Procesul de extracție a substanțelor biologice active din produse vegetale

Introducere

La madicamentele extractive de origine vegetală, producţia cărora este organizată în condiţii de uzină, se referă tincturile, extractele, preparatele maximal purificate şi preparatele unor substanţe individuale. În unele manuale aceste medicamente se întîlnesc sub denumirea de „preparate galenice”, preparate tipice perioadei lui Galenus, care a fost medic şi chimist. Preparatele galenice sub formă de infuzii, decocturi, tincturi şi extracte fluide, moi sau uscate, obţinute din plante, multe secole au fost utilizate pe scară largă în medicină. Însă apariţia substanţelor pure, rezultate prin sinteză sau prin extracţie, realizate în medicamente standardizate şi stabile, a pus în declin utilizarea produselor extractive din plante.

În acelaşi timp valoarea preparatelor extractive nu poate fi neglijată, deoarece prin extracţie se obţine un total de principii active care posedă o activitate terapeutică mai completă şi deseori sînt preferabile substanţelor sintetizate sau izolate.

În evoluţia preparatelor extractive putem observa schimbări atît în metodele de preparare, cît şi în utilizarea de diferiţi extragenţi. Astfel, preparatele tipice perioadei lui Galenus se obţineau din produse vegetale prin intermediul vinului, oţetului, uleiului, numite vinuri medicinale, uleiuri medicinale, miere oţetită etc.

În epoca dezvoltării farmaciei, strîns legată de numele renumitului medic arab Avicena, au apărut asemenea preparate galenice cum sînt apele aromate, obţinute prin antrenarea cu vapori de apă a uleiurilor eterice din plantele eterooleaginoase, siropurile, esenţele etc.

Obţinerea etanolului de către alchimistul francez R.Lulli a deschis o nouă etapă în perfecţionarea preparatelor extractive.Etanolul s-a dovedit a fi un extragent care permite a extrage o gamă destul de largă de principii active şi a obţine preparate stabile. Astfel au apărut tincturile şi extractele care se folosesc pînă în prezent.

Prin anii 60 ai sec XIX au apărut noi preparate extractive numite şi preparate neogalenice care se deosebesc de cele galenice prin aceea că sînt parţial sau maximal purificate de substanţele balast.

Preparatele extractive tradiţionale includ atît preparate lichide obţinute în urma extracţiei fără înlăturarea extragentului (tincturi), cît şi preparate la care în procesul preparării solventul parţial sau total este îndepărtat (extracte fluide, moi sau uscate).

Procesul de extracţie este procesul de bază la obţinere a preparatelor extractive, de aceea îl vom examina mai detaliat.

Capitolul I. Bazele teoretice ale procesului de extracţie a

substanţrlor biologic active din produse vegetale.

1. Principii generale

Scopul extracţiei este de a epuiza produsul vegetal şi de a separa cantitativ componentele solubile cu acţiune farmacodinamică bine determinată. Printre grupele cele mai importante de principii active care pot fi extrase se numără heterozidele, saponizidele, uleiurile volatile etc. Concomitent produsele vegetale conţin şi cantităţi însemnate de substanţe din punct de vedere farmacologic care pot dificulta procesul şi constituie un balast. La această grupă se referă albuminele, proteinele, pectinele, celuloza, gumele, amidonurile etc. De aceea un rol important în procesul de extracţie îl au selectarea principiilor active de cele inerte şi obţinerea unui produs maximal eficace şi stabil.

În procesul de extracţie predomină fenomenele de difuziune (shimb de substanţe) bazate pe echilibrarea conţinutului de substanţe dintre soluţia din celulele produsului vegetal şi a extragentului.

La obţinerea produselor extractive procesul de extracţie, de obicei,are loc în sistemul corp solid –lichid. Extracţia în sistemul lichid-lichid se utilizează doar în cazul purificării extractului obţinut din produs vegetal, cît şi la obţinerea substanţelor individuale.

Spre deosebire de procesul de dizolvare, la care trecerea în solvent a substanţei este totală, la extracţie are loc doar un transfer parţial formînd, de obicei, două faze: soluţia principiilor active în celulele şi spaţiul intercelular din produsul vegetal gonfat şi soluţia de substanţe extactive din extragent, care spală produsul vegetal.

Transferul dintr-o fază în alta are loc atît timp, cît ele au o diferenţă de concentraţie care este forţa motrice a procesului de extracţie.

