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).
===========================
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.
===========================
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.
🔵 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:
==============================
◽️ 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:
🟢 Молекулы как растворителя, так и низкомолекулярных веществ, двигаются в ту область, где их меньше (движение по градиенту концентрации)
Теория экстрагирования. Этап 5.1 Диффузия через ламинарный подслой 📜🌿
=========================
Частицу сырья омывает пограничный слой экстрагента, который движется вокруг неё в одном направлении. Жидкость в этом потоке движется по одной траектории и не перемешивается внутри слоя. Такое движение называют ламинарным.
◽️Молекулы растворённых веществ, достигая внешней поверхности частицы сырья, попадают в этот поток и увлекаются им в движение вокруг твёрдой фазы. Этот процесс может продолжаться долго, поэтому его выделяют в отдельную стадию.
=========================
Частицу сырья омывает пограничный слой экстрагента, который движется вокруг неё в одном направлении. Жидкость в этом потоке движется по одной траектории и не перемешивается внутри слоя. Такое движение называют ламинарным.
◽️Молекулы растворённых веществ, достигая внешней поверхности частицы сырья, попадают в этот поток и увлекаются им в движение вокруг твёрдой фазы. Этот процесс может продолжаться долго, поэтому его выделяют в отдельную стадию.
Теория экстрагирования. Этап 5.2 Конвективная диффузия📜🌿
========================
◽️Конвективная диффузия – это движение молекул растворённого вещества от ламинарного слоя в общий объём экстрагента. Молекулы постепенно «отрываются» от внешней границы ламинарного потока и распределяются в общей жидкой среде.
📌 В статических условиях этот процесс протекает медленно. Однако его можно ускорить, создав движение жидкости – например, с помощью перемешивания. При интенсивном перемешивании ламинарный слой экстрагента практически исчезает, и молекулы растворённых веществ от поверхности сырья попадают сразу в общий объём экстрагента.
🟢 Поэтому перемешивание – наиболее простой способ интенсификации (ускорения) процесса экстрагирования.
========================
◽️Конвективная диффузия – это движение молекул растворённого вещества от ламинарного слоя в общий объём экстрагента. Молекулы постепенно «отрываются» от внешней границы ламинарного потока и распределяются в общей жидкой среде.
📌 В статических условиях этот процесс протекает медленно. Однако его можно ускорить, создав движение жидкости – например, с помощью перемешивания. При интенсивном перемешивании ламинарный слой экстрагента практически исчезает, и молекулы растворённых веществ от поверхности сырья попадают сразу в общий объём экстрагента.
🟢 Поэтому перемешивание – наиболее простой способ интенсификации (ускорения) процесса экстрагирования.
Теория экстрагирования. Вымывание веществ из разрушенных клеток📜🌿
=========================
Параллельно всем описанным процессам идёт вымывание веществ из разрушенных клеток внешнего слоя частиц сырья.
◽️В этом случае поток экстрагента десорбирует вещества, находящиеся внутри разрушенных клеток, и вымывает их – сначала в ламинарный подслой, затем в общий объём жидкости.
❗️Важно, что таким способом в жидкость переходят не только растворимые в ней вещества, но и остальное содержимое клеток, включая целые органеллы и их части. Поэтому некоторые из вымытых веществ не растворяются, а образуют суспензию.
🟢 Вымывание эффективно насыщает жидкость экстрактивными веществами, однако этот процесс не является селективным.
Он способствует загрязнению вытяжки балластными веществами, включая ВМС.
=========================
Параллельно всем описанным процессам идёт вымывание веществ из разрушенных клеток внешнего слоя частиц сырья.
◽️В этом случае поток экстрагента десорбирует вещества, находящиеся внутри разрушенных клеток, и вымывает их – сначала в ламинарный подслой, затем в общий объём жидкости.
❗️Важно, что таким способом в жидкость переходят не только растворимые в ней вещества, но и остальное содержимое клеток, включая целые органеллы и их части. Поэтому некоторые из вымытых веществ не растворяются, а образуют суспензию.
🟢 Вымывание эффективно насыщает жидкость экстрактивными веществами, однако этот процесс не является селективным.
Он способствует загрязнению вытяжки балластными веществами, включая ВМС.
🟢 Чем меньше размер частиц сырья, тем больше разрушенных клеток, и тем больший вклад вносит вымывание в процесс экстрагирования.
🔵 Для некоторых способов экстрагирования вымывание является основным процессом перехода веществ из твердой фазы в жидкую
🔹например, в случае экстрагирования в роторно-пульсационных аппаратах (РПА)
🔵 Для некоторых способов экстрагирования вымывание является основным процессом перехода веществ из твердой фазы в жидкую
🔹например, в случае экстрагирования в роторно-пульсационных аппаратах (РПА)
Кинетика экстрагирования 📜📈🌿
=========================
Экстрагирование растительного сырья – это массообменный процесс, движущей силой которого является разность концентраций веществ в твёрдой и жидкой фазах.
🔸Он продолжается до выравнивания концентраций – в системе наступает динамическое равновесие.
📈 Графически этот процесс описывают в виде зависимости содержания веществ в экстрагенте от времени экстрагирования. Эта кривая получила название "кинетика экстрагирования":
=========================
Экстрагирование растительного сырья – это массообменный процесс, движущей силой которого является разность концентраций веществ в твёрдой и жидкой фазах.
🔸Он продолжается до выравнивания концентраций – в системе наступает динамическое равновесие.
📈 Графически этот процесс описывают в виде зависимости содержания веществ в экстрагенте от времени экстрагирования. Эта кривая получила название "кинетика экстрагирования":
📜 Нужно отметить, что деление экстрагирования на стадии условно.
🌿 Многие процессы происходят параллельно, одни перетекают в другие, и выделить этапы можно только для их характеристики.
🟢 В реальности экстрагирование следует рассматривать как сложный комплексный процесс, для понимания которого нужно хорошо себе представлять каждую из его составляющих.
🌿 Многие процессы происходят параллельно, одни перетекают в другие, и выделить этапы можно только для их характеристики.
🟢 В реальности экстрагирование следует рассматривать как сложный комплексный процесс, для понимания которого нужно хорошо себе представлять каждую из его составляющих.
📈 Закономерности всех перечисленных здесь процессов описаны математически.
Формат канала не предполагает характеристику формул, поэтому все интересующиеся могут найти их здесь:
Формат канала не предполагает характеристику формул, поэтому все интересующиеся могут найти их здесь:
ponomarev_v_d_ekstragirovanie_lekarstvennogo_syrya.djvu
3.4 MB
В.Д. Пономарёв. Экстрагирование лекарственного сырья.
Нетленное издание 1976 года : )
Многое из хорошо написанного про экстрагирование ЛРС на русском берёт своё начало здесь, – и лучше сразу обратиться к первоисточнику. Тем более написанному просто и понятно.
Нетленное издание 1976 года : )
Многое из хорошо написанного про экстрагирование ЛРС на русском берёт своё начало здесь, – и лучше сразу обратиться к первоисточнику. Тем более написанному просто и понятно.
📗Тем, кому нравятся более свежие издания, могу порекомендовать
Natural Product Extraction: Principles and Applications
Edited by Mauricio A. Rostagno and Juliana M. Prado
The Royal Society of Chemistry, 2013
Natural Product Extraction: Principles and Applications
Edited by Mauricio A. Rostagno and Juliana M. Prado
The Royal Society of Chemistry, 2013