Характеристика балластных веществ и методы их удалении

Особенность технологии густых и сухих экстрактов — их очистка от балластных веществ. Понятие «балластные вещества» относительное, так как в ряде случаев аналогичные соединения служат действующими веществами. Характер балластных веществ, извлекаемых из растительного сырья, зависит от природы экстрагентов. Поэтому в разделе рассмотрены группы балластных веществ, преимущественно удаляемых из извлечений после экстракции водой или менее полярными и неполярными экстрагентами. Удаление балластных веществ из ряда экстрактов необходимо для получения стабильных при хранении препаратов или исключения их побочного действия. Из водных вытяжек наиболее часто удаляют белковые вещества и полисахариды (слизи), из спиртовых — смолы, липиды, хлорофилл и т.д. Водорастворимые балластные вещества Белки

Методы удаления белков

1 Тепловая денатурация. Типичный пример денатурации белка - его свёртывание (коагуляция) при воздействии повышенной температуры С ростом температуры тепловая энергия может стать больше энергии нековалентных связей в молекуле белка и вызвать их разрыв с возникновением новой конфигурации. 2 Отстаивание в прохладном месте. При понижении температуры белки выпадают в осадок. Этот метод широко применяют в производстве настоек и экстрактов. 3 Дегидратация. Осаждение белка из раствора можно вызвать действием органических растворителей (этанола, метанола, ацетона), которые должны смешиваться с водой. Растворители вызывают разрушение гидратной оболочки вокруг белковой молекулы (глобулы), способствующей устойчивости белковых растворов и препятствую- цей осаждению белка. Белковые молекулы содержат на своей поверх- 10сти гидрофильные группы. Вокруг молекул ориентируются молекулы воды. Если отнять у белковых молекул связанные с ними молекулы воды и уменьшить их гидратацию, они начнут слипаться, образуя более крупные частицы белка, и начнут оседать из раствора в виде осадка. То есть возникает коагуляция белка. 4. Высаливание - осаждение белков из раствора при добавлении солей. 5. Осаждение солями тяжёлых металлов. В производстве очищенных (новогаленовых) препаратов для удаления белков из вытяжек применяют растворы тяжёлых металлов (уксусно-кислого свинца, гидроксид меди и др.), образующие с белками нерастворимые соединения. 6. Диализ. Для отделения лекарственных веществ от белков используют коллоидный характер их водных растворов (диаметр белковых частиц в растворе превышает 0,001 мкм). Белки не проникают через поры полупроницаемых мембран (например, пергаментные плёнки), что используют для разделения содержащихся в первичной вытяжке ионизированных и высокомолекулярных веществ с помощью диализа или для ускорения процесса методом электродиализа при производстве алкалоидов. 7. Создание изоэлектрической точки. Аминокислоты, входящие в состав белков, в связи с наличием карбоксильной и аминной групп обладают амфотерными свойствами. Изоэлектрическая точка — значение рН среды, при котором аминокислота нейтральна. В изоэлектрической точке белковые молекулы имеют, как правило, наименьшую растворимость и склонны к ассоциации.

