Генеральний директор ТОВ «КоролевФарм» Н.С. Нужненко
ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ЕКСТРАКЦІЇ
Хороша та технологія, яка наділяє речі несподівано цінними властивостями ...
Щоб оцінити чиє - або якість, треба мати деяку частку цієї якості і в самому собі.
Яким би парком обладнання не мала виробнича компанія, вона так чи інакше у виробництві косметики або БАД використовує сировинну базу. Ефекти, які багато виробників і дистриб'ютори вказують в анотаціях, багато в чому залежать від біологічно активних компонентів, внесених до складу продукту. Зараз в рецептури майже всіх фармацевтичних і косметичних засобів. а також біологічно активних добавок до їжі. входять рослинні екстракти.
Розробники та технологи використовують в якості природно-збалансованих, біологічно активних і багатофункціональних сумішевих компонентів рецептур екстракти лікарських рослин, отриманих різними способами. Тому вилучення цінних біологічно активних компонентів з рослинної сировини, а також з сировини тваринного і мінерального походження - одна з основних технологічних задач в харчовій, косметичній та фармацевтичній промисловості.
Саме тому одним з найбільш важливих напрямків діяльності будь-якої компанії є робота з сировиною. Як правило, багато компаній отримують активні компоненти, що входять до рецептури, вже в готових формах. Це не дуже затратно, якщо виробляється небагато найменувань продукції. Але що робити, наприклад, контрактним виробникам, які випускають товари під власною торговою маркою (Privat Label)? А якщо таких замовників багато і у кожного близько або більше сотні найменувань продуктів, причому в кожен входить 5-10 екстрактів?
З огляду на таке поняття як «мінімальна партія закупівлі», потрібно розуміти, що необхідно мати хорошу логістику. яка забезпечить облік і рух цих обсягів сировини. Але крім всіх інших параметрів обліку є ще і термін придатності, протягом якого має бути використано придбане сировину. Звичайно, можливий постійний переконтролю, але це - залучення додаткових ресурсів і все-таки втрата активності сировини.
Як же без втрат мати необхідний і постійний запас сировини на складі, а значить, і мобільність виробництва, адже замовлення, оплата, доставка і всі необхідні формальності з обліку і контролю вимагають значного часу? Як виробничникам мати максимальну мобільність і можливість для випуску будь-якого продукту будь-якого найменування? При цьому не звертати уваги на мінімальну партію в тисячу туб або серійний випуск місячного замовлення?
Відповідь дуже проста. Необхідно мобільне і ефективне обладнання для виготовлення активних компонентів зі здатністю виробництва мінімальної разової партії від 5 л (кг) і можливістю випуску на цьому ж обладнанні кількох десятків тонн на місяць.
Рис.1 Схема електроімпульсного плазменно-динамічного екстрактора
1-високовольтний трансформатор; 2-накопичувальна ємність (конденсатор); 3-розрядний пристрій (високовольтний разрядчік); 4-виносної блок управління високовольтним разрядчіком; 5-імпульсна (екстракційна) камера
Відомо, що екстрагування - це процес вилучення одного або декількох компонентів з рослинного матеріалу шляхом виборчого розчинення в рідинах (екстрагент). Основний спосіб отримання біологічно активних компонентів для введення в рецептури, - екстрагування з рослинної сировини. Для вилучення різних біологічно активних речовин застосовують переважно висушений рослинний матеріал. Найбільш поширеними є традиційні методи екстракції, такі як мацерація, перколяції, прямоточні і протиточні методи екстракції. Незважаючи на безліч позитивних якостей, ці методи мають ряд істотних недоліків. Одна з основних проблем класичних способів переробки рослинної сировини - низька ефективність вилучення цільових компонентів. Частина традиційних методів в своєму розвитку досягла технологічного природної межі, багато методи енергоємні, багатоступінчасті, процес тривалий за часом і, як наслідок, не ефективні з економічної точки зору.
Тому розробка і впровадження принципово нових, гнучких і мобільних технологій, їх інтенсифікація з метою більш ефективного вилучення цінних компонентів, які мають високу біологічну активність - дуже важлива і актуальна задача. Одна з нових перспективних технологій виготовлення фітопрепаратів - електроімпульсна плазменно-динамічна екстракція рослинних речовин (ЕІПДЕ) - дозволяє підвищити ефективність екстрагування в 3-10 разів і скоротити час переробки сировини з 12-36 годин до 10-15 хвилин, а також має ряд додаткових переваг , таких як знезараження екстракту в процесі обробки високовольтними імпульсами, можливість використання нетоксичних екстрагентів завдяки великій ефективності екстрагування водою тощо.
Рис.2 Схеми електричного поля в рідині: а-при подачі імпульсу на електроди; б-прі проростанні стримера; 1 еквіпотенціальні поверхні поля; 2-силові лінії поля; 3-стример; 4-оболонка каналу стримера
ЕІПДЕ розроблена на основі ефекту Юткіна і являє собою так званий електропідривної спосіб. Його сутність полягає в тому, що для інтенсифікації процесу екстракції використовується вплив різних силових полів на суміш сировини і екстрагента.
Перспективність і ефективність методу - в комплексній дії на сировину ряду інтенсифікують екстракцію факторів, а також в компактності і мобільності обладнання, яке може бути змонтовано в безпосередній близькості від варочно-змішувального ділянки. Це дозволяє значно економити логістичні ресурси і не позичати додаткові виробничі і складські площі.
