Ekstrakti (iscrpine) biljaka

Ekstrakte biljaka počeli smo raditi davno prije prvih pisanih tragova. I u tom smo napredovali ravojem znanosti i znamo, relativno dobro, što nas to iz biljke zanima. A to nije jedan spoj, već cijeli niza aktivnih tvari. Za neke vrste, znamo što NE želimo iz njih jer nam može škoditi. Iza svake rečenice ovog poglavlja stoji vojska anonimnih marljivih znanstvenika. Hvala im.

Već smo naučili kako je smisao ekstrakcije ukoncentriravanje biološki aktivnih tvari i razdvajanje od onih koje smatramo balastnima ili manje bitnim za djelovanje. Ekstrakte može akademski i praktično podijeliti na razne načine:

  1. prema adekvatnosti za uporabu – da li se koriste kao intermedijeri (međukorak), kao sirovina za konačni ljekoviti oblik ili kao finalni ekstrakt spreman za korištenje
  2. prema tipu otapala koje koristimo
  3. prema tehnologiji (postupku) ekstrakcije

Kakvi god da bili ekstrakti, svi imaju jednu zajedniču karakteristiku. Biljke se podvrgnu kontaktu s odabranim ekstrakcijskim sredstvom u kojem se otapaju željene ljekovite tvari. Balastne tvari ostaju kao neotopljen biljni materijal koji se uklanja. Takav bazični proces zbiva se običnim “kuhanjem čaja”, prilikom čega tvari koje se tope u vodi prelaze u “čaj”, a cijeđenjem uklanjamo balastni materijal.

Ekstrakti s obzirom na adekvatnost uporabe

S obzirom na konačnu namjenu, postoje tri grupe ekstrakata.

Ekstrakti koji su finalni ljekoviti oblici biljke pogodni za korištenje odmah nakon priprave, poput infuza, dekokta, tinktura, glicerolnih ekstrakata, SIPF i uljnih macerata. Kod takvih ekstrakata dozvoljena su samo netoksična otapala – voda, etanol, glicerol te biljne ili životinjske masnoće (lipidi). Njihova glavna prednost je osjećaj “prirodnijeg” ekstrakta, budući da neki ljudi imaju averziju prema kapsulama i tabletama kao ljekovitom obliku. Mana im je prisustvo otapala: davati tinkture alkoholičarima i nije pametna ideja, primjerice. Neki im zamjeraju i okus, poput gorkog, ovisno o biljci iz koje se dobivaju.

ginko kapsule

Ekstrakti koji su međuproizvod iz kojih se kasnije dobivaju drugi tipovi ekstrakata, najčešće suhi ekstrakti. To mogu biti vodeni i vodeno-etanolni ekstrakti, ali i oni dobiveni otapalima koji nisu dozvoljeni za dobivanje finalnih ekstrakata, poput metanola, etil-acetata, acetona i sličnih otapala. Otapala poput metanola i acetona su opasna (toksična) i zbog toga se samo intermedijeri (međuproizvod) u dobivanju konačnog, obično suhog ekstrakta. Možda biste se pitali zašto bismo uopće koristili potencijalno škodljiva otapala. Razlog tome je veća efikasnost ekstrakcije aktivnih tvari no što možemo to postići u neškodljivim otapalima poput etanola i vode. Štogod da odabrali kao otapalo za konačno dobivanje suhih ekstrakata, oni se ispituju na prisutnost rezidualnih (ostatnih) otapala sukladno zahtjevu raznih farmakopeja. Potpuno jasno, postoje različiti limiti za dopuštene razine ostatnih otapala: toksičnija otapala toleriraju se samo u manjim količinama koje se smatraju neškodljivim za čovjeka. Europska farmakopeja ih razvrstava u tri kategorije.

