Теоретические основы процесса экстрагирования растительного сырья

Для получения различных видов фитохимических препаратов применяют преимущественно высушенный растительный материал. Свежие растения используют в небольшом количестве (в основном для получения фитонцидных препаратов и соков) из-за сложности их хранения и транспортировки, а также быстрого разложения в них лекарственных веществ. Как известно, растительный материал, подвергнутый сушке, претерпевает значительные изменения: из клеточного сока получают сухой остаток, внутренняя часть клетки заполнена воздухом, клеточная стенка и мембраны органоидов клетки после сушки приобретают свойства пористых перегородок. При обработке измельчённого растительного материала экстрагент за счёт смачивания и капиллярных сил проникает через поры внутрь клетки, вытесняя воздух. Большое значение в процессе экстрагирования имеют поверхностное натяжение и вязкость растворителя. Впитываясь, жидкость должна растекаться по поверхности клетки, что приводит к значительному увеличению поверхности соприкосновения и ускоряет процесс растворения экстрагируемых веществ. Чем больше поверхностное натяжение экстрагента, тем труднее пропитывается жидкостью растительный материал.

Растворитель внутри клетки вступает в контакт с клеточным содержимым. При этом растворимые вещества растворяются, высокомолекулярные соединения (ВМС) и коллоидные вещества набухают, далее неограниченно набухающие ВМС переходят в золь, а часть гелей пептизируется. Степень набухания сырья зависит от химической природы жидкости. Наиболее сильное набухание вызывает вода, наименьшее — неполярные растворители (масло, бензин и др.). Набухаемость сырья при экстрагировании спиртом зависит от содержания в нём воды. Являясь гидрофильным веществом, спирт вступает в конкуренцию с клеточным коллоидом за воду. Из наружных разрушенных растительных клеток экстрагент вымывает растворимые и нерастворимые вещества (крахмал, слизь, белки, пектиновые вещества и др.). Через макропоры клеток протекает процесс диффузии, а через микропоры оболочки клеток — процессы осмоса и диализа.

• Осмос — диффузия молекул растворителя через пористую перегородку, разделяющую раствор и растворитель, до выравнивания концентраций экстрагируемых веществ.

Диализ — диффузия через полупроницаемую пористую перегородку низкомолекулярных веществ до выравнивания концентраций.

Таким образом, в клетку проникает извлекатель, а через оболочку в извлечение — различные соли и другие соединения. В результате в клетке создаётся концентрированный раствор — «первичный сок». Благодаря разности осмотических давлений растворимые вещества выходят из клетки, а в неё проникает растворитель; «сталкивание» процессов осмоса и диализа приводит к набуханию растительного материала. веществ в клетке и вне её. Следовательно, экстракция веществ никогда не проходит полностью, т.е. в растительной клетке всегда остаётся часть растворимых веществ.

• Выход экстрагируемых веществ зависит от соотношения фаз и метода экстракции. Для уменьшения потерь лекарственных соединений извлечение из клеток растительного материала часто осуществляют принудительным методом (прессованием обрабатываемого растительного сырья или отжатием его на центрифугах).

• В процессе экстракции сочетаются две фазы: твёрдая (растительный материал) и жидкая (экстрагент). Протекание диффузии обусловлено различным содержанием растворимых веществ в указанных фазах и заключается в переходе вещества из твёрдой фазы в жидкую. Процесс перехода веществ из одной фазы в другую называют массообменом, или массопередачей, в изолированной замкнутой системе, состоящей из двух или большего количеств фаз. Он возникает самопроизвольно и протекает до тех пор, пока между фазами в данных условиях температуры и давления не установится подлинное динамическое фазовое равновесие, при котором в единицу времени из первой фазы во вторую переходит столько же молекул, сколько в первую из второй. По характеру диффузии различают три основных этапа экстракции.

1. Диффузия экстрактивных веществ из внутренней части клеток к их поверхности.

2. Диффузия веществ через ламинарный подслой, окружающий частицу и возникающий за счёт сил трения (сил вязкости) экстрагента при протекании через слой сырья.

3. Конвективный перенос экстрактивных веществ от наружной поверхности ламинарного подслоя в общий поток растворителя.

Конвективная (принудительная) диффузия тем эффективнее, чем интенсивнее гидродинамический режим (перемешивание и циркуляция). От гидродинамического режима зависит и толщина ламинарного подслоя.

15. Факторы, влияющие на процесс экстрагирования

На процесс экстрагирования растительного материала оказывает влияние ряд факторов, которые необходимо учитывать при выборе условий экстрагирования, — анатомическое (или гистологическое) строение, степень и характер измельчения растительного материала, разность концентраций, температурный режим и длительность экстракции, природа и вязкость экстрагента, ПАВ и гидродинамика слоя растительного материала.