Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,674

ФИЛЬТРАЦИОННАЯ ЭКСТРАКЦИЯ КАК СПОСОБ ОПТИМИЗАЦИИ ЭКСТРАКЦИОННОГО ПРОЦЕССА

Ким В.Э. 1 Коновалов Д.А. 1 Степанова Э.Ф. 1
1 Пятигорский медико-фармацевтический институт – филиал ГБОУ ВПО ВолгГМУ Минздрава России
В статье приведен обзор перспектив применения фильтрационной экстракции в современной фармацевтической практике. На модели полученного извлечения шлемника байкальского представлен спектр технологических задач, которые можно решить с помощью фильтрационной экстракции: сокращение длительности экстракционного процесса (в 5–10 раз); увеличение эффективности извлечения БАВ (на 20–50 %); получение более качественных извлечений за счет ускорения процесса извлечения. Очевидны также преимущества процесса, заключающиеся в экономии производственных площадей и возможности механизации ряда трудоемких стадий. Также показана роль отдельной технологической операции, – вальцевания, позволяющей механизировать процессы: загрузка в экстрактор, равномерность укладки слоя, взаимодействие с экстрагентом, регенерация остаточного экстрагента из истощенного растительного материала, механизация выгрузки с последующей переработкой шрота во вторичные хозяйственно ценные продукты.
фильтрационная экстракция
шлемник байкальский
экстракционный процесс
вальцевание
1. Аммосов А.С., Попова Т.П., Попова Н.В., Литвиненко В.И. Вальцевание – перспективный способ измельчения растительного лекарственного сырья // Актуальные вопросы фармац. науки и практ.: Тез. докл. науч.-практ. конф., посвящ. 25-летию фармац. фак-та Курского мед. ин-та. – Курск, 1991. – Часть 1. – С. 170–171.
2. Георгиевский В.П., Литвиненко В.И., Губин Ю.И., Александров А.Н. Извлечения как лекарственные средства // Актуальные проблемы создания новых лекарственных препаратов природного происхождения: Материалы Третьего междунар. съезда. – СПб., 1999. – С. 113–115.
3. Литвиненко В.И., Попова Т.П., Аммосов А.С., Мишев В.М. Технологические процессы и их аппаратурное оформление в фитохимическом производстве // Научные достижения и проблемы производства лекарственных средств: тез. докл. науч.-практ. конф. – Харьков, 1995. – С. 17–18.
4. Литвиненко В.И., Попова Т.П., Аммосов А.С., Фурса Н.С., Талашова С.В. Вакуум-фильтрационная экстракция корневищ с корнями валерианы // Межвуз. сб. науч. тр. и материалов 51-й науч.-практ. конф. Пермского фарм. ин-та. Пермь, 1995. – С. 98.
5. Литвиненко В.И., Талашова С.В., Попова Т.П., Фурса Н.С. Пути унификации производства галеновых препаратов валерианы // Современные аспекты изучения лекарственных растений: сб. науч. тр. НИИФ, 1995. – Т. 34. – С. 35–40.
6. Попова Т.П., Литвиненко В.И. Некоторые общие закономерности извлечения действующих веществ из лекарственного сырья. Сообщ. 1. // Фармаком. – 1993. – № 1. – С. 13–15.
7. Попова Т.П., Литвиненко В.И. Некоторые общие закономерности извлечения действующих веществ из лекарственного сырья. Сообщ. 2. Технологические свойства лекарственного растительного сырья // Там же. – № 2. С. 8–12.
8. Попова Т.П., Аммосов А.С., Литвиненко В.И., Мишев В.М. Фильтрационная экстракция и ее аппаратурное оформление // Там же. – 1994. – № 2–3. – С. 43–49.
9. Пономарев В.Д. Экстрагирование лекарственного растительного сырья. – М.: Медицина, 1976. – 204 с.
10. Сандер Ю.К. Технология и оборудование галеновых производств. – М.: Медгиз, 1956. – 736 с.
11. Степанова Э.Ф., Андреева И.Н., Шевченко А.М. Основные направления и перспективы развития технологии корригированных препаратов в отечественном фармацевтическом производстве // Успехи современного естествознания. – 2004. – № 1. – С. 99–100.
12. Степанова Э.Ф., Сысуев Б.Б., Митрофанова И.Ю. Перспективы и проблемы создания на основе минерала бишофит эффективных лекарственных форм // Фундаментальные исследования. – 2011. – № 6. – С. 218–221