    Ферменты

Ферменты обусловливают разрушение действующих веществ (в частности, гликозидов) и понижение биологической активности фитопрепаратов. Для сохранения биологической активности фитохимических препаратов необходимо предусмотреть меры для быстрого удаления или инактивации ферментов. При этом следует учитывать их высокую специфичность (действие каждого фермента строго ограничено одним или несколькими, родственными по структуре субстратами) и высокую лабильность (каталитическое действие ферментов зависит от температуры и рН среды, ферментативные процессы не происходят при температуре выше 70 °С). Так, при производстве соков из свежего растительного материала первичное извлечение (отжатый сок), содержащее ферменты, обрабатывают крепким спиртом для денатурации белковых веществ. С целью инактивации ферментов его быстро нагревают до 75—78 °С, выдерживают при этой температуре в течение 30 мин, затем быстро охлаждают (во избежание разложения лекарственных веществ). Инактивация ферментов при нагревании сходна с тепловой денатурацией растворимых белков. Денатурация ферментов в водных растворах начинается примерно при тех же температурах, при которых инактивируются белки. Полная инактивация ферментов совпадает с моментом полной денатурации белка. При температуре 100 "С денатурация белков и инактивация ферментов наступают почти мгновенно. Кроме нагревания, и другие химические и физические факторы, вызывающие денатурацию растворимых белков, вызывают разрушение ферментов. Например, они подобно белкам осаждаются спиртом, ацетоном и сернокислым аммонием. Так, в технологии густого экстракта из листьев трилистника для сохранения действующих веществ (гликозидов, легко подвергающихся гидролизу) и инактивации ферментов в качестве экстрагента применяют кипящую воду.

Углеводы (полисахариды)

Особое значение имеют коллоидные полисахариды — растворимые в воде углеводы. К ним относят камеди, слизи, пектиновые вещества. В процессе производства фитопрепаратов они переходят в водную вытяжку, увеличивают её вязкость, значительно превышающую вязкость растворов желатина, яичного белка и др. разрушающие лекарственные вещества. В производстве экстрактов для удаления коллоидных полисахаридов используют следующие методы. ® Осаждение полисахаридов путём добавления этилового спирта или ацетона, вызывающего изменение их растворимости вследствие разрушения гидратной оболочки. Разрушение полисахаридов путём ферментации. К извлечению добавляют ферменты, катализирующие процесс гидролиза по ацетальным связям до олигосахаридов и моносахаридов, содержание которых допустимо в экстрактах. Например, в процессе производства холосаса для разрушения пектиновых веществ применяют ферментативный гидролиз с помощью фермента пектиназы. При этом пектиновые вещества разрушаются по гликозидным связям с образованием Сахаров, растворимых в воде. Вязкость раствора при этом уменьшается, фильтрация улучшается. Осаждение путём добавления солей тяжёлых металлов (ацетата свинца и др.) используют при производстве новогаленовых препаратов. Высаливание (удаление растворимых полисахаридов за счёт дегидратации под влиянием солей, что приводит к их осаждению). Последние два метода используют при получении индивидуальных веществ в очищенном виде.

Липиды

Предварительное обезжиривание растительного сырья путём обработки неполярными растворителями (бензином, этиловым или петролейным эфиром). Метод используют редко в связи с необходимостью большого количества экстрагента, что определяет трудности в аппаратурном оформлении при его удалении, повышение требований к соблюдению правил техники безопасности, проведение сушки растительного материала для дальнейшего экстрагирования. Более целесообразно удаление жироподобных балластных веществ обработкой предварительно сконцентрированной вытяжки. В этом случае процесс менее трудоёмок и технологически проще. Этот метод используют при получении сухого экстракта чилибухи. 2. Замена одного экстрагента другим, например, неполярного полярным. Неполярный экстрагент отгоняют, на конечном этапе отгонки добавляют воду, затем оставшийся экстрагент удаляют полностью. Можно кубовый остаток обрабатывать небольшими порциями воды. Метод применим, если лекарственные вещества растворимы в воде. Маслянистый осадок балластных веществ обычно отделяют на суперцентрифугах. Этот способ используют в технологии экстрактов красавки и черногорки.

Смолы

Смолы являются продуктами вторичного метаболизма. Они образуются в растениях как побочный продукт при обмене веществ и выполняют защитную функцию. Подобно эфирным маслам (часто вместе с ними) они содержатся в межклеточных пространствах, вместилищах или смоляных ходах. При повреждении растения смолы выделяются, заполняя повреждённый участок ткани и предотвращая испарение влаги, а также проникновение микроорганизмов внутрь. Смолы обладают бактерицидным действием. В растении смолы часто находятся в смеси с камедями или эфирными маслами. Методы удаления 1. Смолы вместе с жироподобными веществами удаляют путём обработки растительного сырья перед экстракцией лекарственных веществ органическими растворителями. 2. Из вытяжки смолоподобные вещества, как и липиды, можно осадить при замене органического растворителя водой. В воду переводят соединения, которые необходимо выделить из данного сырья (например, алкалоиды, гликозиды), а смолы как побочный продукт отделяют на стадии очистки.

