Спосіб контролю та керування процесом екстракції лікарської рослинної сировини

Реферат: Винахід належить до області фармації і може знайти застосування в керуванні технологічним процесом екстракції у виробництві лікарських настойок або екстрактів. Спосіб контролю і керування процесом екстракції лікарської рослинної сировини відбувається за допомогою потенціометричного визначення концентрації іонів калію або кальцію у витяжці під час проведення екстракційного процесу. При досягненні певного значення концентрації іону в витяжці (різниці потенціалів) автоматика припиняє процес екстракції і починає наступну технологічну операцію. UA 115551 C2 (12) UA 115551 C2 UA 115551 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до області фармації, а саме до способів контролю та керування процесом екстракції лікарської рослинної сировини і може бути використаний як дистанційний спосіб контролю і керування концентрацією екстрактивних речовин у спиртоводних витяжках у перерахунку на іони калію або кальцію у фітохімічній промисловості при виробництві настойок або екстрактів. Однією з основних умов виробництва лікарських засобів і торгівлі ними є забезпечення якості в першу чергу за рахунок виконання принципів і правил належної виробничої практики. Згідно з вимогами належної виробничої практики всі стадії технологічного процесу виробництва лікарського засобу повинні контролюватися, реєструватися і протоколюватися. Контроль вихідної сировини, зберігання та обробка набувають особливого значення при виробництві лікарських засобів з рослинної сировини через їх склад, тобто наявності великого числа активних інгредієнтів. На даний момент, контроль витяжок з рослинної сировини проводиться тільки після завершення процесу екстракції встановленого регламентом. Контроль напівпродукту відбувається, наприклад, за такими відомими способами як: визначення густини витяжки, а також концентрації екстрактивних речовин у витяжках з рослинної сировини в перерахунку на сухий залишок за допомогою гравіметрії, флавоноїдів в перерахунку на рутин за допомогою спектрофотометрії чи високоефективної хроматографії, дубильних речовин за допомогою титриметрії перманганатом калію тощо (згідно з ДФУ або ДФ СРСР XI вид. т. 1 і 2). Однак всі вони не можуть застосовуватися як експрес-методи контролю та масового управління в процесі виробництва настойок або екстрактів, оскільки вимагають значної кількості часу для свого здійснення (кілька годин) і транспортування проби в аналітичну лабораторію. Управління в даному випадку проводиться тільки зливом витяжки з екстрактора після встановленого регламентом часу, який може досягати 12-24 годин (Минина С.А., Каухова И.Е. Химия и технология фитопрепаратов: учебное пособие. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009. - 560 с., Экстракционные фитопрепараты промышленного производства: Учебнометодическое пособие /Т.Г. Хоружая, B.C. Чучалин. - Томск: Изд-во НТЛ, 2004. - 123 с.). Відомо, що в рослинах міститься значна кількість неорганічних речовин, у вигляді катіонів та аніонів, які непрямо оцінюються за таким показником для лікарської рослинної сировини як загальна зола і зола, що не розчинна у соляній кислоті. Їх вміст у сировині може знаходитися в межах 2-20 % в перерахунку на абсолютно суху сировину (згідно з ГФ СРСР XI вид. т. 2). Відомо також, що одними з найважливіших макроелементів рослин, є калій, кальцій, кремній і магній, які накопичуються в них у досить великих кількостях (Универсальная энциклопедия лекарственных растений /Сост. И. Путырский, В. Прохоров. - Мн.: Книжный дом; М.: Махаон, 2000. - 656 с.). Іони калію в рослинній тканині знаходяться в основному у формі розчинних солей і легко переходять в витяжки без утримування їх на скелеті. Іони кальцію і магнію можуть знаходитися як у вигляді розчинних солей і комплексів, так і у вигляді жорстко пов'язаних нерозчинних сполук. Тому визначення іонів калію, а в деяких випадках іонів кальцію в спиртоводних витяжках може бути перспективним у використанні для контролю і керування процесом екстракції. Відомий спосіб потенціометричного визначення концентрації речовин в розчинах екстракційних систем (пат. РФ № 2141650). Недоліком даного способу є необхідність нестандартних, спеціальних