Автор работы: Пользователь скрыл имя, 12 Июня 2012 в 00:52, курсовая работа
Настойки – это жидкие спиртовые или водно-спиртовые извлечения, полученные обычно из высушенного или свежего растительного или животного сырья без нагревания и удаления экстрагента.
Согласно определению ДФУ (I изд., 2001 г. с. 513) настойки – это жидкие препараты, обычно получаемые из высушенного растительного или животного сырья. Готовят настойки мацерацией, перколяцией или другим подходящим методом с применением спирта соответствующей концентрации. Готовят их в соотношении 1:10 или 1:5.
Таким образом, в интенсификации процесса извлечения при повышении температуры определенную роль играет также понижение вязкости. Разную вязкость имеют и 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
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 экстрагеиту 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 «грает 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.
Общие способы производства настоек.
Для получения настоек используется как сухое, так и свежее растительное сырье (алкоголатуры чеснока, ландыша, валерианы, боярышника и др.), как надземная, так и подземная части.
Для приготовления
настоек применяются три
Статические способы экстракции характеризуются периодическим введением извлекателя в сырье, а динамические - постоянной сменой экстрагента либо непрерывным движением и извлекателя, и растительного материала.
Среди статических и динамических способов извлечения встречаются периодические и непрерывные, что зависит от динамики движения сырья и экстрагента:
А) в периодических способах сырье и экстрагент поступают в экстракционный аппарат периодически, одной или несколькими порциями (одно- и многоступенчатые способы);
Б) в непрерывных - сырьё поступает непрерывным потоком.
В зависимости от направления потока сырья и экстрагента, способы непрерывной экстракции бывают прямо- и противоточные, т.е. с прямым или встречным потоком сырья и экстрагента.
Наиболее простыми способами экстрагирования являются статические, и в их числе простейший метод - метод настаивания, мацерации (лат. macerare - вымачивать, намачивать), применяемый также при изготовлении настоек. Несколько сложнее ремацерационные методы (неоднократное настаивание), в частности, метод бисмацерации, применяемый при производстве густых и сухих экстрактов.
Сущность его состоит в том, что измельченное до 0,5 - 3 мм растительное сырье, отсеянное от пыли на сите № 38 и от крупных частиц на сите №50, помещается в мацератор и заливается 5х или 10х-ным объемом экстрагента (в зависимости от списка "А" и "В") и настаивается при периодическом перемешивании при комнатной температуре в течение 7 суток. Извлечение сливается, шрот прессуется под прессом, промывается недостающим объемом чистого экстрагента, вновь прессуется, все извлечения объединяются, и после отстаивания в течение 4-8 суток настойка фильтруется, стандартизуется и фасуется или упаковывается (в ангро) в бутыли.
В настоящее время мацерация в этом "классическом" виде не отвечает требованиям интенсификации производства и используется только в редких случаях.
Достоинством этого способа является простота метода и оборудования.
Недостатками же служат:
а) неполнота экстракции действующих веществ (менее 90%),
б) большая продолжительность процесса,
в) завышенное содержание балластных веществ в извлечениях-ВМС,
г) трудоемкость (двойное прессование, промывка шрота).
Используются
новые формы мацерации с
Примерами таких модификаций мацерации являются:
В настоящее время мацерация в описанном (классическом) виде не отвечает задачам интенсификации производства и оставлена только для единичных настоек. Одновременно изыскиваются новые формы мацерации с максимальной динамизацией всех видов диффузии. Одной из таких форм является вихревая экстракция (турбоэкстракция), предложенная М. Мелихаром и сотр. (ЧССР).
I. Вихревая (турбо) экстракция основана на вихревом перемешивании содержимого настойника и одновременном измельчении сырья с помощью турбинной или лопастной мешалки, вращающейся со скоростью 5.000 - 13.000 об/минуту.
Интенсификация
массообмена в турбулентном потоке
экстрагента, прежде всего, объясняется
резким уменьшением толщины
В последнее время значительное внимание уделяется методам, основанным на диспергировании материала в среде экстрагента. Возможность экстракции травы термопсиса, ландыша, горицвета и др. в шаровой мельнице изучалась в ВНИИФ. Получены интересные данные - динамическое равновесие наступает через 1-3 часа (в случае турбоэкстракции - 10 минут), но извлечение получается намного чище турбоэкстракта, где из сырья получается гомогенная пульпа, которая очень трудно очищается от балластных веществ.
II. Внимание технологов привлекает и акустический способ интенсификации процессов экстракции с помощью УЗ (ультразвука) и инфразвука.
