Никола Григоров
Зеленото богатство на България (23)

5.1. Методи за извличане на биологично-активни вещества от медицински и ароматни растения

Най-разпространените методи са чрез: хидродестилация, пресоване, система за парна дестилация и екстракция. При извличане на етерични масла от диворастящи или култивирани етерично-маслени растения, се използват различни части на растенията — корен, коренище, луковица, стъбло, кора, листа, цвят и съцветие, плод, семе. (Лит. изт. 96) Когато етеричното масло е отложено във вместилища, близки до повърхността на растителната част, неговото отделяне се извършва по механичен начин по метода на пресоване. Най-често чрез използване на винтови преси. В резултат на „студеното пресоване“, се запазват биологично-активните вещества в маслото.

Друг, често прилаган метод в практиката за добив на ароматни продукти, е този на дестилацията, при който се използва свойството на летливост на етеричните масла с водната пара. Различават се:

Водна дестилация, при която накиснатата във вода суровина се загрява и водната пара се образува непосредствено до вместилищата на етеричните масла.

Водно-парна дестилация — суровината и водата, намиращи се в дестилационния апарат, се загряват до завиране и образуване на пара, след което се подава и директна пара. Този начин на дестилация е предпочитан за получаване на розово масло.

Парна дестилация. Материалът се поставя в метален екстрактор, през който преминава водна пара под налягане и при следващата операция на охлаждане с вода, се отделя етеричното масло.

Свойството на етеричните масла да се разтварят в определени разтворители и по такъв начин да се отделят от суровината също е предпочитан метод, какъвто е екстракцията с нелетливи разтворители (мацерация). Този метод за извличане на етеричните масла от суровината се е използвал още в древността. Суровината се накисва в разтопена животинска мазнина и след определено време става отделянето на ароматизираната мазнина. При използване на животинска мазнина, продуктът се нарича „помада от мацерация“, а ако е използвано растително масло — „антично масло“.

Екстракцията. Екстракцията е процес на третиране на растителни и животински тъкани или микроорганизми със селективни разтворители (екстрагенти), при което биологично-активните вещества, намиращи се в тях, се разтварят и отделят от растителната, животинска, микробна матрица. След стандартизация, те могат да се използват като тинктури, течни екстракти, лекарствени продукти — таблетки, капсули, сиропи и др.

Постигането на висока чистота и висок добив на екстрактите при индустриалния им способ на производство са най-важните параметри, определящи този процес.

Механизмът на екстракцията като технологичен процес последователно преминава през фазата на омокряне на твърдата субстанция (растителна маса) с разтворител, следва проникване на разтворителя в твърдата матрица чрез молекулна дифузия, след което разтворимите вещества се десорбират от матрицата и се разтварят в екстрагента, т.е. разрушават се химичните връзки между разтворимите вещества и растителната матрица и накрая разтворът, съдържащ целевия метаболит, се дифузира в целия си обем.

Селективният избор на солвент за екстракция зависи от целевия метаболит, който искаме да бъде екстрахиран от растителната матрица, но също и от изисквания, които са свързани с безопасност и ниска токсичност, възможност за бързо и лесно изпаряване при ниска температура, да има консервиращ ефект, да не взаимодейства химически с целевите метаболити на екстракта, да е достъпен и придобиван на ниска цена, екстрагентът да се отделя лесно с цел получаване на чист екстракт и с възможност отново да бъде използван за екстракция.

Познатите методи със селективна насоченост за екстрахиране на съответни биологично активни вещества са при третиране с етилов алкохол, дихлорометанол, хлороформ, етер, ацетон. Основните недостатъци, които са свързани с тяхното използване, се свежда до лесната им запалимост и летливост, взривоопасност и токсичност.

Използването на водата като екстрагент, е най-евтиният и универсален метод, който не е токсичен, не се възпламенява, разтваря различни вещества като белтъци, в т. ч. ензими, въглехидрати, гликозиди, антоцианини и др. Недостатъците се свеждат до възможности за развитие на микроорганизми, вкл. ферментация, може да доведе до хидролиза на целевите метаболити, изисква голямо количество топлина за концентриране и изпарение на екстрактите.

