Глава 23. Растительные экстракты

Выбор метода экстракции

Все существующие методы экстрагирования можно разделить на статические и динамические. В статических методах сырье периодически заливают экстрагентом и настаивают определенное время. Динамические методы предполагают постоянную смену либо экстрагента, либо экстрагента и сырья.

И статические и динамические методы экстрагирования могут быть периодиче­ скими. В этом случае экстрагирование одной или нескольких порций сырья прово­ дится в течение определенного времени, иными словами, подача сырья (экстрагента и/или растительного материала) в экстракторы происходит периодически. К стати­ ческим периодическим способам относится, например, мацерация, а к динамическим периодическим способам - перколяция.

Выбор метода переработки зависит от свойств сырья, свойств его компонентов, части растения, степени влажности сырья и физико-химических характеристик веще­ ства, которое нужно экстрагировать. Метод должен обеспечить наибольший выход и наилучшее качество продукции. Современные требования к готовым растительным экстрактам и качеству биологически активных веществ требуют применения ком­ плексных технологий, обеспечивающих максимальное извлечение всех компонентов.

Обычно при экстрагировании компонентов высушенные и измельчённые рас­ тения подвергают мацерации или дефлегмации в спиртовых или водно-спиртовых смесях. Преимущество спиртов в том, что они являются универсальными растворите­ лями для множества классов молекул и попутно выполняют функцию консервантов, предотвращая возникновение бактериальных колоний. Одновременно они являют­ ся достаточно летучими соединениями, так что по окончанию экстракции их можно легко отогнать вакуумной дистилляцией или испарением.

Методы экстрагирования

К традиционным методам экстракции относятся прессование (горячее и холод­ ное), водно-паровая экстракция, экстракция различными растворителями, послу­ жившая основой для создания новых, использующих принципиально иные подходы методов. Современными и перспективными можно считать экстракцию сжиженными газами, сверхкритическую, ультразвуковую, электроимпульсную виды экстракции.

Традиционные методы переработки являются физико-химическими либо механическими:

-перегонка с водяным паром;

-водная экстракция;

-экстракция летучими органическими растворителями;

-экстракция нелетучими растворителями (мацерация);

-сорбция различными сорбентами (анфлераж и динамическая сорбция);

-экстракция сжиженными газами;

-прессование.

257

https://t.me/medicina_free

Любой из них включает следующие основные операции: приведение в контакт (смешение) исходной смеси веществ и экстрагента, механическое разделение образующихся двух фаз и удаление, и регенерацию экстрагента из каждой фазы. Ниже будут рассмотрены принципы основных методов экстракции, используемых для получения экстрактов для косметики.

Перегонка с водяным паром

Перегонка с водяным паром - это самый распространенный метод получения в случае эфирных масел. Метод описан вглаве 23 «Эфирные масла».

Метод получения эфирного масла перегонкой с водяным паром как периодического, так и непрерывного действия не требует сложного оборудования, протекаетпритемпературе не выше 100°С, пожаробезопасен,экологически безвреден. Совершенствование метода направлено на улучшение качества и повышение выхода эфирных масел, на разработку технологических линий комплексной переработки эфирномасличного сырья.

К недостаткам метода можно отнести ухудшение качества эфирного масла за счет химических изменений отдельных компонентов при контакте с водой, водяным паром и повышенной температурой (например, терпеновые спирты и их сложные эфиры). Метод также не позволяет извлекать ценные душистые вещества, нелетучие с водяным паром.

Водная и спиртовая экстракция

К этой категории методов можно отнести получение водных отваров, водно­ спиртовых настоев, спиртовую экстракцию, экстракцию с использованием различных гликолей, глицерина.

Настои и отвары - водные извлечения из растительного сырья, используемые как для внутреннего, так и наружного применения. По физико-химической природе это комбинированные системы с жидкой дисперсионной средой. В большинстве случаев сочетание истинных и коллоидных растворов веществ, извлеченных из растительного сырья, иногда содержащих в небольших количествах эмульгированные и суспендированные компоненты, нерастворимые в воде. Состав водных извлечений очень сложен и не всегда поддается полной качественной и количественной характеристике. В качестве экстрагента для приготовления настоев обычно используют спиртовые или водноспиртовые растворы различной концентрации - от 30% до 70%. Для получения отваров используется очищенная вода.

