Экстракционные методы в промышленности: ультразвуковая экстракция в фармацевтическом производстве

В данной статье рассматривается применение ультразвуковой экстракции (УЗЭ) в фармацевтической промышленности. Статья освещает основные принципы работы ультразвуковой экстракции, ее преимущества по сравнению с традиционными методами, а также факторы, влияющие на эффективность процесса. Также представлены конкретные примеры применения УЗЭ в фармацевтической промышленности. Рассмотрение этих аспектов позволяет оценить потенциал ультразвуковой экстракции в сфере фармацевтики и ее важное значение для разработки новых препаратов с улучшенными терапевтическими свойствами.

Ключевые слова: экстракция, ультразвуковая экстракция, фармацевтическая промышленность, методика, технология.

Экстракция, как метод выделения активных веществ из растительных и других природных источников, имеет древние корни и играет ключевую роль в развитии фармации. Первые упоминания о применении экстракционных техник встречаются в древних цивилизациях, таких как Египет, Китай и Индия. В этих культурах использовались различные методы, включая мацерацию, вываривание и перегонку, для извлечения лекарственных веществ из растений [1, 2].

В античной Греции и Риме, знаменитые врачи и ученые, такие как Гиппократ и Гален, развивали и совершенствовали техники экстракции для создания лекарственных средств. Средневековая Европа продолжила эти традиции, дополняя их арабскими учеными, которые внесли значительный вклад в совершенствование дистилляции и экстракции [3].

С началом эпохи Возрождения и развитием науки в Европе методы экстракции стали более изощренными. В XVIII и XIX веках химики начали понимать принципы химического строения и реакций, что позволило им создавать более эффективные и точные методы экстракции. Синтез новых химических соединений и выделение чистых веществ, таких как морфин из опиума и хинин из коры хинного дерева, стало возможным благодаря улучшению экстракционных технологий.

Экстракция играет фундаментальную роль в фармации по нескольким ключевым причинам:

1. Выделение активных веществ: многие лекарственные вещества присутствуют в природных источниках в очень малых концентрациях. Экстракция позволяет эффективно выделять и концентрировать эти вещества, делая возможным их использование в медицине;
2. Чистота и безопасность: процесс экстракции позволяет удалять примеси и нежелательные компоненты, которые могут присутствовать в сырье, обеспечивая высокое качество и безопасность лекарственных препаратов;
3. Разнообразие методов: существует множество методов экстракции, таких как мацерация, перколяция, дистилляция, сверхкритическая флюидная экстракция и другие. Каждый метод имеет свои преимущества и применяется в зависимости от свойств экстрагируемого вещества и конечной цели;
4. Биоактивные соединения: многие современные лекарства базируются на природных соединениях, таких как алкалоиды, гликозиды, терпеноида и флавоноиды. Экстракция позволяет выделять эти соединения, обеспечивая их использование в фармацевтических препаратах;
5. Разработка новых препаратов: Экстракция играет важную роль в исследовании и разработке новых лекарственных средств. Исследователи постоянно ищут новые биоактивные соединения в растениях, грибах и других природных источниках, используя современные методы экстракции для их выделения и изучения [4–8].

Методы экстракции:

1. Мацерация. Метод извлечения активных веществ из растительного сырья путем настаивания в растворителе при комнатной температуре. Методика:

1. Сырье измельчают и помещают в емкость;
2. Заливают растворителем (обычно спирт или вода);
3. Настаивают при комнатной температуре в течение 5–7 дней, периодически перемешивая;
4. Отделяют экстракт от остатка сырья путем фильтрации. Пропорции и время: 1 часть сырья на 5 частей растворителя, 5–7 дней.

2. Ремацерация. Повторное проведение мацерации с тем же растительным сырьем для увеличения выхода экстрактивных веществ. Методика:

1. После первой мацерации остаток сырья заливают новой порцией растворителя;
2. Повторяют процесс настаивания;
3. Сливают экстракт, объединяют его с первым экстрактом или используют отдельно.

3. Перколяция. Метод экстракции, при котором растворитель медленно проходит через слой измельченного сырья, извлекая активные вещества.

Методика:

1. Измельченное сырье загружают в перколятор;
2. Заливают растворителем и оставляют для набухания;
3. Медленно пропускают растворитель через сырье, поддерживая постоянную скорость фильтрации;
4. Собирают экстракт на выходе.

Пропорции и время: 1 часть сырья на 5–10 частей растворителя, процесс может занимать от нескольких часов до нескольких суток.

4. Реперколяция. Многократное проведение перколяции с использованием свежих порций сырья и того же экстракта. Методика:

1. Проводят первую перколяцию, собирают экстракт;
2. Используют этот экстракт для перколяции новой порции сырья;
3. Повторяют процесс необходимое количество раз.

