Nueva Tecnología para Extracción y Separación de Productos Naturales Extracción y Separación de Productos Naturales

Nueva tecnología para extracción y separación de productos naturales

■Tecnología de presión ultra alta a temperatura normal

La investigación bioquímica de alta presión ha demostrado que cuando la presión alcanza un cierto valor, proteínas, polisacáridos (almidón, macromoléculas orgánicas como la celulosa se desnaturalizarán, pero sustancias moleculares pequeñas como alcaloides, oligosacáridos, esteroles, terpenos, glucósidos, aceites volátiles y vitaminas no sufrirán ningún cambio.

En el estudio de la bioquímica de alta presión, también se ha demostrado que el mecanismo de la esterilización a alta presión es que la presión actúa sobre los microorganismos, provocando que la pared celular se desnaturalice y se rompa, y el contenido celular se desnaturalice y rompa. se escapa, matando así los microorganismos. Este cambio en las células también se ha confirmado durante el procesamiento a alta presión de carne, pescado, frutas y verduras.

La extracción a presión ultraalta utiliza el efecto de la presión ultraalta sobre materiales biológicos para extraer ingredientes eficaces. Hay muchos microporos en la pared celular vegetal, por lo que podemos pensar en la pared celular vegetal como una película compuesta de muchos microporos. Cuando una célula vegetal está en un disolvente, el disolvente entrará al interior de la célula a través de estos poros.

1. Al aumentar la presión:

Por ósmosis, el disolvente entra al interior de la célula porque la presión que aplicamos es muy grande, el flujo es muy grande y el interior; de la celda se disuelve en poco tiempo y se llenará de disolvente.

Una vez que el interior de la celda se llena con disolvente, la presión en ambos lados de la pared celular se equilibra.

2. Al mantener la presión:

El contenido de la celda está en contacto con el solvente que ingresa a la celda. Después de un período de tiempo, los ingredientes activos se disuelven en estos solventes.

3. Durante el alivio de presión:

La presión fuera de la celda se reduce a cero y la presión dentro de la celda aún mantiene la presión en equilibrio. En este momento, la diferencia de presión. está en la dirección opuesta a cuando se aplica la presión. Como estamos aplicando una presión ultraalta, la diferencia de presión en la dirección opuesta sigue siendo muy grande.

4. Bajo la acción de la presión inversa, la pared celular se deforma; si la deformación excede su límite de deformación inversa, la pared celular se destruye, luego el solvente que ha disuelto los ingredientes activos se escapa y se fusiona; con otros disolventes.

5. Si la deformación de la pared celular aún no supera su límite de deformación inversa bajo la acción de la presión inversa, el disolvente en el que se han disuelto los ingredientes activos dentro de la celda se descargará mediante ósmosis y fusionarse con otros disolventes. Dado que la diferencia de presión en sentido contrario es muy grande, el disolvente en el que se disuelven los principios activos se libera rápida y completamente.

La tecnología de extracción a temperatura normal y presión ultraalta puede utilizar una variedad de disolventes, incluidos agua, alcoholes de diferentes concentraciones y otros disolventes orgánicos, para extraer diferentes propiedades (como alcaloides, flavonoides, saponinas, polisacáridos, etc. .) de diferentes productos naturales (aceite volátil) ingrediente activo.

■Tecnología de extracción ultrasónica

El ultrasonido es una onda mecánica de alta frecuencia. El campo ultrasónico proporciona energía al sistema principalmente a través de cavitación ultrasónica. El ultrasonido con un rango de frecuencia de 15 a 60 kHz se utiliza a menudo para intensificar procesos e iniciar reacciones químicas. El ultrasonido ha desempeñado un papel determinado en la extracción de ingredientes activos de productos naturales. El principio es principalmente utilizar el efecto de cavitación del ultrasonido para destruir la membrana celular, lo que ayuda a disolver y liberar los ingredientes activos. La onda ultrasónica hace que el líquido de extracción vibre continuamente, lo que ayuda a la difusión del soluto. El efecto de la onda ultrasónica mantiene la temperatura del agua básicamente a 57°C, lo cual es bueno para las materias primas que tienen un efecto de baño de agua. En comparación con la extracción por reflujo tradicional y la extracción Soxhlet, la extracción ultrasónica tiene las ventajas de una velocidad de extracción rápida, poco tiempo, alto rendimiento y sin necesidad de calentamiento. Ha sido elegido como método de procesamiento de muestras para muchos procedimientos de análisis de productos naturales.