Преимущества настоев и отваров - сохранение природного состава действую­ щих веществ, а недостаток - нестойкость при хранении, так как экстрагентом является вода, и риск микробного заражения достаточно высок. В косметической промышлен­ ности в РФ настойки используются достаточно редко в силу специфики законодатель­ ного регулирования рынка товаров, содержащих этиловый спирт, что делает выпуск спиртосодержащей продукции с содержанием этанола выше 0,5% достаточно затруд­

258

https://t.me/medicina_free

Глава 23. Растительные экстракты

нительным. Отвары весьма привлекательны как вид сырья, но используются только на предприятиях, где их изготавливают непосредственно перед изготовлением пар­ тии косметических изделий, поскольку отвары не подлежат долгому хранению.

Как экстрагент, вода обладает целым рядом положительных свойств: достаточно хорошо извлекает большинство действующих веществ, проникая через клеточные стенки; биологически безвредна, экономически выгодна, удобна с точки зрения техники безопасности. В то же время вода имеет большое поверхностное натяжение, и возможен гидролиз солей, сложных эфиров и других веществ, особенно в присутствии ферментов и при нагревании; является хорошей средой для развития микроорганизмов; не все вещества десорбирует и расширяет достаточно эффективно. В некоторых случаях для извлечения действующих веществ из растений применяют подкисленную воду или к воде добавляют натрия гидрокарбонат.

Присутствие ПАВ (0,01-0,1%) может существенно ускорить процесс экстракции за счет снижения межфазного натяжения, улучшения смачивания клеток, ускорения ряда физико-химических процессов, солюбилизации экстрагируемых веществ.

При экстрагировании растительного материала водой извлекаются только полярные вещества, однако растительное сырье содержит множество неполярных биологически активных веществ: хлорофилл, флавоны, стерины, жиры, каротиноиды, антоцианы, смолистые вещества, воски и многие другие. Для увеличения растворимости в воде веществ с меньшей полярностью в воду вводят спирты. Возможность смешивать воду и этанол в любых соотношениях позволяет регулировать полярность растворителя и, как следствие, компонентный состав экстрагируемых веществ. Применение смешанных растворителей позволяет извлечь большее количество компонентов и расширить спектр применения экстрактов.

Концентрация этанола в растворителе меняется в большом диапазоне, от незначительной до почти чистого спирта. Разбавленные экстракты (с концентрацией спирта до 15 %) очень плохо хранятся и требуют консервации. Спиртовые экстракты концентрацией выше 15 % хранятся длительное время. Использование этилового спирта в настоящее время связано с законодательными ограничениями.

Широко используются в качестве веществ, снижающих полярность воды, многоатомные спирты. Самый распространенный многоатомный спирт - глицеринвязкая бесцветная жидкость без запаха, сладковатая на вкус. Помимо свойств растворителя, глицерин обладает антисептическими и консервирующими свойствами, а в малых концентрациях еще и оказывает увлажняющий эффект. Кроме глицерина в качестве растворителей для экстракции применяются пропиленгликоль и этиленгликоль.

Пропиленгликоль - 1,2-пропиленгликоль - прозрачная вязкая гигроскопичная жидкость, сладковатого вкуса, без запаха. Растворим в воде, диэтиловом эфире, одноатомных спиртах карбоновых кислотах, альдегидах, аминах, ацетоне, этиленгликоле, ограниченно растворим в бензоле. Растворитель для многих

259

https://t.me/medicina_free

косметических ингредиентов	(смол, красителей, неорганических добавок).
Легко абсорбируется кожей.	Поскольку пропиленгликоль вызывает		реакции
сенсибилизации, его все реже	применяют в качестве экстрагента активных веществ
для косметики и заменяют на полиэтиленгликоли.
Полиэтиленгликоль (ПЭГ)	- неионогенные	кислородсодержащие	высоко­

молекулярные соединения (молекулярная масса - 200-6000 Да). Низшие гликоли (200-700 Да) - бесцветные вязкие малогигроскопичные жидкости со слабым харак­ терным запахом. Смешиваются с водой, глицерином, этанолом, ацетоном. Растворя­ ются во многих органических растворителях, способны к комплексообразованию со многими органическими и биологическими субстанциями. Температуроустойчивы во всем диапазоне рН. Препятствуют высыханию водных препаратов. Все ПЭГ практиче­ ски безвредны. Низшие гликоли используются как экстрагенты для извлечения раз­ личных активных веществ, например, природных антоцианов.

