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 называется обусловленный хаотическим движением молекул процесс постепенного взаимного проникновения" веществ (жидких или газообразных), граничащих друг с ДРУ-гом 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 диффузионного процесса^ является разность концентраций 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.
ффу ффу^^^^^ р^^щ__ "Что касается коэффициента диффузии, то его математическое выражение было дано Эйнштейном: |
Согласно этому уравнению, называемому законом диффузии Фртя,
количество продиффундирГ|ПЯК"1^гп в?пт,ества прямо пропорционально
разности концентраций, ппиррунпгти раздела фаз, вр_емени диффузии,
коэффициенту диффу^зии^и^б^атно^ пр
"Ч фф фф
No 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.
Конвективный nej>j.Hnr rptttp. г. тия происходит _в резуль-тате*"сотрясенйя, йзменения_температуры, перемндгйва'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. Главными для скорости__ко_нвекиш«вго- переноса _веше£1в_а_ становятся гидродинамические 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.
Процесс же извлечения биологически__активных веществ из растительного сырья осложняется 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 проникновение 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 обрядом. ирр |
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 извлечение — хяряктрр гу^диза. т. е. диффузии
через пористую 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~ No ' 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 (DBn.):
Dm.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 DBB-
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" nDBH ^ 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
1простое 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 измельчения, разность концентрацш^температура. вязкость экстрагента, продолжительность извлечения и гидродинамические ус-
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 ссырьем, 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 имеюти 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.