Введение к работе
Актуальность темы. Спрос на продукты, полученные на основе извлечений из растительного сырья, постоянно растет. Рыпок фитоэкстрактов только в качестве пищевых добавок в 2003 году составил 6,7 млрд в Европе и 17,5 млрд в мире Постоянное увеличение объемов производства диктует необходимость разработки новых высокоинтенсивных способов экстрагирования и аппаратов для их осуществления
Традиционные способы извлечения биологически активных веществ (БАВ) из лекарственного растительною сырья (ЛРС), как правило, малоэффективны, і.к. не обеспечивают достаточную полноту истощения сырья, характеризуются высокой длительностью и непродуктивными заіратами подведенной энергии. Большинство способов, предлагаемых для ин-іенсификатгяи процесса (например, вихревое экстрагирование или экстрагирование с применением роторно-пульсационтгых аппаратов) позвошпот сократить длительность процесса, но. іа счет иімельчения сырья и вымывания высокомолек>лярных веществ из разрушенных клеток, извлечения загрязняются балластными веществами и тонкодисперспой твердой фазой растительного материала Для очистки таких извлечений требуется длительное отстаивапие (в течение нескольких суіок) или разделение на отстойных суперцентрифугах. Кроме того, наличие большого количества балластных веществ спижаст стабильность и сроки годности фитопрепаратов, затрудняеі очистку при получении новогаленовых препаратов и индивидуальных веществ (алкалоидов, гликозидов, кумаринов и т.д.).
Результаты новейших исследований, проведенных в нашей стране и за рубежом, сви-деіельствуюі о перспективности способов экстрагирования, позволяющих за счеі пульсаций давления в объеме аппарата или вблизи поверхности часгиц заменить молекулярную диффузию в частицах расштельного сырья на конвективный массопсренос. Это увеличивает скорость процесса, сокращает его продолжительность и снижает энергозатраты. Вместе с тем. указанное направление лишь начинает развиваться и недостаточно изучено, а в опубликованных работах конвективный массоперенос учитывается либо в рамках диффузионных моделей, либо рассматривается на уровне плоских моделей отдельных капил^іяров. Пхнгому, изучение физических основ массопереноса при переменном давлении в системе и создание на ->той основе новых, высокоэффективных способов экстрагирования является перспективной и актуальной задачей.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является теоретическое и экспериментальное обоснование возможности ишенсификации экстрагирования ЛРС при переменном давлении и разработка новых выеокоинтенсивньгх способов экстрагирования.
В соо [ветствии с целью исследования были поставлены следующие задачи:
Разработать физическую модель и магсмаїическое описание конвективного массопереноса эюлрагента в частицах ЛРС при низкочастотном изменении давления в системе. Методом численною моделирования исследован, механизм и кинетику экстрагирования ЛРС в условиях периодически изменяющегося давления в системе
Экспериментально изучить влияние различных факторов (частоты пульсаций, амплитуды изменения давления, соотношения фаз, измельченности сырья и длительности процесса) на кинетику экстрагирования БАВ из ЛРС различной анатомической структуры - плодов боярышника, корней солодки, цветков бессмертника и травы зверобоя.
Разработать пути интенсификации и знері осбережения процесса экстрагирования ЛРС в режиме вакуумного кипения.
Исследовать механизм процесса экстрагирования при деформационном (опкимающем) воздействии па сырье, и предложить на его основе новый, эффективный способ экстрагирования ЛРС. Изучить возможность интенсификации экстрагирования ЛРС после выхода процесса на регулярный режим (плаї о кинетической кривой).
Провести сравнительный анализ традиционных и новых, разработанных способов экстрагирования ЛРС по эффективности использования подведеппой энергии и выходу БАВ в извлечение.
Разработать аппаратурно-технологическне предложения по совертпенсгвованию процессов экстр<ц ирования ЛРС различной структуры.
Научная новизна. Систематизированы данные по способам интенсификации процесса экстрагирования ЛРС путем частичной замены внутридиффузионного механизма массопереноса на конвективный.
