制药工程固液提取

第三章:固液提取
固液提取即用适当溶剂提取固体中某些成分的过程,是中药制剂工艺中的重要环节。
中药成分复杂,提取过程复杂,提取原理复杂。
浸提方法主要有①冷浸、超声②热提有回流提取、温浸、煎煮③连续提取装置。
一、浸提原理:
药材浸提过程
加溶剂
中药材饮片―――― 浸润渗透并进入药材内部――溶解有效成分 ――在药材内外部产生浓度差――有效成分扩散到药材表面――有效成分从表面扩散到溶剂中――达浓度平衡网页聊天
有效成分由高浓度区向低浓度区扩散过程遵循费克定律。
1、费克定律  传质推动力为浓度差
即:J A =-(D+D E )dZ dc A
J A 扩散通量,表示扩散过程快慢
kmol /m 2s  ,表示单位时间,单位面积有效成分浸出量。
D : 叫分子扩散系数,  m 2/s  :表分子扩散能力的物性常数,可查手册。 D
E :叫涡流扩散系数,  ms/s :流体湍流产生旋涡,物质靠旋涡运动由高浓度区向低浓度区扩散叫涡流扩散。
dZ dc A
:物质A 在Z 方向的浓度梯度,kmol /m 4,Z 为三维方向。
“-”表示物质扩散方向与浓度变化方向相反。
费克定律适用于稳定扩散过程,即浓度不随时间而改变的过程。
对于一维稳定的扩散过程,当忽略涡流扩散的影响时,
dZ dc D Adt dM J A A -==  则dZ dc DA dt dM A
-=
dt dM
为物质扩散速率,说明物质扩散速率与固液相间接触面积成正比,与扩散物质浓度成正比,与分子扩散系数成正比,与扩散距离成反比,这就是费克定律在中药提取中的应用。
2、药材中可溶性成分的浸出机理
(1)溶剂在药材内部渗透和润湿过程
※渗透过程即药材中各种形状细胞内、外被溶剂充满的过程,渗透过程借助于细胞间的细小空隙、细胞壁的壁空和薄的细胞壁等,药材中细小孔隙及毛细管等被溶剂充满所需时间用下式计算:
r h B t 2
4
1037.1⋅⨯=- )5.1214.14(2a a B -= )(0P P P -=α
r :小孔隙半径;h :小孔隙长度;P 0:大气压力;P :毛细管中的压力 减少t 的方法,利用加压浸取和减压浸出方法
※药材内部物质的湿润过程与渗透同时进行,湿润与物质种类、溶剂种类、固液气间表面张力有关,固体能被液体湿润,称为亲液固体。中药材多为亲水性固体。
(2)药材细胞内部可溶性成分的溶解及扩散
动植物药材均由各种形状的细胞组成,可溶性成分多存在于细胞内,溶剂渗透并湿润可溶性成分颗粒后就开始溶解固体颗粒,并在细胞内扩散,其扩散过程遵循费克定律及相似者相溶原理。
相似者相溶原理即 : 离子型物质易溶于极性溶剂
亲脂性成分易溶于非极性溶剂
嵌入式终端极性物质易溶于极性溶剂
低极性物易溶于低极性溶剂中
此过程的影响因素为药材的种类、溶剂的种类、提取方法等。
(3)可溶性成分在细胞间至药材颗粒表面的扩散,遵循费克定律
扩散速率与细胞壁厚度、层数、壁上纹孔、细胞大小等有关压延膜
(4)可溶性物质由药材表面向溶剂中扩散
强化方法:应用搅拌、提高传质速度
二、浸提过程的计算
浸提分为单级多次浸取和多级逆流浸取,也有动态和静态浸取
1.平衡浓度与平衡状态
平衡浓度指当物质从药材中扩散到溶液中的量与物质从溶液扩散到药材中的量相等时浸提液的浓度,即为平衡浓度。
平衡状态指药材内部液体的浓度与药材外部浸提液的浓度相等时的状态叫平衡状态,即达平衡浓度时的浸出,若二者不相等称为非平衡状态浸出。
2.浸出率:指浸提后溶液中所含可溶出物质的量与原药材所含可溶出物质总
量之比,称为浸出率,表示浸出效果。
大体积混凝土降温
平衡条件下浸出一次浸出率
M M E 11-= 浸出n 次浸出率
n n n M M E 1-= M :提取所用总溶剂质量与药材吸附溶剂质量之比
1:为残渗在药材中溶剂量为1
E 实际为倾出浸出液量与总溶剂量之比,也即浸提率。
一般n 为4~5次
例如:现有1kg 药材,用6kg 溶剂提取,若1kg 药材吸附1kg 溶剂,则 M =6/1=6; 若1kg 药材吸附2kg 溶剂,则M =6/2=3;若1kg 药材吸附3kg 溶剂,则M =6/3=2。
