Тема лекции №6: тепловые процессы. Теплообменные аппараты. Выпаривание в фармацевтическом производстве. Выпарные аппарты и установки. Сушка в фармацевтическом производстве. Способы сушки. Сушилки.

Цель лекции: Ознакомить студентов с экстракционными препаратами, их характеристикой, классификацией, с теоретическими основами процесса экстрагирования. Сформировать у студентов следующие профессиональные компетенции:

- когнитивный компонент (теоретические знания);

- коммуникативные навыки;

- нормативную базу (ГФ РК, положение о регламентах и др.);

- самообразование.

Тезисы лекции:

Процессы и аппараты фармацевтической промышленности

Машина как единство двигателя, передаточного и исполнительного механизмов.

Энергия в производственных процессах. Тепловые процессы в фармацевтическом производстве. Характеристики водяного пара как основного теплоносителя. Нагревание «острым» и «глухим» паром. Расход пара при нагревании. Теплообменные аппараты периодического и непрерывного действия.

Выпаривание. Вакуумное выпаривание. Принципиальные схемы вакуум-выпарных установок, вакуум-выпарных аппаратов и принцип их действия. Побочные явления при выпаривании и пути их устранения.

Сушка. Сушка различных материалов в фармацевтическом производстве.

Формы связи влаги с материалом. Статика и кинетика сушки. Факторы, определяющие процесс сушки. Способы сушки: контактная, конвективная, специальная.

Контактные сушилки. Воздушные (конвективные) сушилки. Специальные способы сушки.

Литература:

Основная:

1. ГФ РК.

2. Чуешов

3. Руководство к лабораторным занятиям по заводской технологии лекарственных форм. под. Ред А.И. Тенцовой

Дополнительная:

1.Приказы МЗ РК

2. ГФ СССР Х, Х1 изданий,

3. Дмитриевский Д. И. Технология лекарственных препаратов промышленного производства. Учебное пособие. - Харьков: НФаУ, 2005. - Ч.1. Основные процессы и аппараты в фармацевтическом производстве. Экстракционные препараты.Х.: Изд-во НФаУ.- 2005– 145 с.

4. Устенова Г.О. Экстрагирование сжиженными газами. Учебное пособие. - Алматы: Экономика, 2010. - 65 с.

Контрольные вопросы (обратная связь):

- тепловые процессы, теплообменные аппараты.

- выпаривание в фармацевтическом производстве.

- выпарные аппараты и установки.

- сушка в фармацевтическом производстве.

- способы сушки, сушилки.

ТЕМА ЛЕКЦИИ №7: ЭКСТРАКЦИОННЫЕ ПРЕПАРАТЫ. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЭКСТРОГИРОВАНИЯ КАПИЛЯРНО-ПОРИСТОГО СЫРЬЯ С КЛЕТОЧНОЙ СТРУКТУРОЙ.

Цель лекции: Ознакомить студентов с экстракционными препаратами, их характеристикой, классификацией, с теоретическими основами процесса экстрагирования. Сформировать у студентов следующие профессиональные компетенции:

- когнитивный компонент (теоретические знания);

- коммуникативные навыки;

- нормативную базу (ГФ РК, положение о регламентах и др.);

- самообразование.

Тезисы лекции:

Экстракционные препараты

Экстракционные препараты делятся на три группы: галеновые, новогаленовые препараты и препараты индивидуальных веществ из лекарственного растительного сырья.

К галеновым препаратам относятся настойки, экстракты. Настойки – жидкие спиртовые, водно-спиртовые извлечения биологически активных веществ из растительного сырья, получаемые без нагревания и удаления экстрагента. Экстракты - более концентрированные извлечения из растительного сырья, представляющие собой водные, водно-спиртовые, эфирные, масляные извлечения, а также экстракты, в которых в качестве экстрагента использовались сжиженные газы. Настойки и экстракты содержат балластные вещества, в связи с чем необходимо проводить стадию очистки от них. Исключение составляют экстракты, полученные методом экстрагирования сжиженными газами, например диоксидом углерода, где стадию очистки проводить не нужно, так как получаемые экстракты практически не содержат балластных веществ.