Исследования, начавшиеся еще в 50-х годах, показали пригодность для интенсификации мацерационного процесса также ультразвуковых колебаний. Рассмотрим вкратце основные положения, без которых трудно будет понять ускорение диффузии с помощью ультразвука. В среде распространения звуковых волн наблюдается частотное равнопеременное чередование зон сжатия и разрежения, равных по величине амплитуды - звуковое давление. В колебательное движение вовлекаются не только молекулы и объемы жидкости, через которую проходит волна, но и частицы вещества, находящиеся в ней в различном физико-химическом состоянии. Все они испытывают постоянное давление в сторону от излучателя. Таким образом, компоненты систем типа жидкость - твердое тело (а также жидкость - жидкость) не только колеблются около положения равновесия, но и смещаются в одну сторону («звуковой ветер»). При этом появляются сильные турбулентные течения, гидродинамические микропотоки, способствующие переносу масс, растворению веществ и т. д. Такое явление отмечается как снаружи твердых частиц, так и внутри них (например, набухшей клетки). Вследствие различной инертности частиц фаз их собственные колебания не совпадут с таковыми основной массы жидкости. В результате этого в местах трения произойдут локальные повышения температуры, уменьшение вязкости жидкости, увеличение турбулентности, нарушение структуры прилегающих слоев и как основное следствие этого пограничный слой, имеющийся около частиц, истончится или же будет иметь предельную толщину, значительно меньшую, чем в спокойном состоянии фаз. На выход действующих веществ влияют интенсивность и продолжительность УЗ-облучения, температура экстрагента, соотношение сырья и иэвлекателя. Большинство авторов, изучающих этот процесс, рекомендует извлечение вести в пределах 40 мин. (бóльшая продолжительность почти не повышает выход действующих веществ, но заметно влияет на их стабильность). Оптимальной частотой является 21-22 КГц. Повышение интенсивности ведет к уменьшению выхода. Рекомендуемая плотность облучения - не более 2-2,2 вт/см2. Концентрация твердой фазы - не более 10%, т.е. 1:10. О механизме образования кавитации и ее свойствах говорилось выше. Отметим, что главным ее положительным качеством является способность к диспергированию, т. е. увеличению межфазной поверхности.
Таким образом, физический механизм действия упругих колебаний сводится к интенсивному перемешиванию даже там, где этого достичь другими способами невозможно (например, внутри клетки); локальному нагреву частиц, отличному от теплового переноса, так как твердое тело, нагреваясь, само отдает тепло жидкости, а не наоборот, что важно при экстракции; и, наконец, проявлению диспергирования звуком в стадии кавитации.
Следует, однако, помнить, что состояние твердой фазы, физико-механическая структура ее определяет степень интенсификации процесса экстракции. Поэтому наибольший эффект от воздействия ультразвуком проявляется тогда, когда растительная или животная клетка хорошо-пропитана проводящим ультразвук экстрагентом. В некоторых случаях такое воздействие приписывается, и его нельзя отрицать, действию-кавитации. Это скорее можно объяснить резонансными упругими колебаниями стенок клеток, разбивающими в определенной степени пограничный диффузионный слой. А в результате появления турбулентного перемешивания как внутри, так и снаружи клеток молекулярно-кинетическое движение заменяется конвективным, что позволяет держать на высоком уровне разность концентраций в зоне соприкосновения фаз.
Основным достоинством этой модификации является малая продолжительность экстракции.
В числе недостатков метода следует назвать дороговизну оборудования, высокую агрессивность УЗ в отношении действующих веществ (ряд авторов подтверждает факт механокрекинга действующих веществ, т.е. разрушение молекул под действием гидродинамических ударов кавитации).
III. К физическим способам воздействия на процесс экстракции можно отнести и очень интересный метод воздействия электрическим разрядом на систему сырья: экстрагент-жидкость, т. н. электродинамический метод экстракции.
При пробое системы сырьё-экстрагент специально сформированным высоковольтным импульсным разрядом в её толще вызывают сверхвысокие ударные гидравлические давления порядка 1 108 - 11010 атм., и мощные кавитационные процессы. Этот метод позволяет создавать мощные гидравлические удары с заданной частотой - от долей Гц до нескольких десятков КГц. Продолжительность каждого удара - несколько микросекунд. КПД преобразования электроэнергии в этих установках – более 90%. Продолжительность экстракции - около 2 часов. Выход, например, алкалоидов (по данным Бойко В.Д., Мизиненко И. В., ХнИХФИ) – 92,5% в сравнении с методом настаивания – менее 90%.
Этот метод перспективен, хотя и не лишен таких недостатков, как возможность механокрекинга молекул, большая шумность за счет гидравлических ударов при пробое; себестоимость продукта выше, чем в случае метода мацерации.