3.影响浸提过程因素
※溶剂量:用量↑,浸出物↑
※时间:时间↑,浸出物↑
※药材种类:种类不同、溶剂、时间均不同,叶、花、时间短,根类时间
长,挥发性成份时间短。
※药材颗粒大小:颗粒↓,浸出物↑,但不可过小
※温度:温度↑,浸出物↑,时间↓
※压力:如加压浸取,减压浸出,提高浸出率
容器大小:体积比为8-11倍药材重
PH 值影响:成分不同,影响不同
例:某含有浸出物质25%的药材100kg ,第一次溶剂加入量为500kg ,其它各级加入量为400kg ,设1kg 药材吸附1kg 溶剂。求浸取五次第浸出一次的总浸出率及每次浸出后残存于药材中浸出物的量。
n n n M M E 1
-=
由题可知,浸提达三次时已浸出99.2%可浸出物,次数太多无意义,若减少溶剂用量,浸出率也相应下降。
三、浸出方法及设备
1.方法分类:
浸取方法与溶剂性质、药材部位、剂型、生产规模有关
按溶剂流动状态分为:
静态浸出:间歇地加入溶剂,经过一段时间再倾出提取液的方法
动态浸出:溶液不断流入系统流出系统,药材固定不动或药材不断进入、离开系统,溶液固定不动或两者均运动。
静态浸出如⎪
多级逆流浸取间歇式单级多次浸取
单级浸取
动态浸出如: 单级浸取(如实验室中索氏提取法)
漉罐法
多级逆流连续式
2.多级逆流浸取
特点:1).溶剂与药材运动方向相反,保证有浓度差存在。
2).节约溶剂量,减少浸出时间
3).设备投资大,操作复杂
4).适宜大规模连续性提取
3.设备
※※多功能提取罐,用于中药煎煮、减压浓缩、真空蒸馏等多种功能,※※具有搅拌的浸取器,可通入蒸汽回收溶剂,用搅拌提高速率及过滤浸出液
※※加压浸取器:有泵加压,用惰性气体如CO2加压,压力3~6×105N/m2,可温浸可冷浸,
※※可倾式多用提取锅,可倾斜125℃,可加压提取,出料口大。
※管式逆流浸取器:由两根成一定角度,直径相同的管子组成,管子中装
有螺旋推进器推动药材移动,药材从垂直管进入,从倾
斜管卸出,与溶剂逆流接触。
※逆流超声波浸出器:浸出器为环形管,管内链条上有许多固定的碟片,
钢架连栋大棚上加药粉,与溶剂逆流接触,用超声作用提取。
※多功能提取设备:具提取,减压浓缩,真空蒸馏并有泡沫捕集器、冷凝
器、油水分离器,可用于回流、挥发油提取,可加泵作
强制循环。
渗漉罐:适用于渗漉法提取,大型渗漉罐有蒸汽加热及冷冻盐水冷却,可常压,加压及强制循环,也有多级逆流渗漉装置.
超监界萃取装置:可在低温下提取,适于热敏物质,不用或用非常少量的
有机溶剂.设备耐高压.
四、超临界流体萃取
超临界流体指处于临界温度和临界压力以上,界于气体和液体之间的流体,常用CO2。
1.超临界流体特点
①其密度接近于液体,具有与萃取剂相当的萃取能力
②其扩散系数介于气体与液体之间,粘度接近气体,比液体低1个数量级,
传递性质近似于气体,传质速率远远大于液体。
③在临界点没有相界面,分离操作比气液平衡区更利于传热和节能。
④临界点温度、压力稍有变化,流体密度就变化很大。
如CO2,在32℃及13.78MPa时ρ=700kg/m3,μ=10-5P a s,D=10-7m2/s
气态时ρ=1kg/m3,μ=10-6P a s,D=10-5m2/s
液态时ρ=1000kg/m3,μ=10-4P a s,D=10-9m2/s CO2作为萃取剂特点:①临界温度31.1℃,适宜热敏性物质
②临界压力7.38mPa,工业上易于达到
③无毒、无味、不燃、性稳定、价廉、易精制、常压
为气体
其它如:乙烷、乙烯、甲烷等也可作为超临界流体.在线测厚
2.用超临界流体萃取中药材的特点
1).低温提取,得于热敏性物质提取,利于全部植物成分提取。
2).不用有机溶剂,常用CO2,萃取物无残留溶剂,节约溶剂、减少污染。
3).提取效率高,节约能源(不需加热)
4).兼有萃取与精馏同时进行的特点

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