вимірювальних електродів і розроблений він для роботи зі спеціальними органічними розчинниками, які не змішуються з водою. Він також не придатний для контролю іонів під час екстракції рослинної сировини. Даний спосіб взятий нами як прототип. Задачею винаходу є розробка способу контролю і керування процесом екстракції лікарської рослинної сировини за допомогою потенціометрії, придатного для аналізу спиртоводних витяжок безпосередньо в процесі їх отримання. Поставлена задача вирішується таким чином, що у способі контролю та керування процесом екстракції лікарської рослинної сировини (ЛРС), що включає потенціометричне вимірювання різниці потенціалів в електролітичній комірці: перший електрод - вимірюваний розчин - другий електрод та визначення концентрації за градуювальним графіком в координатах "різниця потенціалу - концентрація вимірюваного іону", згідно з винаходом, як вимірювані розчини використовують водно-сольові розчини спиртоводних витяжок з ЛРС, як перший електрод - іонселективний електрод до іонів калію або кальцію, як другий електрод - хлорсрібний електрод порівняння, вимірювання у процесі екстрагування відбувається із заданою періодичністю без зупинки процесу екстракції, а при досягненні заданого значення різниці потенціалів між електродами автоматика припиняє процес екстракції. 1 UA 115551 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 На фіг. 1 зображена принципова схема процесу контролю і керування процесом екстракції по іону калію: таймер 1 в призначений час включає систему дозування 2, яка відбирає заданий об'єм 0,50 або 1,00 мл досліджуваного спиртоводного витягу з екстрактора 3 у випадку мацерації або збірника 4 при перколяції; 1,00 мл водного розчину 0,025 моль/л MgSO4 зі збірника 5; і 8,00 або 8,50 мл води двічі дистильованої зі збірника 6; змішує їх у ємності 16 і вимірюваний розчин подає в попередньо відкалібровану потенціометричну комірку 7, де знаходяться калій-селективний електрод 8 (наприклад, ЕЛІС-121 К) і електрод порівняння двоключовий 9 (наприклад, ЕПР-10101 заповнений 1 моль/л розчином Li2SO4) і далі розчин зливається в збірник для злива 15. Далі таймер 1 відключається на заданий проміжок часу і цикл повторюється знову. При цьому за допомогою потенціометра 10 вимірюється різниця потенціалів між електродами, і сигнал подається на систему контролю і керування 11, яка спрацьовує по досягненні заданої різниці потенціалів і приводить в робочий стан органи регулювання зливу екстракту 12 (у разі мацерації) або припинення подачі екстрагента 13 (в разі перколяції) з мірника 14. Винахід пояснюється прикладами. Приклад 1 Градуювання калій-селективного електрода за стандартними розчинами з додаванням 40 % (об.) етанолу. Дані по калібруванню калій-селективного електрода за стандартними розчинами зображені на фіг. 2. Як видно з фіг. 2, залежність різниці потенціалів електродів Е (мВ) від lgCm має лінійний 2 характер (r =0,9995) в широкому діапазоні концентрацій від 0,00039 до 3,9 г/л (lgCm від -3,4 до 0,59); дослідний кутовий коефіцієнт нахилу S·ψ=57,0 MB/lgCm проти теоретичного значення S=60,0 MB/lgCM (для температури 29 °C). Це відхилення практичного результату від теоретичного може пояснюватися впливом спирту у вимірюваному розчині на калій-селективний електрод. Приклад 2 На фіг. 3 наведена крива залежності концентрації суми гідроксикоричних кислот в перерахунку на хлорогенову кислоту від концентрації іонів калію у витяжці під час методу перколяції при температурі 27±1 °C із зазначенням часу зливу, який виражений у хвилинах. Умови перколяції: 1. сировина - трава хвоща польового; 2. діаметр частинок - 0.1÷0.5 мм; 3. екстрагент - етанол 40 % об.; -3 4. об'ємна швидкість зливу витяжки на одиницю маси рослинної сировини - 2.56·10 л/(кг·сек); 5. співвідношення маси сировини: об'єм витяжки, що зливається - 1:10. Як видно з даних фіг. 3 залежність концентрації хлорогенової кислоти від іонів калію прямолінійна, що свідчить про одночасний вихід іонів калію та хлорогенової кислоти як противоіону і підтверджує можливість контролю і управління процесом перколяції за допомогою іонометрії під час перколяції. На фіг. 4 показана залежність концентрації іонів калію у витяжці від часу зливу витяжки з трави хвоща