Новогаленовые (максимально очищенные) препараты представляют собой отдельные биологически активные вещества из лекарственного растительного сырья или их комплекс в нативном состоянии, максимально освобожденный от балластных веществ. В отличие от галеновых препаратов новогаленовые препараты не оказывают побочного действия за счет отсутствия балластных веществ (смол и др.), обладают высокой стабильностью, оказывают более выраженный фармакологический эффект.

Препараты индивидуальных веществ из лекарственного растительного сырья имеют значительные преимущества перед другими препаратами, так как они менее токсичны, не вызывают побочного действия и др. Индивидуальные вещества относятся к различным классам химических соединений. Широкое распространение получили препараты индивидуальных вешеств алкалоидов, сердечных гликозидов и т.д.

Теоретические основы экстрагирования. В фармацевтической технологии процесс экстрагирования широко используется при получении препаратов из лекарственного растительного сырья (настойки, экстракты жидкие, густые и сухие, экстракты-концентраты, максимально очищенные (новогаленовые) препараты, извлечения из свежих растений и др.) и из сырья животного происхождения (препараты гормонов, ферментов и препараты неспецифического действия и др.).

Различают экстрагирование в системе твердое тело - жидкость и в системе жидкость - жидкость, или жидкостную экстракцию. Наиболее широко в фармацевтическом производстве применяют экстрагирование в системе твердое тело - жидкость, где твердым телом является лекарственное растительное сырье или сырье животного происхождения, а жидкостью - экстрагент. Жидкостная экстракция используется при очистке вытяжек в производстве максимально очищенных препаратов и препаратов индивидуальных веществ из лекарственного растительного сырья.

Процесс экстрагирования относится к массообменным процессам и протекает за счет диффузии из зоны с высокой концентрацией. Это, как правило, клетки животного или растительного материала, содержащие биологически активные вещества. Экстрагирование основано на диффузии биологически активных веществ (БАВ) из внутренних структур частиц материала в экстрагент и заканчивается при достижении равновесных концентраций. В равновесном состоянии из материала в экстрагент переходит такое же количество молекул, как и из экстрагента в материал, т. е. концентрация остается постоянной. При этом обычно в материале концентрация выше, чем в экстрагенте.

Диффузия бывает молекулярная и конвективная.

Молекулярная диффузия - это процесс переноса распределяемого вещества (биологически активного вещества - БАВ) за счет хаотического движения самих молекул в неподвижной среде. Она характеризуется коэффициентом молекулярной диффузии, который представлен уравнением первого закона Фика:

где - скорость диффузии, кг/м; – разность концентраций на границе раздела

фаз, кг/м³; – изменение толщины диффузионного слоя, м²; D – коэффициент молекулярной диффузии – показывает количество вещества (кг), которое диффундирует в единицу времени (с), через единицу площади (м²), при разности концентраций, равной единице (кг/ м³ ) и толщине слоя – 1м; знак (-) – означает направление процесса в сторону уменьшения концентрации (из клетки).

Конвективная диффузия – это перенос вещества в виде небольших объемов раствора, которое представлено уравнением:

где β – коэффициент конвективной диффузии – показывает, какое количество вещества передается через 1 м² поверхности фазового контакта в воспринимающую среду в течение 1 с при разности концентраций между слоями, равной единице. Конвективная диффузия может быть естественной (за счет разности плотностей экстрагента и раствора, изменения температуры) и принудительной (при перемешивании, вибрации).