При получении фитопрепаратов различной степени очистки роль технологических этапов значительна. Учитывая развитие современных фармпроизводств, их оптимизация представляется как очень значимый технологический цикл, и особенно это касается получения фитопрепаратов. Создание фитопрепаратов включает ряд технологических приемов, которые, несомненно, нуждаются в совершенствовании: наиболее востребованы усовершенствованные технологические этапы для экстракционных процессов, которые по важности и производственному объему доминируют при получении фитопрепаратов различной сложности [11, 12]. И здесь вполне уместны представления об экстракционном процессе как комплексной структуре, включающей смачивание растительного материала экстрагентом, растворение суммы экстрактивных веществ и вытеснение концентрированных растворов непрерывным потоком экстрагента. Поэтому совершенствование экстракции как суммы технологических операций может и должно, на наш взгляд, проходить в рамках фильтрационной экстракции.

Целью наших исследований являлись вопросы унификации характера процесса измельчения сырья корней шлемника байкальского, подбор оборудования, а также проведения экстракции.

Выяснено, что наиболее подходящим способом измельчения является вальцевание с последующей классификацией сырья по величине частиц. Оптимальными оказались такие технологические параметры измельченного растительного сырья: величина частиц от 0,1 мм до 1,0 мм, насыпная плотность около 0,5 г/мл определена также массоотдача целевых продуктов при использовании минимального количества экстрагента в соотношении сырье:экстрагент 1:5 [1, 3].

Тонко измельченное сырье позволяет механизировать процессы: загрузка в экстрактор, равномерность укладки слоя, взаимодействие с экстрагентом, регенерация остаточного экстрагента из истощенного растительного материала, механизация выгрузки с последующей переработкой шрота во вторичные хозяйственно ценные продукты.

В ходе отработки стадий подготовки растительного сырья были определены его технологические параметры, включая насыпную плотность, показатели массосодержания и массоотдачи, а также влияние этих параметров на процессы экстракции [6, 7].

Важными оказались закономерности, обнаруженные при изучении взаимодействия технологических параметров тонко измельченного растительного сырья и параметров слоя (высота, диаметр, равномерность и плотность укладки) [4, 5, 7].

Данные, приведенные в таблице, свидетельствуют о том, что в результате вальцевания значительно улучшены технологические свойства корней шлемника байкальского: увеличены показатели удельной поверхности материала и суммарной поверхности частиц, улучшена сыпучесть сырья, снижен показатель порозности. Такие улучшенные технологические свойства предполагают позитивное влияние на эффективность экстракционного процесса.

Технологические свойства корней шлемника байкальского, измельченных различными способами

Технологические показатели

Численные значения параметров для сырья

измельченного изрезыванием

измельченного вальцеванием

Средний диаметр частиц, мм

1,71

0,28

Удельная плотность, г/см3

1,4699

1,4699

Объемная масса, г/см3

1,0

1,0

Насыпная масса, г/см3

0,2

0,4

Количество частиц в 100 г сырья

1504009,5

10499331,4

Суммарная поверхность частиц (100 г), см2

795,4

17996,1

Удельная поверхность материала, см2/г

7,954

179,961

Пористость

0,32

0,32

Порозность

0,8

0,6

Свободный объем слоя, см3

0,86

0,73

Сыпучесть, г/с

0,23

1,11

Угол естественного откоса

50о

30о

Коэффициент поглощения, см3/г по 70 % спирту

2,2

1,8

Примечание. В таблице приведены средние значения из шести определений.

Фильтрационную экстракцию можно рассматривать как одну из современных разновидностей перколяции, диаколяции или эваколяции [9].

