🔵 Характеристика экстрагента 💧
=============================
Молекулы полярных растворителей содержат атомы с разной электроотрицательностью и обладают собственным дипольным моментом.

💧Полярные жидкости (вода, спирт этиловый) растворяют полярные вещества и наоборот.

💧Полярные жидкости хорошо смачивают полярные поверхности (растекаются по ним), и плохо – неполярные.

💧Полярность растворителя будет определять его способность смачивать поверхность растительного сырья (в зависимости от свойств этой поверхности):

Полярная жидкость хорошо смачивает полярную поверхность и плохо – неполярную. Θ – краевой угол смачивания: чем он меньше, тем лучше смачиваемость

🔵 На процесс смачивания сырья влияет также и вязкость экстрагента: вязкие жидкости медленнее распределяются по поверхности растительного сырья.

🟡 Это существенно для ряда растворителей – например, растительных масел. Часто их предварительно нагревают – для того, чтобы снизить вязкость и ускорить процесс экстрагирования.

Капли воды на поверхности листа, покрытого восковой кутикулой: пример очень плохого смачивания (Θ значительно больше 90 градусов; капли имеют почти шарообразную форму)

🌱 Теория экстрагирования – основные этапы 📜🌿
==============================
Экстрагирование – это процесс массопереноса в системе твёрдое – жидкость, который идёт самопроизвольно до выравнивания концентраций веществ в сырье и экстрагенте.

Теория экстрагирования описывает этапы взаимодействия сырья и экстрагента и их закономерности:
▫️1. Проникновение экстрагента в сырьё
▫️2. Смачивание внутренней поверхности клеток
▫️3. Растворение веществ, находящихся на внутренней поверхности клеток
▫️4. Массоперенос растворённых веществ через пористые клеточные стенки (молекулярная диффузия)
▫️5. Переход веществ от поверхности сырья в раствор:
5.1 Диффузия через ламинарный подслой
5.2 Конвективная диффузия веществ в общий объём экстрагента

🟩 Параллельно этим процессам идёт также и вымывание веществ из внешнего слоя разрушенных клеток частицы сырья.

Теория экстрагирования. Этап 1. Проникновение экстрагента в сырьё 📜🌿
==============================
◽️Вначале экстрагент смачивает внешнюю поверхность частиц сырья. Этот процесс зависит от свойств поверхности и растворителя (их полярности, вязкости жидкости, формы и размера частицы сырья). Основные закономерности смачивания описаны выше.

◽️После смачивания поверхности частицы экстрагент под действием капиллярных сил начинает поступать внутрь клеток.
Капилляры данном случае – это очень узкие ходы, образуемые в сырье макропорами.
Капиллярные явления возникают на границе раздела фаз – в данном случае на границе раздела твёрдое (сырьё) – газ (воздух) – жидкость (экстрагент). Когда смачивание поверхности для жидкости энергетически выгоднее, чем контакт с газовой фазой, возникает отрицательное давление, в результате чего жидкость поднимается по капиллярам:

Пример капиллярного явления: поднятие полярной жидкости (воды) в капилляре с гидрофильной поверхностью.

[тот же принцип используется, например, в восходящей тонкослойной хроматографии, когда жидкость движется вверх по хроматографической пластинке, погружённой в неё на незначительное расстояние]

◽️Экстрагент движется по капиллярам и заполняет клетки сырья, одновременно вытесняя из них воздух ➡️🌫

❗️Вытеснение воздуха из сырья – медленный процесс, и он может существенно уменьшить скорость экстракции.

📌 Ускорить заполнение капилляров экстрагентом можно с помощью:
- предварительного вакуумирования сырья (удаления воздуха из клеток при пониженном давлении)
- повышения давления на первом этапе экстрагирования
и другими способами.

◽️Чем объёмнее частица сырья, тем дольше идёт проникновение в неё экстрагента и вытеснение воздуха.

Поэтому процесс экстрагирования для относительно "плоских" и "объёмных" частиц сырья будет отличаться.

Пример объёмной частицы сырья

Пример относительно "плоской" частицы сырья

Теория экстрагирования. Этап 2. Смачивание экстрагентом внутренней поверхности клеток 📜🌿
===========================
Этот этап идёт параллельно с проникновением экстрагента в клетки по капиллярам по тем же, описанным выше, законам смачивания.