■Tecnología de extracción asistida por microondas

Las microondas son un tipo de radiación electromagnética no ionizante. La extracción asistida por microondas (MAE) es una tecnología recientemente desarrollada que utiliza energía de microondas para mejorar la tasa de extracción. Las moléculas polares extraídas se giran y orientan rápidamente en el campo electromagnético de microondas, lo que provoca desgarros y fricción mutua para generar calor, lo que puede garantizar la transferencia rápida y la utilización completa de la energía, y es fácil de disolver y liberar.

La investigación sobre la extracción asistida por microondas (en lo sucesivo denominada extracción por microondas) muestra que la tecnología de extracción inducida por radiación por microondas se ha utilizado con éxito en las características de alta selectividad, corto tiempo de operación, bajo consumo de solventes y alto rendimiento de ingredientes activos. la lixiviación de materiales medicinales y la medicina tradicional china aspectos de extracción de ingredientes activos. Su principio es utilizar las 2.450 millones de vibraciones rápidas de frecuencia ultraalta generadas por el magnetrón para hacer que las moléculas de los materiales medicinales choquen y se compriman entre sí, lo que favorece la lixiviación de los ingredientes activos durante el proceso de extracción. los materiales medicinales no se aglomeran. No gelatiniza y supera las deficiencias de la fácil aglomeración y gelatinización en la extracción con agua caliente.

La tecnología de extracción por microondas tiene ciertas limitaciones y sólo es adecuada para productos termoestables.

■Tecnología de extracción enzimática

La pared celular de las plantas naturales está compuesta de celulosa y los ingredientes activos suelen estar envueltos en la pared celular. El método enzimático es un método que utiliza celulasa, pectinasa, proteasa, etc. (principalmente celulasa) para destruir la pared celular de las plantas para facilitar la máxima disolución de los principios activos. Las reacciones enzimáticas pueden descomponer suavemente los tejidos de las plantas, mejorando así en gran medida la eficiencia de la extracción.

■Tecnología de destilación molecular

La tecnología de destilación molecular apareció en la década de 1930 y ha sido ampliamente utilizada en la industria de muchos países. La tecnología de destilación molecular de China se ha utilizado con éxito en medicina, química fina, oleoquímica, aditivos alimentarios y otras industrias, y gradualmente está ganando atención en la industria de la medicina tradicional china.

En condiciones de alto vacío, las moléculas de líquido sólo necesitan una pequeña cantidad de energía para vencer la gravedad interna del líquido, abandonar la superficie del líquido y evaporarse. La destilación molecular se basa en la diferencia en la trayectoria libre media de movimiento de las moléculas de la mezcla en un vacío extremadamente alto, de modo que el líquido se separa rápidamente a una temperatura muy por debajo de su punto de ebullición.

El camino libre del movimiento molecular se refiere a la distancia recorrida por una molécula entre dos colisiones adyacentes con otras moléculas. El valor medio de la trayectoria libre dentro de un determinado intervalo de tiempo se denomina trayectoria libre media del movimiento molecular. Bajo ciertas condiciones de presión y temperatura, diferentes tipos de moléculas tienen diferentes caminos libres medios moleculares debido a diferentes diámetros moleculares efectivos. Desde un punto de vista estadístico, las distancias de vuelo de diferentes tipos de moléculas sin chocar con otras moléculas después de escapar de la superficie del líquido son diferentes. El camino libre medio de las moléculas ligeras es mayor que el de las moléculas pesadas. Si la distancia entre la superficie de condensación y la superficie de evaporación es menor que el camino libre medio de las moléculas ligeras y mayor que el camino libre medio de las moléculas pesadas, las moléculas ligeras pueden alcanzar la superficie de condensación y ser enfriadas y recogidas, mientras que la superficie de condensación es menor que el camino libre medio de las moléculas ligeras y mayor que el camino libre medio de las moléculas pesadas. las moléculas pesadas no pueden llegar a la superficie de condensación y chocan entre sí y regresan a la superficie del líquido, logrando así la separación de los materiales mezclados. Los aceites volátiles desempeñan un papel importante en los productos naturales. Muchos aceites volátiles tienen una fuerte actividad fisiológica. Sin embargo, la extracción, purificación y preparación de aceites volátiles siempre ha sido difícil en la investigación y el desarrollo de productos naturales. La tecnología de destilación molecular tiene grandes ventajas y potencial en la separación y purificación de aceites volátiles de productos naturales. Cuando se combina con la extracción con fluidos supercríticos, no solo aprovecha al máximo las características de la alta tasa de extracción de aceites supercríticos y retiene completamente los ingredientes activos de los aceites volátiles. , pero también alcanza el nivel molecular. La destilación funciona bien para una purificación y separación efectiva de extractos supercríticos.

