Экстрагирование растительного сырья

Экстрагирование растительного материала имеет много особенностей, связанных с его клеточной структурой и физико-механическими свойствами. Биологически активные вещества заключены в клетку, экстра-гент должен проникнуть в нее, преодолев клеточный барьер. Процесс экстрагирования различен для свежего и высушенного сырья. В свежем сырье действующие вещества находятся в растворе внутри клетки, в высушенном - в виде сухих конгломератов в полости клетки (адсорбированы на ее стенках) или порах). Этим обусловлен разный подход к экстрагированию материала: из свежего сырья он сводится к вымыванию клеточного сока из разрушенных клеток и открытых пор. Перенос действующих веществ из неразрушенных клеток в экстрагент не происходит, что объясняется сложностью их строения. Растительная клетка представляет собой живой протопласт, заключенный в клеточную оболочку. Протопласт окружен плазмолеммой и тонопластом, обладающими избирательной проницаемостью. Кроме этих мембран, в клетке имеется много других, окружающих многочисленные вакуоли. Живая клетка находится в состоянии тургора, пристенный слой которой плотно прижат к оболочке. Через клеточные мембраны чистый экстрагент проникает внутрь клетки, они же препятствуют переходу из нее раствора с высокомолекулярными вешествами. Объем клеточного сока увеличивается и внутри клетки возникает гидростатическое давление. Когда оно становится равным осмотическому, проникновение экстрагента в клетку прекращается.

Рис. 14.1. Поднятие жидкости в капилляре

При высушивании растительного материала клетка меняет свойства - она переходит в состояние плазмолиза. Клеточные мембраны теряют полупроницаемость и приобретают свойства пористой перегородки, в которой насчитывается до 20000 и более пор диаметром от 0,2-0,3 мм до десятков и сотен нанометров, а процесс экстрагирования сырья - характер диализа через нее.

Процесс экстрагирования высушенного растительного сырья является многостадийным и начинается с проникновения экстрагента в материал, смачивания веществ, находящихся внутри клетки, растворения и десорбции их, вымывания клеточного содержимого из разрушенных клеток, диффузией через поры клеточной оболочки и заканчивается массопереносом веществ от поверхности материала в раствор.

Оболочки клеток обладают дифильными свойствами, с преобладанием гидрофильности. Процесс проникновения экстрагента в клетку определяется степенью гидрофильности материала, природой экстрагента, числом и размером пор в клеточной стенке. Чем больше сродство экстрагента к материалу, тем он быстрее смачивает стенки капилляра, проникает в сырье до уравновешивания сил капиллярного подъема и силы тяжести гидростатического столба жидкости (экстрагента) в капилляре (рис. 14.1)

Сила капиллярного подъема F может быть представлена уравнением:

где r - радиус капилляра, м; σ - коэффициент поверхностного натяжения; θ - краевой угол смачивания (образован жидкостью и стенкой капилляра, град). Если он острый, то жидкость проникает в капилляр, и высота подъема зависит от его величины и радиуса капилляра. Если

где Р - сила тяжести, Н; h - высота подъема жидкости в капилляре, м.

Проникновению экстрагента в капилляры мешает находящийся в них воздух. Для интенсификации процесса предложено предварительное вакуумирование сырья, подача экстрагента под повышенным давлением или замена воздуха в порах на легко растворимый газ.

Смачивание веществ

Процесс смачивания веществ тесно связан с проникновением экстрагента в сырье и зависит от их сродства. Поступая в сырье по макро- и микротрещинам, межклеточным ходам, диффузией через поры клеточной оболочки, экстрагент проникает внутрь клетки и контактирует с высохшим клеточным соком. Для облегчения проникновения экстрагента и улучшения смачивания содержимого клеток рекомендуется добавлять ПАВ (иногда достаточна концентрация 0,01-0,1%), обеспечивающие снижение поверхностного натяжения на границе раздела фаз.