Пропорции и время: пропорции как в перколяции, процесс может занимать несколько циклов по нескольку часов каждый.

5. Противоточная экстракция. Метод экстракции, при котором растворитель и сырье движутся навстречу друг другу, что увеличивает эффективность извлечения. Методика:

1. Сырье и растворитель вводятся в систему с противоположных концов;
2. Растворитель проходит через сырье, забирая экстрактивные вещества;
3. Собирать экстракт на противоположном конце.

6. Экстракция по Чуешову и др. Усовершенствованная мацерация с применением ультразвука для ускорения процесса и повышения выхода экстрактивных веществ. Этот метод, также известный как ультразвуковая экстракция (УЗЭ) [8–22].

УЗЭ является инновационным и эффективным методом, применяемым в фармацевтической промышленности для извлечения биоактивных компонентов из различных растительных и животных материалов. Этот метод основан на использовании ультразвуковых волн высокой частоты, которые создают кавитацию в жидкой среде, что способствует разрушению клеточных структур и высвобождению целевых веществ.

Преимущества ультразвуковой экстракции:

1. Высокая эффективность: УЗЭ позволяет извлекать максимальное количество биоактивных компонентов за короткое время. Это особенно важно для фармацевтической промышленности, где чистота и концентрация экстрактов играют ключевую роль.
2. Экономичность: Процесс ультразвуковой экстракции требует меньше растворителей и энергии по сравнению с традиционными методами экстракции, такими как мацерация или перегонка с водяным паром. Это снижает производственные затраты и делает процесс более экологичным.
3. Сохранение биоактивных свойств: Ультразвуковая обработка происходит при низких температурах, что предотвращает термическое разрушение термолабильных компонентов и сохраняет их фармакологические свойства.

Применение в фармацевтике:

1. Извлечение активных веществ из растений: УЗЭ широко используется для получения экстрактов из лекарственных растений, содержащих алкалоиды, флавоноиды, гликозиды и другие важные биологически активные вещества. Например, экстракция куркумина из куркумы или ресвератрола из виноградных косточек.
2. Извлечение компонентов из животных тканей: Этот метод также применяется для извлечения полезных компонентов из животных тканей, таких как коллаген или гликозаминогликаны, которые используются в производстве биологически активных добавок и препаратов для лечения суставов.
3. Производство наноразмерных препаратов: УЗЭ способствует получению наноразмерных частиц, что важно для создания препаратов с улучшенной биодоступностью и целенаправленной доставкой активных веществ в организм.
4. Очистка и концентрация экстрактов: Ультразвуковая экстракция может быть использована для очистки и концентрации фармацевтических экстрактов, что позволяет улучшить качество конечного продукта и повысить его терапевтическую эффективность.

Факторы, влияющие на ультразвуковую экстракцию (УЗЭ), могут варьировать в зависимости от конкретных условий эксперимента и характеристик используемых материалов, однако обычно они включают в себя следующие аспекты:

1. Частота ультразвука: частота ультразвуковых волн может оказывать существенное влияние на эффективность экстракции. Различные частоты могут обеспечить различную степень разрушения клеточных структур и интенсивность кавитации, что может влиять на выход целевых веществ;
2. Мощность ультразвука: мощность ультразвуковых волн определяет интенсивность и глубину проникновения в материал, что влияет на эффективность разрушения клеточных структур и высвобождение биоактивных компонентов;
3. Время обработки: длительность воздействия ультразвуковых волн также важна для достижения оптимального выхода экстрактивных веществ. Слишком короткое или слишком длительное время экспозиции может негативно отразиться на результате экстракции;
4. Температура: температура среды во время УЗЭ может влиять на степень разрушения клеточных структур, растворимость целевых веществ и стабильность биоактивных компонентов;
5. Размер частиц: размер частиц материала также имеет значение, поскольку он определяет доступность поверхности для воздействия ультразвука. Большие частицы могут требовать дополнительной обработки для обеспечения полного извлечения целевых веществ;
6. Состав растворителя: выбор оптимального растворителя или растворительной системы может значительно повлиять на процесс экстракции, включая растворимость целевых веществ и их селективность.

Учет и оптимизация этих факторов играют ключевую роль в обеспечении эффективности и повторяемости УЗЭ в фармацевтической промышленности.

УЗЭ является перспективным методом в фармацевтической промышленности, обеспечивая высокую эффективность и качество получаемых экстрактов при сниженных производственных затратах. Ее применение способствует разработке новых препаратов и улучшению существующих, что в конечном итоге ведет к повышению качества лечения и здоровья пациентов.