В этом случае впервые удалось преодолеть ряд недостатков известных методических приемов экстракции [2, 3, 8].

В связи со специальной подготовкой растительного сырья вальцеванием с последующей классификацией по величине частиц стало анахронизмом понятие о коэффициенте диффузии через растительную оболочку как величине, определяющей скорость экстракции.

В силу вступило представление об экстракции как комплексном процессе, включающем смачивание растительного материала экстрагентом, растворение экстрактивных веществ и вытеснение концентрированных растворов непрерывным потоком экстрагента.

Преодоление гидравлического сопротивления достигается при вакуумировании приемника экстракта или наложения давления на слой жидкости над сырьем.

Кроме того, в этом случае исключается необходимость достижения равновесия концентраций во всей массе системы сырье – экстрагент как необходимое условие в существующих методах мацерации, перколяции.

При непрерывном потоке и вытеснении насыщенных растворов фронтального слоя в фильтрационной экстракции наблюдается сохранение максимальной разницы в концентрации веществ в сырье и экстрагенте как движущей силы процесса извлечения.

В связи с этим при фильтрационной экстракции стало возможным получать максимально концентрированные извлечения (до 20 %) в первых сливах и достигать истощения сырья минимальным количеством экстрагента (около 5 объемов на единицу массы сырья) [10].

Для нахождения оптимальной высоты слоя сырья в вакуум-фильтрационном экстракторе исследовалась закономерность прироста концентрации получаемого извлечения с увеличением высоты слоя сырья. Оптимальной для получения насыщенного извлечения (сухой остаток составлял 7,75 %) оказалась высота слоя 15 см. Дальнейшее увеличение высоты было нерациональным, так как в этом случае извлечение на «выходе» из экстрактора получалось достаточно вязким из-за высокого содержания БАВ, возникало значительное гидростатическое сопротивление сырья, существенно увеличивалась продолжительность экстракции, а концентрация извлечения изменялась незначительно.

После нахождения оптимальной высоты слоя сырья в экстракторе изучалась динамика вакуум-фильтрационного экстрагирования корней шлемника байкальского в отношении флавоноидов. Для этого с одной загрузки сырья массой 100,0 г получали пять объемов извлечения (каждый по 100 мл), в которых определяли «сухой остаток» и концентрацию флавоноидов. Полученные результаты представлены на рис. 1, 2.

pic_27.wmf

Рис. 1. Изменение показателя «сухого остатка» спиртового извлечения в процессе вакуум-фильтрационного экстрагирования корней шлемника байкальского по пяти поочередно получаемым сливам (1:1)

pic_28.wmf

Рис. 2. Изменение концентрации БАВ в спиртовом извлечении в процессе вакуум-фильтрационного экстрагирования корней шлемника байкальского по пяти поочередно получаемым сливам (1:1)

Таким образом, на модели такого перспективного сырьевого объекта, как шлемник байкальский, показано, что применение фильтрационной экстракции приводит к значительному сокращению длительности экстракционного процесса (в 5–10 раз); увеличению эффективности извлечения БАВ (на 20–50 %); получению более качественных извлечений за счет ускорения самого процесса. Очевидны также преимущества, заключающиеся в экономии производственных площадей и возможности механизации ряда трудоемких стадий.

Рецензенты:

Дроздова И.Л., д.фарм.н., декан фармацевтического и биотехнологического факультетов, профессор кафедры фармакогнозии и ботаники, ГБОУ ВПО «Курский государственный медицинский университет», г. Курск;

Сампиев А.М., д.фарм.н., профессор, зав. кафедрой фармации, ГБОУ ВПО «Кубанский государственный медицинский университет», г. Краснодар.

Работа поступила в редакцию 06.10.2014.


Библиографическая ссылка

Ким В.Э., Коновалов Д.А., Степанова Э.Ф. ФИЛЬТРАЦИОННАЯ ЭКСТРАКЦИЯ КАК СПОСОБ ОПТИМИЗАЦИИ ЭКСТРАКЦИОННОГО ПРОЦЕССА // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 11-2. – С. 362-365;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=35528 (дата обращения: 28.03.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674