Transportul substanţelor extractive în extragent are loc în urma difuziunii moleculare şi convective.

Difuziunea moleculară are loc de obicei în repaus macroscopic ca rezultat al mişcării haotice, neregulate a moleculelor aflate la frontiera dintre faze.

Acest proces de difuziune matematic poate fi exprimat poate prin ecuaţia legii lui Şciukarev-Fikk

s1- s2

Dms=-Ds----------------------------dsd ,

1

Unde: Ds-coeficientul difuziunii moleculare care reprezintă cantitatea de substanţă (kg) difuzat în timp (s) prin suprafaţa de 1m2, grosimea stratului de 1m şi diferenţa de concentraţii de 1kg/m3; dms-masa substanţei difuzate, kg; gradientul de concentraţie, kg/m3; ds-suprafaţa de contact a fazelor, m2; 1-grosimea stratului,m; d -timpul de difuziune, s; semnul (-) orientează procesul de extracţie în direcţia micşorării concentraţiei (din celulă).

Conform relaţiei de mai sus, cantitatea de principii active difuzată în extragent este direct proporţională cu diferenţa de concentraţii, suprafaţa de contact a fazelor, timpul de difuziune, coeficientul de difuziune şi invers proporţională grosimii stratului.

Difuziunea convectivă are loc în urma transferului de substanţe extractive în porţiuni mici de soluţie. Transferul convectiv de substanţe poate avea loc atît în condiţii obişnuite (libere), cît şi în condiţii forţate. Procesul invers de transfer se petrece pe contul diferenţei de densităţi ale soluţiei şi extragentului, schimbărilor de temperatură, coloanei hidrostatice de lichid. Transferul convectiv forţat are loc în condiţii de schimbări hidrodinamice ( amestecare, vibraţie, turbulenţă etc. ) Cantitatea de substanţă transferată în urma difuziunii convective matematic poate fi exprimată prin următoarea relaţie:

Dms=B( s1- s2)dsd ,

Unde: B-coeficientul difuziunii convective, care indică cantitatea de substanţă transferată timp de 1 s prin suprafaţa de 1m2, cînd diferenţa de concentraţii este de 1kg/m3; dms-masa de substanţă transferată din faza lichidă în torentul în mişcare al unui alt lichid, kg; s1- s2-gradientul de concentraţie a substanţei, care trece în şuvoi la suprafaţa fazei( s1) şi în centrul şuvoiului de lichid în mişcare( s2),kg/m3; ds-suprafaţa de contact a fazelor, m2; d -timpul de difuziune, s; semnul( -) -orientarea procesului de extracţie (din faza cu concentraţie mărită).

Difuziunea convectivă prezintă un mare interes practic, deoarece sporeşte intensificarea procesului metabolic.

2. Etapele procesului de extracţie

Procesul de extracţie are mai multe particularităţi legate de structura celulelor şi proprietăţilor fizico-mecanice ale produsului vegetal. Extracţia principiilor active care se află în interiorul celulelor de obicei se face din produsul vegetal uscat şi pentru a le extrage extragentul trebuie să confrunte bariera celulară.

La uscarea produsului vegetal celula îşi schimbă proprietăţile sale şi ca rezultat membranele celulare îşi pierd semipearmibilitatea şi capătă proprietăţi de perete poros în care pot fi pînă la 20 000 şi mai mulţi pori cu diametrul de la 0,2-0,3mm pînă la zeci şi sute de nanomeri. Procesul de extracţie capătă un caracter de dializă prin acest perete poros şi se desfăşoară în mai multe etape, care încep cu pătrunderea extragentului în produsul vegetal (îmbibarea şi gonflarea), mai departe are loc umectarea substanţelor aflate în celulă, dizolvarea şi desorbţia lor , difuzia prin porii membranei celulare, spălarea conţinutului din celulele sfărîmate şi se termină cu transferul de substanţe de la suprafaţa produsului în soluţie.

Membranele celulare posedă proprietăţi difile cu predominarea hidrofilităţii. Procesul de pătrundere a extragentului în celulă este determinat de gradul de hidrofilitate a produsului vegetal, natura extragentului şi mărimea porilor din peretele celular. De obicei pătrunderea extragentului în capilare este dificilă din cauza aerului care se află în ele, de aceea pentru intensificarea acestui proces se face vacuumarea prealabilă a produsului vegetal sau schimbul aerului din pori cu gaze uşor solubile.