Використання електроімпульсних розрядів значно покращує показники екстракції, забезпечує збереження екстрагуються компонентів і забезпечує їх вилучення до 90% від початкового змісту. У робочій камері (екстракторі) одночасно здійснюється руйнування сировини, обробка його імпульсними струмами, забезпечується висока турбулентність рідкої фази, знезараження середовища і так далі.
Рис.3 Схема руху іонів в міжелектродному проміжку: 1-зростаючий стример; 2-силові лінії поля; 3-напрямок руху іонів
Метод ЕІПДЕ об'єднує більшу частину процесів, які використовуються як в традиційних, так і в нових, що розробляються і вже застосовуються в даний час технології вилучення речовин з рослинної сировини. При цьому в десятки (!) (Див. Табліца.1) разів менше потрібно часу для обробки сировини в порівнянні з традиційними методами та в кілька разів скорочуються витрати енергії. Крім того, під дією високовольтного електричного струму досягається додатковий ефект - знезараження сировини.
Таблиця 1. Порівняльна таблиця стадії виділення ізохіноліновие алкалоїдів з рослинної сировини.
Стадії виділення алкалоїдів
Суть цього методу екстракції полягає у відтворенні такого природного явища як грозовий розряд блискавки. До робочої ємність екстрактора поміщають суміш рослинної сировини і екстрагента (розчинника), яку пробиває електричний розряд великої сили, тобто відбувається короткочасне, але часте (інтервал імпульсу 0,5 сек) вплив на суміш високовольтних струмів. При проходженні електричного розрядного імпульсу через екстрагуються суміш на поверхні розряду - «блискавки» - з випаровується рідини утворюється газова плівка, яка відокремлює сформувався стовбур розряду - «блискавки» - від навколишнього сумішевих рідини, і Газопарові плівка захищає рослинне сировину від згоряння.
Під дією сил, викликаних високовольтним розрядом, в суміші екстрагенту і рослинної сировини за мілісекунди виникають миттєві хвилі, які створюють високу імпульсна тиск, в екстракторі інтенсивно перемішується вся суміш, відбувається витончення або повністю зникнення дифузійного прикордонного шару і різке збільшення конвективної дифузії. Різко виникли ударні хвилі сприяють швидкому проникненню екстрагента крізь цитоплазматические мембрани всередину клітини, що у багато разів прискорює внутрішньоклітинну дифузію.
Рис.4 Екстракт ліщини (лист): масляний, пропіленгліколевої, водно-пропіленгліколевої
Рис.5 Екстракт звіробою (трави): водний, пропіленгліколевої, масляний
У момент пробою іскрового розряду в сумішевих рідини, виникають плазмові каверни. Ці утворилися порожнинні бульбашки постійно пульсують: досягнувши максимально можливого обсягу, вони схлопиваются. Ударне схлопування ще більше збільшує швидкість руху екстрагента близько подрібнених частинок сировини. Цей процес різко збільшує швидкість екстракції, так як різко зростає коефіцієнт конвективної дифузії.
При цьому в ті ж мілісекунди в малому і обмеженому просторі ємності реактора виділяється велика кількість енергії - відбувається вибух, який руйнує клітинні структури: зовнішні і внутрішні мембрани рослинного матеріалу. Крізь проломи, що утворилися клітинних мембран витяг йде різко прискореним темпом, так як екстрагентів безперешкодно вимиваються біологічно активні речовини через зруйновані плазмові мембрани клітин. Процес екстрагування, на відміну від традиційно застосовуваних методів, відбувається без нагрівання, тому рослинне сировину не піддається термічній дії і дозволяє без руйнівного термічного шоку, перевести все витягнуті біологічно активні речовини в розчин. В результаті екстракт має колір рослинної сировини. Пігменти - природні барвники, які містяться в рослинній сировині, переходять в екстракт, що підтверджує високу ступінь вилучення (екстракції) і змісту в екстракті активних компонентів (Рис. 3-7).
На відміну від традиційно застосовуваних методів, одноразова завантаження реактора дозволяє отримати мінімальну партію екстракту до 10 кг. Ця перевага дозволяє зробити досить великий асортимент екстрактів за одну зміну, і звільняє виробництво від необхідності закуповувати екстракти «бочками», що, звичайно ж, знижує навантаження на склад.
На додаток можна сказати, що ми проводимо дослідження показали - немає прямої залежності наявності активних речовин від змісту сухого залишку в екстракті. Можна сказати, що за змістом сухого залишку, можна судити про що завгодно, але не про наявність активних компонентів. Таким чином, ми підійшли до того, що екстракти, які застосовуються в косметиці, також необхідно унормувати за змістом активних речовин.
При розробці технології екстрагування ми проводили дослідження масляного екстракту ромашки на наявність азулена, так як колір отриманого нами екстракту якісно підтверджував його присутність. Пігмент, який перейшов з квіток ромашки в екстрагент, жовтого кольору. Азулен, витягнутий з тих же квіток ромашки, синього кольору. У сукупності ці два кольори дають зелений.
Тому можна з чіткою визначеністю сказати, що і запах, і колір є не тільки непрямим, але і прямим підтвердженням вилучення активних речовин, що і доводить електроімпульсна плазменно-динамічна екстракція.
