжок рослинну сировину застосовують у висушеному, подрібненому й просіяному вигляді.
Інформаційне повідомлення №1
Відповідно до ДФ Х було прийнято, що для приготування настоїв і відварів листя, квітки, трави подрібнюють і просіюють через сито № 50 з отворами діаметром не більше 5 мм; листя мучниці, евкаліпта, брусниці та інші шкірясті листки — не більше 1 мм, сито № 10; стебла, кора і корені - через сито № 30 з діаметром отворів не більше 3 мм; плоди й насіння - через сито № 5 з діаметром отворів 0,5 мм. Розміри частинок кукурудзяних приймочок повинні бути не більше 10 мм.
для кожного виду рослинної сировини повинен бути встановлений оптимальний ступінь подрібнення, який забезпечує повноту і швидкість подрібнення діючих речовин
ДФ XI указує, що рослинна сировина повинна бути подрібнена відповідно до вимог НТД (ступінь подрібнення окремих видів сировини вказаний у власних статтях).
Як правило, сировина в аптеки надходить уже подрібненою, різанопресованою або брикетованою.
Температура і тривалість процесу витягання.
Режим екстракції, тобто температурні умови екстракції і тривалість контакту рослинної сировини з екстрагентом дуже впливають на якісний і кількісний склад витяжки.
Згідно з вимогами ДФ Х і XI настої нагрівають на киплячій водяній бані протягом 15 хвилин, відвари - 30 хвилин. Після закінчення вказаних термінів витяжки охолоджують при кімнатній температурі: настої - не менше 45 хвилин, відвари - протягом 10.
При приготуванні водних витяжок з лікарської рослинної сировини об'ємом 1000 - 3000 мл час нагрівання на водяній бані для настоїв збільшується до 25 хвилин, для відварів - 40 хвилин; час охолодження залишається попереднім /45 і 10 хвилин відповідно/.
У випадку вказівки «Сіtо» /при необхідності швидко приготувати водну витяжку/ настоювання роблять на протязі 25 хвилин з наступним штучним охолодженням.
Великий вплив на якість витяжки має час охолодження і температура проціджуваної витяжки.
Відповідно до ДФ XI настої проціджують тільки після повного остигання не раніше ніж через 45 хвилин. Це пов'язано з тим, що 15-хвилинне настоювання на водяній бані, як правило, недостатнє для повного витягнення діючих речовин з рослинної сировини і при охолодженні йде додатковий процес витягнення.
АПАРАТУРА, ЩО ВИКОРИСТОВУЄТЬСЯ В ТЕХНОЛОГІЇ ВОДНИХ ВИТЯЖОК
Приготування водних витяжок проводять з використанням інфундир- них /інфундирно-стерилізаційних/ апаратів, в які поміщають 1-3 інфундир- ки в залежності від конструкції.
Матеріал, з якого зроблена інфундирка /від латинського infundio - обливати, заварювати/ також може впливати на якість приготовлюваних настоїв і відварів. Він не повинен взаємодіяти з рослинним матеріалом і витягуваними діючими речовинами, мати достатню теплопровідність і механічну міцність.
Раніше в аптечній практиці використовувалися олов'яні, міднолуджені та алюмінієві інфундирки. Останні часто погіршували якість водних витяжок, взаємодіючи з солями алкалоїдів, дубильними речовинами, кислотами лугами та іншими сполуками. Пізніше з'явилися фарфорові, емальовані та інфундирки з нержавіючої сталі
Два останніх види поєднують у собі швидке нагрівання і так же, як фарфорові, хімічну стійкість і універсальну придатність.
При виборі інфундирки необхідно враховувати, що швидкість підвищення температури всередині неї під час витягання залежить від матеріалу, з якого вона зроблена. Зокрема, у фарфорових інфундирках, які мають меншу теплопровідність, рідина нагрівається повільніше, ніж у металеву
Мал. 1. Інфундирка фарфорова
тому їх доцільно попередньо підігріти протягом 15 хвилин на киплячій водяній бані /до температури стінок 90-92 °С/.
Для віджимання сировини використовують прес-цідилку, яка має вигляд невеликого металевого сита /А/ з товкачиком /В/ і вставною сітчастою основою/Б//мал. 2/абодеколтгор — металевий перфорований циліндр, що має пробку-поршень і закривається кришкою. В деколятор поміщають рослинну сировину і підвішують її в інфундирку, що містить воду. Поршень служить для віджимання рослинної сировини, що залишилася після витягнення в деколяторі /мал. 3/.
Мал. 2. Прес-цідилка: а) металічне сито,- б) вставна перфорована основа; д)віджимний диск
Мал. 3. Деколятор