Отстаивание и фильтрование вытяжек В процессе экстрагирования лекарственного сырья из разрушенных клеток растительного материала в извлечение переходят (механически вымываются) белки, слизи, мельчайшие частички оболочек органоидов и ряд малорастворимых веществ. В результате воздействия ферментов и различных окислительно-восстановительных процессов в извлечении также образуется дополнительная взвесь. Для облегчения удаления осадка и его формирования извлечения отстаивают при пониженной температуре (ниже 10 °С) в течение 2 сут и более (требования ГФ XI, вып. 2, с. 166). В этих условиях резко снижается растворимость труднорастворимых соединений и быстрее формируется осадок. Это предотвращает возможность образования осадка, недопустимого в процессе хранения жидких фитопрепаратов в складских помещениях, где обычно поддерживают низкую температуру. В ряде случаев извлечения освобождают от балластных веществ осаждением с помощью органических растворителей (этанола, метанола, ацетона), разрушающих гидратную оболочку белковых молекул, или кипячением (коагуляцией под влиянием тепловой денатурации). Для удаления смолообразных балластных веществ к извлечению добавляют адсорбенты (активированный уголь, тальк), адсорбирующие смолы и способствующие их осаждению. После отстаивания извлечения отделяют от осадка методом декантации из отстойников (седиментаторов), чаще путём фильтрации. Фильтрование водных вытяжек принципиально не отличается от фильтрования водных растворов, т.е. его осуществляют на фильтрах, работающих под вакуумом (нутч-фильтрах), под давлением (друк-фильтрах) или на фильтрпрессах. Если образуется тонкодисперсный осадок, для разделения фаз целесообразно использовать центробежные сепараторы. Фильтрование легковоспламеняющихся жидкостей (спиртовых, эфирных и др.) представляет определённые трудности в связи с возможностью воспламенения и взрыва паров экстрагента с воздухом. Поэтому для фильтрации подобных вытяжек используют друк-фильтры, работающие под давлением азота, углекислого газа, флегматизированного воздуха.

Выпаривание вытяжек

Процесс выпаривания в производстве фитопрепаратов — важная ТС, от условий проведения которой в значительной степени зависят качество и выход готовой продукции. Выпаривание проводят с целью удаления растворителя (экстрагента) и получения концентрированных остатков экстрактивных веществ, в том числе для изготовления густых и густоватых экстрактов. Стадия выпаривания на производстве наиболее энергоёмкая, на процесс расходуется большое количество тепла. Теплоносителем обычно служит греющий водяной пар, для выпаривания вытяжек с термолабильными веществами используют нагретую воду. Для создания выпарных установок применяют углеродистые и легированные стали, включающие никель и другие металлы. В каждом случае необходима рациональная организация процесса выпаривания, что позволяет обеспечить максимальную производительность выпарной установки при минимальных затратах тепла и металла. Для концентрирования извлечений в производстве фитопрепаратов используют вакуум-выпарные установки, имеющие следующие преимущества. При выпаривании в вакууме возможно проведение процесса при более низких температурах, что важно в случае концентрирования растворов термолабильных веществ, какими являются природные соединения лекарственных растений. • При разрежении увеличивается полезная разность температур (движущая сила процесса выпаривания) между греющим агентом и раствором, что позволяет интенсифицировать процесс, уменьшить поверхность нагрева аппарата (при прочих равных условиях). • Достигается наибольший коэффициент теплопередачи, так как кипение в условиях вакуума протекает интенсивнее, легче удаляются газы, мешающие теплопередаче.