польового. Як видно з кривої на фіг. 4 концентрація іонів калію (а значить і хлорогенової кислоти) різко знижується приблизно до сорокової хвилини, а далі дуже повільно знижується. Це показує доцільність припинення процесу екстракції в цей час автоматикою і економію екстрагента. Приклад 3 На фіг. 5 наведена крива залежності концентрації суми гідроксикоричних кислот у перерахунку на хлорогенову кислоту і концентрації іонів калію у витяжці, що зливається під час методу мацерації при температурі 27±1 °C із зазначенням часу зливу, який виражений в годинах. Умови мацерації: 1) сировина - трава хвоща польового; 2) діаметр частинок - 2+3 мм; 3) екстрагент - етанол 40 % об.; 4) співвідношення маси сировини: об'єм екстрагенту - 1:10. Як видно з даних фіг. 5 залежність концентрації хлорогенової кислоти від іонів калію прямолінійна, що свідчить про одночасний вихід іонів калію та хлорогенової кислоти як 2 UA 115551 C2 5 10 15 20 25 30 противоіону і підтверджує можливість контролю і керування процесом мацерації за допомогою іонометрії під час мацерації. На фіг. 6 показана залежність концентрації іонів калію у витяжці від часу екстракції трави хвоща польового при мацерації. Як видно з кривої на фіг. 6 концентрація іонів калію (а значить і хлорогенової кислоти) різко збільшується приблизно до четвертої години, а далі дуже повільно доходить до рівноважної. Що показує доцільність припинення процесу екстракції в цей час автоматикою і економію часу. Приклад 4 На фіг. 7 наведена крива залежності концентрації суми сенозидів у перерахунку на сенозид В і концентрації іонів кальцію у витяжці, що зливається під час методу перколяції при температурі 27±1 °C із зазначенням часу зливу, який представлено у хвилинах. Умови перколяції: 1) сировина - листя сени гостролистої; 2) діаметр частинок - 0.1÷0.5 мм; 3) екстрагент - етанол 70 % об.; -3 4) об'ємна швидкість зливу витяжки на одиницю маси рослинної сировини - 1.16·10 л/(кг·сек); 5) співвідношення маси сировини: об'єм витяжки, що зливається - 1:10. Як видно з даних фіг. 7 залежність концентрації сенозидів від концентрації іонів кальцію прямолінійна, що свідчить про одночасність виходу кальцію і сенозидів під час перколяції і підтверджує можливість контролю і керування процесом перколяції за допомогою іонометрії. На фіг. 8 показана залежність концентрації іонів кальцію у витяжці від часу зливу витяжки з листя сени гостролистої при перколяції. Як видно з кривої на фіг. 8 концентрація іонів кальцію (а значить і сенозидів) різко знижується приблизно до сотої хвилини, а далі дуже повільно знижується. Що показує доцільність припинення процесу перколяції в цей час автоматикою задля економії екстрагенту. Таким чином, заявлений спосіб дозволяє контролювати і керувати процесом екстракції лікарської рослинної сировини, через визначення концентрації іонів калію або кальцію в спиртоводних витяжках безпосередньо під час екстракційного процесу, що може значно скоротити час виробництва і зменшити витрати екстрагенту та дозволяє автоматизувати процес екстракції. Спосіб може бути використаний у фармацевтичній промисловості для контролю і керування процесом екстракції з лікарської рослинної сировини за допомогою води або етанолу різної концентрації. 35 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 Спосіб контролю та керування процесом екстракції лікарської рослинної сировини (ЛРС), що включає потенціометричне вимірювання різниці потенціалів в електролітичній комірці: перший електрод-вимірюваний розчин-другий електрод та визначення концентрації за градуювальним графіком в координатах "різниця потенціалу-концентрація вимірюваного іону", який відрізняється тим, що як вимірювані розчини використовують водно-сольові розчини спиртоводних витяжок з ЛРС, як перший електрод - іон-селективний електрод до іонів калію або кальцію, як другий електрод - хлорсрібний електрод порівняння, вимірювання у процесі екстрагування відбувається із заданою періодичністю без зупинки процесу екстракції, а при досягненні заданого значення різниці потенціалів між електродами процес екстракції припиняється автоматично. 3 UA 115551 C2 4 UA 115551 C2 5 UA 115551 C2 6 UA 115551 C2 Комп’ютерна верстка В. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7