■Tecnología de extracción de fluidos supercríticos

La tecnología de extracción de fluidos supercríticos (SFE) es una nueva tecnología de separación que surgió en la década de 1960. Desde mediados de la década de 1980, la tecnología SFE se ha aplicado gradualmente a la extracción y separación de ingredientes activos de productos naturales debido a sus características como buen efecto de separación selectiva, alta tasa de extracción, sin residuos de solventes orgánicos en el producto y propicio para la Extracción de sustancias sensibles al calor y sustancias fácilmente oxidadas, y combinada con GC, IR, GC-MS, HPLC, etc. para formar una tecnología de separación eficaz.

El fluido supercrítico (Supercritical Fluid, SF) se refiere a sustancias que existen en forma de fluidos por encima de la temperatura crítica (Tc) y la presión crítica (Pc). Actualmente, el fluido supercrítico más utilizado y estudiado es. Es dióxido de carbono. El SF se pone en contacto con la sustancia a separar en estado supercrítico, lo que le permite disolver selectivamente ciertos componentes en ella. La densidad y la constante dieléctrica del SF aumentan a medida que aumenta la presión del sistema cerrado, por lo que se pueden extraer paso a paso componentes de diferentes polaridades mediante un aumento de presión programado.

Luego, el fluido supercrítico se convierte en un gas ordinario mediante reducción de presión, aumento de temperatura o adsorción, de modo que las sustancias extraídas puedan separarse y precipitarse, logrando así el propósito de separación y purificación. Este es el principio básico de la extracción con fluidos supercríticos.

En la actualidad, la tecnología de separación de extracción supercrítica se utiliza principalmente para la extracción de ingredientes activos de productos naturales como aceites volátiles, alcaloides, cumarinas y lignanos, flavonoides, terpenos, glucósidos y quinonas.

■Adsorción de resina macroporosa

La resina de adsorción macroporosa es un nuevo tipo de material de separación de polímeros desarrollado en la década de 1960. Según su tamaño, existen muchos modelos basados ​​en poros. diámetro, superficie específica y tipo de composición. A finales de la década de 1970, algunos académicos chinos comenzaron a utilizarlo para realizar investigaciones sobre la separación y purificación de ingredientes activos de productos naturales.

El principio de aplicación de la tecnología de separación de resina de adsorción macroporosa es principalmente utilizar el principio de combinar las propiedades de adsorción de un adsorbente especial: resina de adsorción macroporosa y tamices moleculares para adsorber selectivamente extractos de productos naturales. Contiene ingredientes activos y. elimina las impurezas. Especialmente para las resinas de adsorción no polares, cuando se adsorben ingredientes activos en el líquido de extracción, la estructura física (como el área de superficie específica, el tamaño de los poros, etc.) juega principalmente un papel de adsorción.

Los procedimientos básicos para la separación y purificación utilizando resina de adsorción macroporosa son principalmente los siguientes: el extracto del producto natural es absorbido por la resina macroporosa, el ingrediente activo es absorbido por la solución de etanol y el solvente se recupera a través de elución en gradiente para obtener un producto semiacabado seco del extracto. El proceso de resina de adsorción macroporosa es muy eficaz para enriquecer ingredientes activos como flavonoides, alcaloides y glucósidos en productos naturales.

■Tecnología de separación por membranas

La técnica de separación por membranas (MST) es una tecnología de separación emergente de alta eficiencia que ha sido reconocida internacionalmente como la tecnología de separación más avanzada desde finales del siglo XX. a mediados del siglo XXI. Una importante tecnología de producción de alta tecnología con grandes perspectivas de desarrollo. Es una tecnología que utiliza membranas naturales o sintéticas con permeabilidad selectiva y utiliza energía externa o diferencias de potencial químico como fuerza motriz para separar, clasificar, purificar o enriquecer sistemas de dos componentes o multicomponentes. La tecnología de separación por membranas (en lo sucesivo denominada tecnología de membranas) incluye ultrafiltración, microfiltración, nanofiltración y ósmosis inversa, etc.