Фазите, през които преминава процесът на екстракция на биологично активните вещества от растения, са: смилане на растителния материал, екстракция, филтрация, концентрация, сушене.

През първата фаза се извършва смилане на растителния материал, за да се разруши целостта на растителните тъкани и структурата на клетките, както и да се увеличи контактната повърхност при взаимодействие с екстрагента.

Основна фаза в технологичния процес е екстракцията. Традиционно използвани методи на екстракция, са: мацерация, инфузия, перколация, декоксия (варене), продължителна гореща екстракция (Сокслет екстракция), и водно-алкохолна екстракция чрез ферментация.

Мацерация. Извършва се при стайна температура, като предварително наситнената дрога се залива с необходимото количество екстрагент. Продължителността на процеса може да продължи до няколко дни, като сместа периодично през час се разбърква. Скоростта на извличане на екстракта от материала е най-висока в началото на процеса и постепенно намалява до настъпване равновесие в концентрациите между веществото и тъканите на дрогата и извлечителя (екстрагента). Отделянето на разтвора от дрогата, напр. чрез пресоване, не осигурява пълното й екстрахиране. Скоростта на процеса може да се увеличи чрез двукратна или многократна мацерация, т.е. суровината през първата фаза се залива с част от разтворителя. Извлекът се отделя чрез пресоване, а дрогата отново се залива с втората част от разтворителя. Същността на процеса е, че по този начин се увеличава двукратно разликата между концентрациите на активно биологично вещество в дрогата и извлечителя, което от своя страна спомага за по-пълно извличане на веществото от дрогата. „Класическата мацерация се осъществява от един разтворител, най-често смес от етанол и вода. Степенната мацерация се основава на смяна на разтворителя, което улеснява извличането на различни вещества от суровината според тяхната разтворимост във вода или етанол. Първоначално суровината се залива с цялото количество вода и мацерира 1–3 дни. Прибавя се 1/2 от етанола и мацерацията продължава до 5 дни, след което се прибавя останалият етанол и се мацерира още 5 дни.“ [Лит. изт. (62, стр. 76)]

Инфузия. При този метод на екстракция растителната суровина се залива със студена или кипяща вода за кратък период от време, при което от нея се извличат най-лесно екстрахираните целеви компоненти. Методът на инфузия широко се прилага в народната медицина и фитотерапията, като надземните части от растението се запарват за 15 мин, а корените до 45 мин.

Декоксия (Варене). Екстракцията се извършва като растителната дрога се вари с вода при точно определено съотношение, най-често 1:4 или 1:6, докато течният компонент се редуцира до 1/4 от първоначалния си обем. Декоксията е подходяща за извличане на водоразтворими термостабилни съединения.

Перколация. Перколацията е метод, при който процесът на екстракция се ускорява и се постига пълно извличане на биологично-активното вещество. Ускоряване на екстракционния процес се постига, като се създават условия чистият разтворител да бъде възможно най-близко до всяка частица в дрогата. Перколацията протича в следната последователност. След оситняване на дрогата, тя се смесва с разтворителя, с който се извършва екстрахирането и чието количество е 40-50% от теглото на дрогата. Овлажнената дрога се оставя да престои в закрит съд 2 до 3 часа. Набъбналата дрога се нарежда на слоеве в перколатора, като леко се притиска с цел избягване на сбиване, така че при допълнително набъбване на суровината да не бъде затруднено преминаването на разтворителя. Най-отгоре върху дрогата се поставя филтърна хартия и перфорирана плоча над нея. Дъното на перколатора също се покрива със слой марля, но може да бъде поставено сито или перфорирана метална плоча. Три четвърти от обема на перколатора се запълва с вече овлажнената дрога, след което при отворен кран в долната му част, се долива разтворител. При появата на първата капка, кранът се затваря и отново се въвежда разтворител в количеството, което да покрие с 2 до 3 см дрогата в перколатора. В това състояние, покритата отгоре дрога се оставя да престои в перколатора 24 часа, след което кранът се отваря и екстрагентът започва да се отделя на капки. Екстракцията чрез перколация, се провежда или до събиране на определено количество извлек (тинктура), или до пълно изтощаване на дрогата чрез т.нар. многократна перколация.