Как правило, во внутренней поверхности клеток преобладает гидрофильность, поэтому полярные жидкости смачивают её лучше.

📌 Для снижения поверхностного натяжения на границе раздела фаз твёрдое – жидкость (и улучшения смачивания) в состав экстрагента иногда вводят поверхностно-активные вещества (ПАВы).

Теория экстрагирования. Этап 3. Растворение веществ, находящихся на внутренней поверхности клеток 📜🌿
===========================
Одни вещества прочно адсобированы на внутренней поверхности клеток высушенного сырья, в то время как другие связаны с поверхностью слабо (это зависит от свойств конкретного соединения и поверхности).

◽️Экстрагент, смачивая внутреннюю поверхность клеток, десорбирует вещества, находящиеся на ней. Для разных соединений процесс десорбции имеет разное значение: в одних случаев экстрагенту требуется преодолеть силы, удерживающие вещества в адсорбированном состоянии, в других – этот процесс протекает легко. Скорость процесса десорбции зависит также от свойств экстрагента, в том числе его полярности.

📌 Пример: хлористый метилен хорошо растворяет сердечные гликозиды листьев ландыша, однако, как неполярный растворитель, плохо десорбирует их с внутренней поверхности клеток. Поэтому для улучшения десорбции гликозидов к нему добавляют около 5 % более полярного растворителя – спирта этилового 96 %. Такой экстрагент (смесь хлористого метилена со спиртом) используется для циркуляционного экстрагирования листьев ландыша.

◽️После десорбции вещества растворяются в экстрагенте. Этот процесс протекает по-разному для низко- и высокомолекулярных веществ.

🔵 Скорость растворения низкомолекулярных веществ зависит от их растворимости в конкретном экстрагенте, размеров молекулы, а также количества вещества, уже перешедшего в раствор (чем ближе экстрагент к насыщению, тем медленнее идёт растворение).

🔵 Для высокомолекулярных соединений вначале происходит процесс набухания, когда молекулы растворителя "вклиниваются" между цепочками молекул ВМС, сольватируют их, ослабляя их меж- и внутримолекулярные связи. В результате этого молекулы ВМС «поглощают» растворитель и увеличиваются в размерах (набухают). Затем
🔹 неограниченно набухающие ВМС (слизи, камеди, большинство белков растительной клетки) переходят в раствор в виде отдельных молекул;
🔹органиченно набухающие ВМС (крахмал) остаются в коллоидном состоянии.

🟦 Набухание ВМС также зависит от их полярности и свойств экстрагента. Растительная клетка содержит большое количество полярных ВМС, которые хорошо набухают в воде.

❗️Третий этап экстрагирования заканчивается образованием внутри клеток насыщенного раствора, который получил название "первичный сок" 🟢

Теория экстрагирования. Этап 4. Молекулярная диффузия 📜🌿
==============================
◽️ В ситуации, когда внутри клеток образовался концентрированный раствор, а снаружи частицу сырья окружает чистый растворитель, создаётся разность концентраций, в результате чего молекулы растворённых веществ из первичного сока начинают двигаться к наружной поверхности частицы сырья через пористые клеточные стенки.

🟢 Диаметр макропор (капилляров) по сравнению с растворёнными веществами достаточно велик, поэтому через макропоры все вещества (включая ВМС) проходят путём простой диффузии.

🟢 Микропоры пропускают только низкомолекулярные вещества, то есть являются полупроницаемой мембраной. Через неё протекают процессы осмоса и диализа.
▫️Осмос – движение молекул растворителя через полупроницаемую мембрану по градиенту концентрации.
▫️Диализ – движение молекул растворённого вещества через полупроницаемую мембрану по градиенту концентрации.

Оба процесса самопроизвольны и идут до выравнивания концентраций:

Процессы осмоса и диализа: растворитель стремится "разбавить" концентрированный раствор (осмос),
низкомолекулярные вещества двигаются в область их низких концентраций (диализ)

🟢 Молекулы как растворителя, так и низкомолекулярных веществ, двигаются в ту область, где их меньше (движение по градиенту концентрации)

Все вместе процессы 4 этапа экстрагирования выглядят так: