Extrakce

Faktory ovlivňující extrakci

Extrakce (vyluhování) je dělící metoda, ve které se využívá rozdílné rozpustnosti látek v rozpouštědlech. Přitom extrahovaná látka může přecházet do roztoku z kapalné fáze (hovoříme o vytřepávání) nebo z pevné fáze (hovoříme o extrakci).

Ve farmacii se extrakční postupy využívají především při zpracování a izolaci účinných látek z rostlinných nebo živočišných materiálů. Podle podmínek vyluhování a zvoleného postupu získáváme různé výluhy: nálevy, odvary, tinktury nebo extrakty.

Při vyluhování se v zásadě uplatňují dva mechanizmy: difuze a permeace.

Obsahové látky z rozrušených buněk přecházejí do vyluhovadla prostým rozpouštěním, které je v principu řízeno mechanizmem difuze a probíhá podle koncentračního spádu. Rychlost vyluhování se řídí stejnými principy jako rychlost rozpouštění. Podobně jako rozpouštění je tedy i extrakce ovlivněna mnoha faktory, mezi něž patří zejména: povrch rozpouštěných částic, teplota, doba extrakce a koncentrační spád (lat.zshk.cz/vyuka/rozpousteni.aspx).

Rozpouštění obsahových látek z neporušených buněk je složitější. Vyluhovadlo musí nejdříve proniknout přes buněčnou membránu do buňky a vzniklý roztok musí naopak přestoupit přes buněčnou membránu z buňky (permeovat).

Při vyluhování se do výluhu kromě žádaných obsahových látek dostávají i nežádoucí příměsi (balastní látky). Proto je pro efektivitu extrakce velmi důležitý stupeň rozdrobnění drogy (lat.zshk.cz/vyuka/rozdrobnovani.aspx). Obvykle se kůry, květy, listy a oplodí rozdrobní tak, že nejméně 50 % drogy projde sítem 8000 µm (Droga conscissa – Řezaná droga). Rozdrobnění natí odpovídá stejnému požadavku pro síto 2800 µm (Droga minutae conscissa – Drobně řezaná droga), obdobně kořeny, plody a semena pro síto 2000 µm (Droga minutissimae conscissa – Velmi drobně řezaná droga).

Aby vyluhovadlo mohlo lépe pronikat k účinným látkám, je potřeba některé drogy, např. Strychni semen, před extrahováním odtučnit petroletherem.

Na rozdíl od rozpouštění, které se urychluje mícháním, se ke zvýšení koncentračního spádu při extrakci využívá obměna vyluhovadla. Extrakce může probíhat buď diskontinuálně (přerušovaně), kdy se objem vyluhovadla buď neobměňuje, případně obměňuje po určitých časových intervalech, nebo kontinuálně (nepřetržitě), kdy se k materiálu přivádí stále čerstvé vyluhovadlo. Tento postup je nejúčinnější.

Důležitý je také hmotnostní poměr mezi drogou a vyluhovadlem. Podle povahy obsahových látek a typu získávaného výluhu se nejčastěji používají následující poměry:

• Nálevy a odvary 1:10
• Nálevy a odvary z drog obsahujících slizy 1:20
• Tinktury 1:5
• Tinktury z drog obsahujících separanda 1:10
• Tekuté extrakty 1:1

Důležité jsou vlastnosti použitého rozpouštědla (vyluhovadla). Nejčastěji se používá voda nebo ethanol různé koncentrace (60-96% V/V), k extrakci se ale může použít i stlačený plyn, např. oxid uhličitý. Výtěžnost extrakčního postupu se zvyšuje některými pomocnými látkami, které ovlivní rozpustnost vyluhovaných účinných látek. Například alkaloidy se převádějí na rozpustnější soli přídavkem kyseliny citronové, chlorovodíkové nebo sírové. Naopak u slabě kyselých látek, jako jsou saponiny, se přidává hydrogenuhličitan sodný.

Extrakční postupy

Extrakční postupy se v zásadě rozdělují podle dvou kritérií: podle teploty a pohybu vyluhovadla.

Macerace

Macerace je metoda, při které se droga přelije potřebným množstvím vyluhovadla tak, aby byla zcela ponořená, a ponechá se stanovenou dobu vyluhovat za občasného promíchání po dobu několika minut až dní. Macerace může být buď jednostupňová, kdy se objem vyluhovadla po celou dobu vyluhování nemění, nebo vícestupňová, kdy se vyluhovadlo periodicky obměňuje. Získané výluhy se potom spojí a dále zpracují.

Macerace je jednoduchá. Droga se obvykle provlhčí vyluhovadlem a ve vhodné nádobě, např. kádince nebo láhvi, přelije vyluhovadlem a nechá potřebnou dobu stát za občasného promíchání. Po uplynutí doby extrakce se výluh slije (dekantuje), droga se přecedí přes vhodnou tkaninu (kolírování), s výjimkou slizových drog se obvykle vylisuje a balastní látky se oddělí filtrací. Macerací se obvykle získávají vodné (nálevy, odvary) nebo ethanolické (tinktury) výluhy.

Protože výtěžnost extrakce závisí na udržení koncentračního spádu mezi drogou a vyluhovadlem, je při maceraci účinnost extrakce nižší, neboť rychlost extrakce postupně klesá s tím, jak se koncentrace vyluhované látky ve vyluhovadle zvyšuje.

Vyluhování může probíhat při laboratorní teplotě nebo za zvýšené teploty (tzv. digesce). Zahřátím se rychlost extrakce zvýší, může však dojít k rozkladu termolabilních látek. Za zvýšené teploty je možné získat vodné výluhy zvané nálevy (Infuza), kdy se droga přelije vroucí vodou a nechá vyluhovat po dobu 45 minut, nebo odvary (Decocta), kdy se droga nejprve s vyluhovadlem povaří a potom nechá ještě 30 min vyluhovat za postupného chladnutí vyluhovadla.

Perkolace

Perkolace je metoda, při které se provlhčená droga extrahuje kontinuálně přiváděným vyluhovadlem. Může být realizována v perkolátoru za laboratorní teploty nebo Soxhletově extraktoru.

V perkolátoru (Perkolace) se provlhčená droga nejprve na určitou dobu zalije vyluhovadlem a maceruje za laboratorní teploty. Po uplynutí doby macerace se otevře výpustný kohout perkolátoru a výluh se nechá rovnoměrně vykapávat rychlostí cca 10-20 kapek za minutu. Současně se kontinuálně přilévá vyluhovadlo. Další postup se liší podle toho, zda připravovaným výluhem je tinktura nebo extrakt.

Při výrobě extraktů se droga obvykle extrahuje až do úplného vyloužení. Získaný výluh se dále zpracovává tak, že se přebytečné vyluhovadlo odstraní, např. oddestilováním ve vakuové odparce (Sušení ve vakuové odparce). Výsledný extrakt může být tekutý, hustý nebo suchý.

Soxhletův extraktor je tvořen destilační baňkou, do které se nalije vyluhovadlo, extrakčním nástavcem, ve kterém je vložena patrona s extrahovanou látkou, a zpětným chladičem. Po zahřátí stoupají páry vyluhovadla boční trubicí do chladiče, kde kondenzují a stékají na extrahovanou látku v extraktoru. Hladina kapaliny v extraktoru stoupá, až dosáhne úrovně přepadové trubice. V tomto okamžiku extrakt přeteče na principu spojených nádob zpět do baňky a celý děj se opakuje. Extrakt se hromadí v destilační baňce. V Soxhletově extraktoru se droga extrahuje několik hodin až dní.

Vytřepávání

Vytřepáváním se převádějí látky z jednoho rozpouštědla do druhého. Využívá se přitom rozdílné rozpustnosti látky v obou rozpouštědlech (fázích) a nemísitelnosti nebo omezené mísitelnosti obou rozpouštědel. K vytřepávání z vodného roztoku lze použít např. ether, ethylacetát, toluen nebo chloroform. Vytřepávat lze s využitím jednoho podílu rozpouštědla (jednoduché vytřepávání) nebo více menších podílů (opakované vytřepávání).

O účinnosti vytřepávání rozhoduje rozdělovací koeficient látky v obou fázích. Pokud je vyšší než jedna, přechází látka spontánně z původního roztoku do druhého rozpouštědla. Je-li blízký 1, musí se použít opakované nebo frakční vytřepávání. Vícenásobné vytřepání několika menšími podíly rozpouštědla je vždy účinnější, než jednorázové vytřepání velkým množstvím.

Vytřepávání se provádí v dělicí nálevce (kulovitá dělící nálevka, hruškovitá dělící nálevka). Nálevka se naplní roztokem a přidává se druhé rozpouštědlo až do cca ¾ objemu nálevky. Potom se nálevka uzavře zátkou, uchopí jednou rukou a otočí stonkem nahoru. Zátka se přitom musí přidržovat. Po protřepání obsahu se stonek nálevky namíří šikmo vzhůru a pomocí vypouštěcího kohoutu se nálevka opatrně odvzdušní. Tento postup se několikrát opakuje. Po vytřepání se nálevka umístí do filtračního kruhu a nechá v klidu stát. Po určitém čase dojde k oddělení kapalin. Po odstranění zátky se opatrně otevře výpustný kohout a spodní kapalina se oddělí.

Procvičení

1. Připravte vodný extrakt (nálev) macerací drogy Menthae piperitae herba.
2. Připravte vodný extrakt (odvar) macerací drogy Quercus cortex.

Kontrolní otázky

1. Jaké principy se uplatňují při vyluhování látek z rostlinných materiálů?
2. Jaké faktory ovlivňují účinnost extrakce?
3. Jaké poměry mezi vyluhovanou drogou a vyluhovadlem se používají?
4. Jaké pomocné látky se používají při extrakci?
5. Charakterizujte jednotlivé extrakční postupy.
6. Jaké macerační postupy znáte?
7. Jak probíhá perkolace?
8. Popište práci se Soxhletovým extraktorem.
9. Co je vytřepávání?
10. Popište postup vytřepávání.