Водно-алкохолна екстракция чрез ферментация. Растителната дрога се накисва за определен период от време. През този период сместа ферментира, в резултат на което започва отделянето на етилов алкохол и това от своя страна улеснява и ускорява екстракцията на биологично-активни вещества. Този метод на екстракция е популярен в Българската народна медицина. Отделеният алкохол играе също ролята на консервант и запазва екстракта от микробиологично поразяване.

Към използваните класически методи на екстракция, могат да се добавят и някои съвременни методи на противотокова, микровълнова и ултразвукова екстракция. От тях най-пригоден за промишлено приложение е методът на противотокова екстракция. При него смленият растителен материал се омокря и пулверизира, при което се образува фина каша. Следва поставянето на суровината в цилиндричен екстрактор, в който тя започва да се придвижва в посока срещу посоката, от която се подава екстрагентът. Колкото повече се движи дрогата в цилиндъра, толкова повече се обогатява екстрактът, тъй като в противоток тя непрекъснато осъществява досег със свеж необогатен екстрагент. Това улеснява екстракцията поради липсата на дифузионни ограничения и при оптимизиране количеството подаван екстрагент и скоростта на придвижване на двете фази, може да се постигне пълна екстракция. Процесът е високоефективен и изисква малко време. Накрая концентрираният екстракт излиза от единия край на екстрактора, а изтощената суровина от другия. Предимствата на този метод е, че се изразходва по-малко екстрагент в сравнение с мацерацията, декоксията и перколацията, а също че както пулверизацията на суровината, която се извършва във вода, така и протичането на процеса, който обикновено става при стайна температура, са щадящи по отношение на термолабилните съединения в растителната суровина.

Екстракцията е процес, при който се отделят фармацевтично важните вещества от дадено растение. Съществуващите различни методи за екстракция на природни продукти и изборът на правилната техника, предопределя и ефективността и степента на добавяне на стойност към използваните медицински и ароматни растения.

Към момента в България има над 50 дестилерни за производство на етерични масла. Най-голямата в страната е тази на „ЕСЕТЕРЕ България“ в Добрич. Фирмата е локален партньор на фондацията „Do TERRA HealingHands Fondation“ от Америка и налага нови стандарти в производството на етерични масла у нас. Компанията стартира през 2015 г., преработвайки отначало само лавандула. Производствената база работи в непрекъснат целогодишен режим на 6те технологични линии. Използваните технологии и оборудването са изцяло български. Стотици фермери имат дългосрочни договори за лавандула, маточина, бял равнец, чубрица и други култури.. От началото на 2015 г. до месец март 2019 г. на инсталираните мощности са преработени и изнесени за компанията майка в Америка над 4 млн. kg етерични масла.

„ЕСЕТЕРЕ България“ изгражда втора дестилерна за етерични масла в Добрич с лабораторно изследователски център на стойност около 5 млн. лв. Втората дестилерна е точно копие на сега съществуващата — разположена е на около 2000 m² с 12 дестилационни апарата за изваряване на етерично-маслени култури, всеки от по 5,5 m³. Заедно със сега строящата се втора мощност общата мощност на компанията ще достигне капацитет от 220 m³ от всички дестилерни апарати.

Предстои да бъде открита и малка дестилерна в Казанлък, която ще бъде специализирана само за производство на розово масло.

Отделно като суровина в предприятието се внасят три сорта тамян от Сомалия, Етиопия и Судан, които се изваряват тук и се изнасят за компанията майка. Става въпрос за десетки хиляди килограма масло от тамян. Изварява се и градинска чубрица, която напоследък се е оказала голям хит на пазара. (Лит. изт. 104)

В зависимост от технологичния процес при производството на фитопродукти, след екстрахирането на биологично активите вещества се налага и тяхното консервиране. Консервацията (от лат. conservare — съхранявам, запазвам) е дейност с използване на вещества (консерванти), с помощта на които обекти от органичен или неорганичен произход се предпазват от естествените процеси на гниене, ерозия, корозия и др. в резултат на въздействието на климатични, биологични или химични условия на средата. Целта на консервантите е да се ограничат до минимум ефектите от дейността най-вече на микроорганизмите в заобикалящата среда, както и да се спрат процесите на окисление.