Как этиловый спирт, так и многоатомные спирты из полученных мисцелл не удаляются, а остаются в составе полученного экстракта. Заметим, что при таком типе экстракции из растительного сырья извлекаются, кроме действующих, и балластные вещества: полисахариды, слизи, пектины, белки, которые снижают устойчивость и качество экстрактов. По мере хранения эти примеси придают экстрактам нехарактерный запах, растворы экстрактов мутнеют. Спиртовые экстракты из растительного сырья могут содержать в качестве примесей смолистые вещества, антоцианы, каротины, хлорофилл, флавоны, воски, стерины, жиры, бальзамы. Наличие примесей резко снижает биологическую ценность экстракта, поэтому они обязательно должны быть удалены в соответствии с утвержденными методиками. В технической документации на экстракты на графу «наличие примесей» обязательно надо обращать пристальное внимание.

Экстракция летучими органическими растворителями

Экстракция органическими растворителями основана на растворимости неполярных биологически активных и душистых веществ в органических углеродных растворителях, и жидкой двуокиси углерода. В жидких летучих углеводородных эксирагентах растворяются труднолетучие смолистые вещества, фосфолипиды, жирные кислоты, моно- и диглицериды, триглицериды, жирораствримые витамины, воскоподобные вещества и другие. Труднолетучие смолистые вещества имеют интенсивный запах и обладают фиксирующими свойствами. Сущность метода заключается в обработке растительного сырья растворителем методом погружения или орошения при определенном соотношении материал - растворитель. Растворимые в органических растворителях вещества переходят в растворитель и образуют мисцеллу, которая отделяется от сырья. Из мисцеллы отгоняют растворитель и получают экстракт.

260

https://t.me/medicina_free

Глава 23. Растительные экстракты

В случае цикла переработки эфиромасличных растений полученный продукт - экстракт - называется конкрет. Выход конкрета всегда выше, чем эфирного масла из одного и того же сырья. Запах конкрета полнее передает аромат растения ввиду извлечения более полного комплекса душистых веществ и отсутствия химических изменений компонентов в процессе извлечения. Главные достоинства экстракционной переработки эфирномасличного сырья - повышенный выход, более высокое качество эфирных масел и более полное извлечение экстрактивных веществ.

Для экстракции чаще всего применяют в качестве растворителя гексан, петролейный эфир или экстракционный бензин А. В этом случае экстракцию осуществляют при температуре окружающей среды, в отдельных случаях при температуре 40-50°С. При использовании в качестве растворителя диэтилового (серного) эфира (1,1-окси-бис-этан) температура экстракции не превышает 25°С.

Подготовленное сырье загружают в аппарат, называемый экстрактор, в который подают растворитель. Концентрация экстрактивных веществ в мисцелле бывает разная, от 0,1% до 0,3%, и зависит от вида сырья, соотношения исходное сырье - растворитель, технологии экстракции (прямоток, прямоток с перекрестной подачей растворителя или противоток), количества ступеней экстракции и т. д.

Для удаления растворителя из мисцеллы применяют дистилляцию. При этом используется разность температур кипения растворителя и компонентов экстракта. Дистилляция проводится ступенчато. На последней ступени дистилляции под глубоким вакуумом удаляют остатки растворителя и получают конкрет, полностью очищенный от растворителя.

Конкреты в исходном виде могут являться исходным сырьем для производства косметики, могут применяться в медицине, но не могут применяться в парфюмерии. Это объясняется наличием в их составе веществ, не растворимых в этиловом спир­ те. Поэтому из конкретов выделяют спирторастворимую часть, которая называется абсолютное масло. Для получения абсолютного масла применяют метод, основан­ ный на различной растворимости компонентов конкрета в этиловом спирте при по­ ниженной температуре. Конкрет растворяют в этиловом спирте при температуре окружающей среды или при нагревании, полученный раствор охлаждают до отрица­ тельной температуры и выдерживают для кристаллизации нерастворимых веществ. Затем полученную суспензию фильтруют под вакуумом. Фильтрат представляет собой спиртовой раствор абсолютного масла. Этанол отделяют вакуумной дистилляцией и получают абсолютное масло и спирт для повторного использования. Отфильтро­ ванная твердая фаза представлена, в основном, растительными восками - интерес­ ным самостоятельным продуктом, востребованным при производстве косметических средств, чаще всего в декоративной косметике, например, восками лаванды и мяты.

Очищенные воски отходов лаванды и мяты. Пастообразные продукты желто­ коричневого цвета с приятным цветочно-травянистым запахом с оттенком лаванды или соответственно мяты. Образуют стойкую эмульсию с водой и состоят, в основном, из высокомолекулярных углеводородов нормального строения, фитостеринов,

261

https://t.me/medicina_free