No title

 

Лаборатория Гигротермических Процессов

ИТТФ НАН Украины

 

+(38044) 424-13-96

+(38044) 424-98-86

 

НА ГЛАВНУЮ    О ЛАБОРАТОРИИ    ТЕХНОЛОГИИ   ПРОЕКТЫ    СТАТЬИ    ВНЕДРЕНИЯ    КОНТАКТЫ

 

 

 

Оборудование для косметической отрасли и фармацииОборудование для ветеринарииОборудование для пищевой промышленностиоборудование для производства топлив, масел, ГСМ 

 

 

Статьи:

 English

Оборудование для:

 

Оборудование для:

 • Фармации и косметической отрасли

 • Пищевой промышленности

 • Ветеринарии

 • Производства топлив, масел, ГСМ

 

Рекламные проспекты:

reclama-01.JPG

reclama-02.JPG

 

УДК 66.061.3

СПОСОБЫ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССА ЭКСТРАКЦИИ БИОЛОГИЧЕСКИ-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

Л.Н. Грабов, Е.А. Переяславцева, Д.В. Посунько

_____________________________________________

 Институт технической теплофизики НАН Украины, ул. Желябова, 2а, Киев-57, 03057, Украина

 

Розглянуто залежності швидкості екстракції і кількості сухих речовин при водній та водно-спиртової екстракції від методу вилучення. Запропоновані технологія та обладнання для інтенсифікації процесу екстракції.

Рассмотрены зависимости скорости экстракции и количества сухих веществ при водной и водно-спиртовой экстракции от метода извлечения. Предложны технология и оборудование для интенсификации процесса экстракции.

Dependences of speed of extaction and quantities of solids in water and water-spirit extaction from a method of extraction are considered. Technology and the equipment for a process of extraction's intensification are offered.

Ключевые слова: экстракция, дискретно-импульсный ввод энергии, интенсификация.

БАВ – биологически-активные вещества;

ДИВЭ – дискретно-импульсный ввод энергии;

ИТТФ – Институт технической теплофизики;

НАНУ – Национальная академия наук Украины;

РПА – роторно-пульсационный аппарат;

СВ – сухие вещества;¬

В основе получения экстрактов лежит комплекс тепломассообменных процессов: конвективная и молекулярная диффузии, перенос извлекаемого вещества из твердой фазы в жидкую, теплопередача при нагреве/охлаждении, перемешивание и растворение.

В фармацевтической, пищевой и перерабатывающей промышленностях для получения БАВ из растительного сырья широко используется метод экстракции с помощью жидких экстрагентов, таких как вода, этиловый спирт, их смеси в различных соотношениях, а также различные органические растворители [1, 2].

В производстве чаще всего используют классический способ получения экстрактов - мацерация (настаивание). Этот способ имеет низкую эффективность – время экстрагирования БАВ составляет от 1 до 20 суток [3]. На полноту и скорость экстракции влияет размер частиц сырья, температура и продолжительность процесса, соотношение между количеством сырья и экстрагента и ряд других факторов.

ИТТФ НАНУ на протяжении ряда лет работает над решением задачи интенсификации процесса экстракции. Для решения этой задачи предложен термодиффузионный способ извлечения БАВ. Суть термодиффузионного способа экстракции заключается в знакопеременном движении экстрагента через слой сырья. При этом температуру экстрагента изменяют в осциллирующем режиме. Знакопеременное движение экстрагента через сырье позволяет ускорить внешний массообмен, а осциллирующий температурный режим экстрагента – внутренний [4]. Совокупность влияния этих параметров значительно интенсифицирует процесс экстракции. На данный способ был получен патент [5].

Для реализации термодиффузионного способа извлечения БАВ разработана технология и соответствующее оборудование (рис. 1).

Рис. 1 – Установка «Рига-1000» для экстракции БАВ из растительного сырья термодиффузионным способом

Для определения влияния этого способа на скорость экстракции проведена серия опытов, в которой в качестве экстрагента использовались вода и этиловый спирт 70°, а в качестве сырья кора крушины (Frangula alnus) и цветы календулы (Calendula officinalis) соответственно. Для сравнения рассматривались три метода экстракции БАВ из растительного сырья: экстракция с неподвижным экстрагентом, экстракция с движением экстрагента в одном направлении и экстракция со знакопеременным движением экстрагента.