Особенности извлечения биологически активных веществ из материалов с клеточной структурой связаны с тем, что на пути к веществам, содержащимся в клетке, находится клеточная стенка, физиологическое состояние которой может быть различным. Так, живая растительная клетка имеет пристенный слой протоплазмы определенной толщины. Он 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. В данном случае возможно лишь проникновение экстрагента внутрь клетки (осмос).

Совершенно по-другому ведет себя мертвая клетка. Вследствие гибели протоплазмы (плазмолиза) клеточная стенка теряет характер полупроницаемой перегородки и начинает пропускать вещества в обе стороны (диализ). То есть клеточная стенка приобретает свойства пористой перегородки, через нее могут диффундировать биологически активные вещества, молекулы которых не превышают размера пор.

Подавляющее большинство экстракционных препаратов получают из высушенного растительного сырья, т. е. обезвоженного путем тепловой сушки. В случае получения препаратов из свежих растений клетки умерщвляют этиловым спиртом. Он очень гигроскопичен и при соприкосновении с растительной клеткой обезвоживает ее, вызывая сильнейший плазмолиз. Умерщвление клеток сырья животного происхождения достигается теми же способами: сушкой или обезвоживанием спиртом и ацетоном.

При получении препаратов из свежего сырья, клетки которого не обезвожены, скоpee имеет место вымывание клеточного сока из разрушенных клеток и открытых пор, чем процесс экстрагирования.

Процесс экстрагирования высушенного растительного сырья является многостадийным и начинается с проникновения экстрагента в материал, смачивания веществ, находящихся внутри клетки, растворения и десорбции их, вымывания клеточного содержимого из разрушенных клеток, диффузии через поры клеточной оболочки и заканчивается массопереносом веществ от поверхности материала в раствор.

Полнота и скорость экстрагирования действующих веществ из растительного лекарственного сырья зависит от таких факторов, как: содержание влаги, пористость, порозность сырья, количество действующих и экстрактивных веществ, способность к набуханию, природа и свойства экстрагента, скорость движения экстрагента, повышение температуры, давления, перемешивание, вибрация и т.д.

Экстрагенты должны обладать высокой избирательностью, легко регенерироваться и быть сравнительно дешевыми. Экстрагент в процессе экстракции БАВ играет особо важную роль. Он должен обладать способностью проникать через стенки клетки, избирательно растворять внутри клетки биологически активные вещества, после чего последним необходимо пройти через различные твердые оболочки и выйти за пределы растительного материала. К экстрагентам предъявляются определенные требования, вытекающие из специфических особенностей фармацевтического производства.

Экстрагент должен обладать:

-избирательностью, т. е. максимально растворять лекарственные вещества и минимально

балластные вещества;

-высокой смачивающей способностью, обеспечивающей хорошее проникновение его

через поры материала и стенки клеток;

- способностью препятствовать развитию в вытяжке микрофлоры;

- летучестью, возможно низкой температурой кипения,

- легкой регенерируемостью;

- минимальной токсичностью и огнеопасностью;

- доступностью по стоимости.

Из двух равноценных экстрагентов выбирают менее огнеопасный, доступный по цене, фармакологически менее вредный и т.д. Если же экстрагент не удовлетворяет указанным требованиям, то применяют смеси, например, подкисленную воду, спирт с водой, эфир со спиртом и т. п.

В качестве экстрагентов используют воду,этиловый спирт, ацетон, этиловый эфир,

хлороформ, дихлорэтан, масла растительные, сжиженные газы.

Иллюстративный материал:

При проникновении экстрагента в сырье одновременно проис­ходит и процесс смачивания веществ, находящихся внутри клеток (рис 1.). Эффективность смачивания веществ экстрагентом зависит от сродства веществ (гидрофильные и гидрофобные) и экстрагента. Оболочки клеток обладают дифильными свойствами с преобладанием гидрофильности. Чем больше сродство экстрагента к материалу, тем он быстрее смачивает стенки капилляров и проникает в сырье. Смачивание и проникновение извлекателя по капиллярам улучшается при введении в экстрагент ПАВ, которые снижают поверхностное натяжение на границе раздела фаз и гидрофилизируют гидрофобные фрагменты сырья.