Литература:

1. Коничев А. С. и др. Традиционные и современные методы экстракции биологически активных веществ из растительного сырья: перспективы, достоинства, недостатки //Географическая среда и живые системы. — 2011. — №. 3. — С. 49–54.
2. Турманидзе Г. Н. и др. Совершенствование технологий выделения и очистки биологически активных веществ из растительного сырья //Разработка и регистрация лекарственных средств. — 2023. — Т. 12. — №. 4. — С. 71–79.
3. Лях Ю. Г. Теория и методология медико-биологических исследований: учебно-методическое пособие/ЮГ Лях. — 2022.
4. Постраш И. Ю., Соболева Ю. Г., Андрущенко В. С. Экстракция биологически активных веществ из цветков ромашки аптечной //Вестник АПК Верхневолжья. — 2020. — №. 1. — С. 22–26.
5. Чуешов В. И., Чернов Н. Е., Хохлов Л. Н., Богуловская Л. И., Пашнев П. Д. и др. Промышленная технология лекарств / под. ред. В. И. Чуешова. — I—II том. — Харьков, 2013. — 714 с.
6. Чуешов В. И., Гладух Е. В., Сайко И. В. и др. Технология промышленного производства: учебник для студ. высш. учеб. завед. / пер. с укр.: в 2 ч. — Винница: Нова Книга, 2014. — Ч. 1. — 696 с.
7. Чуешов В. И., Гладух Е. В., Сайко И. В. и др. Технология промышленного производства: учебник для студ. высш. учеб. завед. / пер. с укр.: в 2 ч. — Винница: Нова Книга, 2014. — Ч. 2. — 664 с.
8. Дмитриевский Д. И. Технология лекарственных препаратов промышленного производства: учебное пособие. — Ч. 1. Основные үдерісы и аппараты в фармацевтическом производстве. Экстракционные препараты. — X.: Изд-во НФаУ, 2005. — 145 с.
9. Копичева Ю. А. Изучение наличия иммунитета различных видов роз в зависимости от экологической ситуации города //Современные тенденции молодежной науки. — 2020. — С. 28–30.
10. Козлова О. В. и др. Методы экстракции иммуномодуляторов растительного происхождения //Техника и технология пищевых производств. — 2023. — Т. 53. — №. 4. — С. 680–688.
11. Жезняковская Л. Ф., Лазутина Е. В. Выделение биологически активных веществ из листьев сливы домашней //Инновационные технологии в фармации. — 2023. — С. 209–214.
12. Кривова Л. П., Волкова А. С. Использование метода перколяции для экстракции ароматических компонентов из растительного сырья (разработка рецептуры алкогольного напитка) //ББК 60 О 23. — 2019. — С. 176.
13. Белокуров С. С. и др. Современные методы экстрагирования лекарственного растительного сырья (обзор) //Химико-фармацевтический журнал. — 2019. — Т. 53. — №. 6. — С. 48–53.
14. Сазанова К. Н., Шарипова С. Х. Перспективы создания новых лекарственных препаратов на основе плодов растений рода лабазник //Фармацевтическое образование СамГМУ. История, современность, перспективы. — 2021. — С. 451–457.
15. Шаталов И. С. и др. Изучение гепатопротекторного действия экстрактов кизила обыкновенного //Медико-фармацевтический журнал «Пульс». — 2018. — Т. 20. — №. 10. — С. 111–115.
16. Лещева Е. В. и др. Изучение применения методов интенсификации процесса экстракции алкалоидов из травы чистотела большого //Innоvatiоns in life sсienсes. — 2022. — С. 254–255.
17. Лещева Е. В. и др. Изучение применения методов интенсификации процесса экстракции алкалоидов из травы чистотела большого //Innоvatiоns in life sсienсes. — 2022. — С. 254–255.
18. Марданлы С. Г. и др. Мяты перечной настойка и способ ее получения. — 2020.
19. Орлова Т. В., Ринатова Н. Р. Экстракция сверхкритическими флюидами (Sc CO2) //Здоровьесберегающие технологии, качество и безопасность пищевой продукции. — 2021. — С. 86–89.
20. Грибова Н. А., Мызникова М. А. Инновационная переработка растительного сырья, экстракция //Траектории развития. — 2020. — С. 313–319.
21. Дьякова Н. А., Костылева А. А. Ультразвуковая экстракция: применение и перспективы в технологии фитопрепаратов (обзор) //Традиционная медицина. — 2022. — №. 1. — С. 11–19.
22. Подолина Е. А. и др. Ультразвуковая экстракция и УФ-спектрофотометрическое определение суммы флавоноидов и дубильных веществ в надземной части василька синего //Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Химия. Биология. Фармация. — 2018. — №. 2. — С. 28–35.