В первой серии опытов осуществлялось экстрагирование высушенной до постоянной массы коры крушины. Экстрагент – подготовленная вода. Условия эксперимента следующие: температура экстракции – 60±2 °С, размер частиц – 0,5...2,0 мм; отношение продукта к экстрагенту – 1:10; экспозиция – 160 мин. Определялось содержание СВ и антраценов в полученном экстракте. Результаты эксперимента представлены на рис. 2.

 Рис. 2 – Зависимость водной экстракции сухих веществ и антраценов (усл. %) из коры крушины от времени экспозиции на установке «Рига-1000»: 1 – содержание СВ при экстракции с неподвижным экстрагентом, 2 – содержание СВ при экстракции с движением экстрагента в одном направлении, 3 – содержание СВ при экстракции со знакопеременным движением экстрагента, 4 – содержание антраценов при экстракции с неподвижным экстрагентом, 5 – содержание антраценов при экстракции с движением экстрагента в одном направлении, 6 – содержание антраценов при экстракции со знакопеременным движением экстрагента.

При экстракции коры крушины водой скорость экстракции сухих веществ (СВ) при экстракции с неподвижным экстрагентом составляет 23…55 х10-3 усл.% СВ в мин., при экстракции с движением экстрагента в одном направлении – 22…62 х10-3 усл.% СВ в мин. и при экстракции со знакопеременным движением экстрагента – 26…71 х10-3 усл.% СВ в мин. Выход сухих веществ увеличился с 2,26 усл.% СВ при экстракции с неподвижным экстрагентом до 2,35…2,37 усл.% СВ при мацерации с движением экстрагента. Выход антраценов, также соответственно увеличился. Время экспозиции сократилось с 160 мин. при экстракции с неподвижным экстрагентом до 100 мин. при экстракции с движением экстрагента.

Во второй серии опытов проводилось экстрагирование высушенных до постоянной массы цветов календулы. Экстрагент – этиловый спирт 70°. Условия эксперимента следующие: температура экстракции – 35±2 0С, размер частиц – 1,0...3,0 мм; отношение продукта к экстрагенту – 1:10; экспозиция – 2880 мин (48 часов). Результаты эксперимента представлены на рис. 3.

Рис. 3 – Зависимость спиртовой экстракции сухих веществ (усл. %) из цветов календулы от времени экспозиции на установке «Рига-1000»: 1 – экстракция с неподвижным экстрагентом, 2 – экстракция с движением экстрагента в одном направлении, 3 – экстракция со знакопеременным движением экстрагента.

При экстракции цветов календулы этиловым спиртом скорость экстракции при экстракции с неподвижным экстрагентом составляет 1…3,5 х10-3 усл.% СВ в мин., при экстракции с движением экстрагента в одном направлении – 2…4,5 х10-3 усл.% СВ в мин. и при экстракции со знакопеременным движением экстрагента – 2,2…5 х10-3 усл.% СВ в мин. Выход сухих веществ увеличился с 2,12 усл.% СВ при экстракции с неподвижным экстрагентом до 3,04…3,07 усл.% СВ при экстракции с движением экстрагента. Время экспозиции сократилось с 2880 мин. (48 часов) при экстракции с неподвижным экстрагентом до 1440 мин. (24 часа) при экстракции с движением экстрагента, т.е. в 2 раза.

Для интенсификации процесса экстракции БАВ из растительного сырья было предложено применить механизмы ДИВЭ: скачки  давления, гидравлический удар, звуковые и ультразвуковые волны, кавитация, эффекты турбулентности, вихреобразования и другие явления реализуемые в РПА. В ИТТФ была разработана и изготовлена установка «Рига-1000» (рис. 4). В продуктовый тракт установки встроен РПА дисково-цилиндрического типа АР-3000. Данный аппарат предназначен для направленного дискретного энергетического воздействия на циркулирующий в продуктовом тракте экстрагент и растительное сырье в реакторе.

На данной установке проведена серия исследований влияния механизмов ДИВЭ на скорость экстракции. Результаты эксперимента по экстракции цветов календулы этиловым спиртом представлены на рис. 4. Условия эксперимента следующие: сырье – цветы календулы (Calendula officinalis L.), экстрагент – этиловый спирт 70°, температура экстракции – 35±2 0С, размер частиц – 1,0...3,0 мм; отношение продукта к экстрагенту – 1:10; экспозиция – 1800 мин. (30 часов).