En la actualidad, esta tecnología también se utiliza ampliamente en la producción de preparados de medicina tradicional china. En particular, la tecnología de ultrafiltración se ha utilizado cada vez más en preparados de medicina tradicional china desde la década de 1990 debido a su alta eficiencia y ahorro de energía. y características verdes cuanto más.

El principio de aplicación de la tecnología de separación por membrana es similar al de un tamiz mecánico: utiliza la presión como fuerza impulsora para lograr la separación de solutos y disolventes, el disolvente (agua) y otros solutos de pequeño peso molecular. Pasan a través del filtro con una estructura de microporos asimétrica, los solutos macromoleculares y las partículas (como proteínas, virus, bacterias, coloides, etc.) son retenidos por la membrana del filtro, logrando así el propósito de separarse. Productos , purificantes y concentradores. Opera a temperatura ambiente, no tiene cambio de fase y tiene bajo consumo energético.

La tecnología de ultrafiltración se puede utilizar para filtrar impurezas (componentes no válidos) con un peso molecular relativo superior a decenas de miles en el extracto acuoso de productos naturales, como celulosa, moco, goma, pectina, almidón, tanino, proteína (excepto algunos materiales medicinales), resina y otros ingredientes.

Para ingredientes activos con un peso molecular relativo de varios miles o más, la ultrafiltración también es extremadamente eficaz para la concentración. Cuando determinadas proteínas, polipéptidos y polisacáridos son ingredientes activos de productos naturales, primero intente eliminar las impurezas con mayor peso molecular y otros componentes precipitables. Luego se concentra mediante ultrafiltración para permitir que el agua, los componentes ineficaces de moléculas pequeñas, las sales inorgánicas, los monosacáridos y otros componentes pasen a través de la membrana del filtro y se filtren, mejorando así la pureza del producto. La tecnología de separación por membrana de ultrafiltración se utiliza para la concentración para filtrar el agua y las impurezas de pequeño peso molecular en el extracto, lo que puede ahorrar consumo de energía y mejorar la pureza del fármaco.

■Tecnología de clarificación

En los últimos años se han comenzado a utilizar algunos nuevos materiales y nuevas tecnologías en la clarificación de extractos de productos naturales. No sólo puede reducir costos y acortar el ciclo de producción, sino que también puede garantizar la estabilidad de la preparación y el contenido de ingredientes activos. Por ejemplo, la aplicación del clarificador de jugo 101, quitina y clarificador natural ZTC en la clarificación de extractos ha resuelto en gran medida el problema de la inanición causada por el método clásico de precipitación con etanol. El clarificador de jugo 101 es una sustancia coloidal soluble en agua, segura y no tóxica. No introduce impurezas y se puede eliminar junto con las sustancias insolubles precipitadas.

Las quitinas (como el quitosano) están cargadas positivamente y pueden sedimentar sólidos suspendidos cargados negativamente en el extracto. El clarificador natural ZTC puede eliminar ingredientes inestables como taninos, proteínas, coloides, etc., y tiene poco efecto sobre los ingredientes activos.

■Tecnología de Impresión Molecular

La Tecnología de Impresión Molecular (MIT) es una tecnología de separación altamente selectiva que surgió a finales del siglo XX. Esta tecnología utiliza moléculas de impresión que pueden formar monómeros funcionales que. generar interacciones específicas se polimerizan con agentes reticulantes alrededor de las moléculas impresas para formar una red polimérica reticulada tridimensional. Luego, las moléculas impresas se eliminan a través de un solvente adecuado para formar estructuras espaciales y químicas en la red polimérica cuyas funciones. son complementarios a los de las moléculas impresas. Todo el proceso de polimerización se puede dividir en tres pasos: impresión, polimerización y eliminación de moléculas impresas.

Xie Jianchun y otros utilizaron un método no iónico para preparar polímeros de impresión molecular utilizando acrilamida como monómero funcional y el compuesto altamente polar quercetina como molécula de impresión en un disolvente polar (Molecular Imprinting Polymer, MIP). . Los experimentos de cromatografía líquida lo muestran. MIP tiene afinidad específica por la quercetina. Este MIP se utilizó para separar directamente el hidrolizado del extracto de hoja de Ginkgo para obtener un componente que contiene principalmente dos flavonoides, quercetina y kaempferol, un compuesto con una estructura similar a la quercetina. Los estudios han confirmado la viabilidad de utilizar el MIT para separar y extraer directamente compuestos con efectos medicinales específicos en las hierbas medicinales chinas.