Разработана физическая и математические модели движения жидкости в частицах ЛРС с защемленным воздухом при низкочастотном периодическом изменении давления в системе. Меіодом численного моделирования исследован механизм процесса и влияние тех-нолої ичесюм о режима (амплитуды, частоты пульсаций и др.) на кинетику экстрагирования.
Получены новые данные по экстрагированию ЛРС в пулъсационном аппарате. Сопос- авлены результаты экстрагирования воздушно-сухого и полностью пропитанного экегра-гентом сырья. Показано, что наличие защемленного воздуха в частицах сырья приводит к увеличению выхода ЬАВ.
Впервые исследовано влияние интенсивности вакуумного кипения на процесс экстра-i ирования ЛРС различной сфуктуры.
На основе анализа явлений, протекающих при экстрагировании ЛРС в аппаратах вакуумного кипения, разрабоїан новый, высокоинтенсивный энергосберегающий способ экстрагирования в вакуум осци^ишрующем режиме и аппарат для его осуществления. Изучен ме-
ханиїм осциллирующего вскипания жидкости и влияние основных параметров процесса на кинетику эксфагирования ЛРС различной структуры.
Покаина возможность интенсификации процесса экс грагирования после его выхода на "регулярный" режим путем перераспределения извлекаемых веществ в обьеме часіиц растительною сырья в реіультате его разового отжима или кратковременной обработки в поле СВЧ.
Впервые предложен способ экстрагирования в планетарном аппарате и исследовано влияние условий проведения процесса на кинетику экстрагирования из ЛРС различной структуры.
Впервые проведено сопоставление различных способов экстрагирования по эффективности использования подведенной энергии и выходу БАВ в извлечение.
Практическая значимость работы. Предложены новые высокоинтенсивные энергосберегающие технологии экстрагирования ЛРС в режиме вакуумного кипения, вакуум-осциллирующем режиме и в поле центробежных сил.
Разработаны режимы экстрагирования ЛРС различной структуры в пульсациошюм аппарате, аппарате вакуумного кипения, вакуум осциллирующем и планетарном аппарате.
Обоснованы технологические решения, позволяющие повысить выход БАВ в извлечение после наступления регулярной стадии.
Полученные результаты подтверждены актами испытаний и рекомендованы к рассмотрению для внедрения на фармацевтических и пищевых предприятиях, перерабатывающих расіительное сырье.
Апробация работы. Основные резу.гьтаты диссертации доложены и обсуждены на III международной конференции «Пульсационные резонансные технологии в процессах и аппаратах» (Санкт-Петербурі, 2003 і ), VII Международном сьезде «Актуальные проблемы создания новых лекарственных препаратов природного происхождения» (Сан кі-Петербург-Пушкин, 2003 і ), 59-й региональной конференции по фармации и фармакологии «Разработка, исследование и маркетинг новой фармацевтической продукции» (Пятигорск, 2004 г.), международной научно-практической кояфсрснции «Выпускник фармацевтического ВУЗа (факулыета] в прошлом, настоящем и будущем» (Санкт-Петербург, 2004 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ.
Связь исследований с федеральными научными проірамчами и планами НИР. Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ СПХФА по теме. «Разработка технологии лекарственных средств, лекарственных форм, биологически активных добавок и методов их анализа».
На защиту выносятся: физическая модель движения жидкости в частицах ЛРС с защемленным газом; результаш численного моделирования и эксперименгального и<учения процесса экстрагирования ЛРС в режиме периодического изменения давления, результаты экспериментальных исследований зксгрш-ирования ЛРС в режиме вакуумного кипения, вакуум осциллирующем и планетарном аппаратах, экспериментальное и теоретическое обоснование оптимальных режимов для перечисленных способов экстрагирования с учетом анатомической структуры сырья; механизмы интенсификации процесса эксфагирования после его выхода на "регулярный" режим.
Объём и структура диссертации. Диссертационная работа состой і из введения, об
зора литературы, четырех глав экспериментальных исследований, выводов, списка литерату
ры и приложений. Рабо га изложена на страницах машинописного текс га, содержит
таблиц, рисунков Библиоірафический указатель включает источников, из них на
иностранных языках.