Рис. 4 – Зависимость спиртовой экстракции сухих веществ (усл. %) из цветов календулы от времени экспозиции на установке «Рига-1000»: 1 – экстракция с движением экстрагента в одном направлении, 2 – экстракция с использованием РПА и с движением экстрагента в одном направлении.

При экстракции цветов календулы этиловым спиртом на установке «Рига-1000» скорость экстракции при экстракции с движением экстрагента в одном направлении – 2,2…4,1 х10-3 усл.% СВ в мин. и при экстракции с использованием РПА и с движением экстрагента в одном направлении – 3,7…5,5 х10-3 усл.% СВ в мин. Выход сухих веществ увеличился с 3,02 усл.% СВ при экстракции с движением экстрагента в одном направлении до 3,13 усл.% СВ при экстракции с использованием РПА и с движением экстрагента в одном направлении.

Обобщив полученные в результате экспериментов данные, в ИТТФ НАНУ разработаны и изготовлены  установки для извлечения БАВ из растительного сырья: «Флора-120» (внедрена на заводе «Продтовары», г. Переяслав-Хмельницкий), «Рига-200» и «Рига-1000» (внедрены на ФО «Рижская фармацевтическая фабрика», г. Рига, Латвия), «Сибирь-600» (внедрена на ООО «Бегриф», г. Бердск, Новосибирская обл., Россия). На этих установках получены настойки календулы (Calendula officinalis L.), валерианы (Valeriana officinalis L.), боярышника (Crataegus), перца стручкового (Capsicum annuum L.), пиона уклоняющегося (Paconia anomala L.), пустырника (Leonurus cardiaca L.) и др., а также сиропы из корня солодки (Glycyrrhizae radices) и плодов шиповника (Rosae fructus) и др.

Выводы

1. Для определения влияния разных способов экстракции была проведении серия опытов по водной и водно-спиртовой экстракции БАВ из сырья растительного происхождения:

- скорость экстракции в случае с движущимся экстрагентом по сравнению с неподвижным экстрагентом выше, в результате чего время экспозиции сокращается  в 1,5 – 2 раза. Наблюдается повышенный выход сухих веществ на 5 – 10 %;

- скорость экстракции при знакопеременном движении экстрагента по сравнению со скоростью экстракции при движении экстрагента в одном направлении выше на 15 – 20 %;

- скорость экстракции при использовании РПА по сравнению со скоростью экстракции при движении экстрагента в одном направлении на начальном этапе экстрагирования выше на 20 – 25 %.

2. Для реализации термодиффузионного способа извлечения БАВ из растительного сырья с применением метода дискретно-импульсного ввода энергии предложена технология и оборудование.

Литература:

1.      Прокопенко А.П. Основные итоги и перспективы исследований лаборатории тех¬нологии фитохимических производств ГНЦЛС / А.П. Прокопенко, П.П. Ветров, С.А. Прокопенко, Г.А. Жуков // Фармаком. – 1996. –  №6. – С. 23 – 26.

2.      Лысянский В.М. Экстрагирование в пищевой промышленности / В.М. Лысянский, С.М. Гребенюк. – М.: Агропромиздат, 1987. – 188 с.

3.      Пономарев В.Д. Экстрагирование лекарственного сырья / Пономарев В.Д. – М.: Медицина, 1976. – 204 с.

4.      Гончаренко Г.К., Орлова Е. И. Пути интенсификации процесса экстракции в периодических условиях / Г.К. Гончаренко, Е.И. Орлова // Мед. пром. СССР. – 1968. – № 6. – С. 45 – 46.

5.      Пат. 78455 Україна, МПК B 01 D 11/02, A 61 K 36/00. Спосіб екстрагування біологічно-активних речовин у системі «Тверде тіло - рідина» / Долінський А.А. та ін.; заявник та власник патенту Інститут технічної теплофізики Національної академії наук України. - № а200511922; заявл. 12.12.05; опубл. 15.03.07, Бюл. №3.

 

Лаборатория Гигротермических Процессов

Лаборатория Гигротермических Процессов

ИТТФ НАНУ

Все права защищены ® 2009-2015