Рис 1. Строение эукариотической клетки:

1 - лизосома, 2 - жировая капля, 3 - центриоль, 4 - плотный контакт, 5 - ядерные поры, 6 - ядрышко, 7 - плазматическая мембрана (как у прокариот), 8 - конденсированный хроматин, 9 - цитоплазма, 10 - ядро, 11 - шероховатый эндоплазматический ретикулум, 12 - рибосомы (и полирибосомы), 13 - митохондрии, 14 - кристы, 15 – окаймленный пузырек, 16 - гладкий эндоплазматический ретикулум, 17 - пиноцитозный пузырек, 18- окаймленная ямка, 19 - комплекс Гольджи, 20 - вакуоль, 21 - фотосинтезирующие ламеллы, 22 - хлоропласт, 23 - ДНК, 24 - клеточная стенка (слои целлюлозы), 25 - плазмодесма

Таблица 1

Физические свойства экстрагентов

Экстрагент	Вязкость, СПЗ	Поверхностное натяжение, дин/см^2	Диэлектрическая постоянная
Полярные
Вода	1,00	72,75	78,3
Глицерин		62,47	64,1
Спирт метиловый	0,60	22,99	37,9
Малополярные
Спирт этиловый	1,20	22,03	25,2
Ацетон	0,32	23,7	20,70
Спирт пропиловый	2,23	22,90	19,7
Спирт бутиловый	2,95	24,6	17,7
Неполярные
Дихлорэтан	0,89	32,20	10,3
Кислота уксусная	1,21	27,79	6,2
Хлоророрм	0,57	27,14	4,7
Эфир этиловый	0,23	16,49	4,2
Углерод четыреххлористый	0,97	25,68	2,2

 

Литература:

основная:

1. Технология лекарственных форм. (Под ред. Л.А. Ивановой). – М., Медицина.– 1991. – 2-й том.– 544 с.

2. Чуешов В.И. и др. Промышленная технология лекарств.– Харьков.– 2002.– в 2-х томах: 1-й том 716 с., 2-й том 557 с.

3. Руководство к лабораторным занятиям по заводской технологии лекарственных форм.– (Под ред. А.И. Тенцовой).– М., 1986.– 271 с.

дополнительная:

1. Государственная Фармакопея Республики Казахстан. – том 1 – Алматы. – Издательский дом: «Жибек жолы».– 2008.– 592 с.

2. Государственная Фармакопея Республики Казахстан.– том 2. – Алматы.– Издательский дом: «Жибек жолы».– 2009. – 792 с.

3. ГФ СССР Х издания М., Медицина.– 1968.

4. ГФ СССР ХI издания М., Медицина.– 1987.– том 1.– 1988.– том 2.

5. Машковский М.Д. Лекарственные средства. М.: Медицина.– 2008.– Изд. 15.

6. Дмитриевский Д. И. Технология лекарственных препаратов промышленного производства. Учебное пособие. - Харьков: НФаУ, 2005. - Ч.1. Основные процессы и аппараты в фармацевтическом производстве. Экстракционные препараты.Х.: Изд-во НФаУ.- 2005– 145 с.

7. Устенова Г.О. Экстрагирование сжиженными газами. Учебное пособие. - Алматы: Экономика, 2010. - 65 с.

8. Торланова Б.О. Машины и автоматы для фасовки и упаковки лекарственных форм.– Шымкент.– 2003.– 166 с.

Контрольные вопросы (обратная связь):

- общая характеристика и классификация экстракционных препаратов.

- в чем заключается сущность процесса экстрагирования?

- каковы особенности экстрагирования высушенного и свежего лекарственного растительного сырья?

- какие факторы влияют на процесс экстрагирования?

- основные требования к экстрагентам.