  1. prva kategorija su ona koja se po mogućnosti potpuno izbjegavaju. To su obično tzv. aromatska otapala poput benzena ili halogenirana otapala poput tetraklormetana. Ako se iz nekog razloga ona moraju koristiti, tada su dopuštene razine vrlo niske. Za benzen, to je 2 ppm-a (dijelova na milijun), a za tetraklormetan 4 ppm-a u konalnom ekstraktu. Za biljne proizvode, danas se ova otapala gotovo uopće ne koriste.
  2. druga kategorija su otapala koja su toksična i svako ima svoj limit. Primjerice, metanol, otrovni alkohol, je limitiran na dva načina. Prvi je da u ukupnoj dnevnoj dozi konačnog ekstrakta čovjek ne uzima više od 30mg na dan. Drugi je da u ekstraktu ne smije biti više od 3000 ppm-a (dijelova na milijun) metanola. Ovi dvostruki kriteriji limiti su vrlo bitni. Naime, ekstrakt može biti sukladan zahtjevu da ne bude više od 3000 ppm-a metanola, ali ako se ekstrakt koristi u većoj dozi (količini) može se desiti da ukupna dnevna količina otapala prijeđe 30 mg. Stoga moramo poštivati oba limita. Svako otapalo ove kategorije ima svoj limit kako u dnevnoj dozi tako i u udjelu.
  3. treća kategorija su otapala s niskim toksičnim potencijalom. Njihovi limiti su obično veći, primjerice za etanol ono iznosi čak 0,5% (5000 ppm-a).
  4. četvrtu kategoriju čine otapalu za koje ne postoje određeni limiti temeljem toksikoloških studija. Takva otapala u praksi gotovo i ne susrećemo kod proizvodnje biljnih ekstrakata, a njihov primjer je 2,2-dimetoksipropan.

Ekstrakti koji su pogodni za uzimanje, ali se moraju formulirati u određeni ljekoviti proizvod poput tablete ili kapsule. Primjer za to su upravo suhi ekstrakti koji bi se teoretski mogli uzimati “na žličicu”, ali tada ne bismo bili sigurni u preciznu dozu. Ako se sikavica koristi u dozi od 400mg grupe aktivnih tvari silimarina dnevno, na koji način biste uzimali takav suhi ekstrakt bez precizne vage?  Veliki problem bi predstavljao i okus mnogih biljnih ekstrakata.

Odabir otapala ovisi o fizikalno-kemijskim svojstvima aktivnih tvari, prije svega o topivosti ljekovitih tvari u vodi i drugim otapalima, a topivost diktira polarnost, kako molekule tako i otapala. U većini slučajeva, odabire se voda, te vodeno-etanolne smjese, no ponekad će biti potrebna ekstrakcija drugačijim otapalima.

Tip otapala

Otapala se među sobom razlikuju po svojim fizikalnim i kemijskim svojstvima. Nama je kod ekstrakcije najzamimljivije svojstvo sposobnosti otapanja pojedinih tvari. Sjetite se eksperimenta još iz osnovne škole kada ste dobili u zadatak da šećer otopite u vodi i ulju. U vodi se u potpunosti otapa, dok se u ulju uopće ne otapa. Šećer zahtijeva tzv. polarno otapalo odnosno vodu. Ulje je nepolarno otapalo i ne može otopiti šećer. Polarnost otapala postaje tako kritično svojstvo. Beta karoten iz korijena mrkve je nepolarna molekula. Stoga se ne topi u vodi, a odlično se topi u ulju. To je razlog zašto radite macerat korijena mrkve u ulju. Otapala se odabiru prema eluotropnoj seriji otapala koju je predložio W. Trappe 1940. godine. Ona su poredana prema rastućoj polarnosti (1-jako polarno, 7-slabo polarno):

  1. Voda
  2. Etanol
  3. Metanol
  4. Aceton
  5. Etil-acetat
  6. Biljna ulja
  7. n-heksan

Ako je ljekovita tvar koju želimo ekstrahirati iz biljke izrazito polarna, odabrat će se otapalo koje je također polarno, poput vode ili etanola. Primjer je cvijet sljeza, koji sadrži dvije klase tvari, sluzi i antocijane, koji se iznimno dobro tope u vodi, te od ove biljke spravljamo vodene ekstrakte (infuze). Ako je tvar nepolarna, koristit će se nepolarna otapala. Poznati primjer je cvijet nevena, koji je između ostalog bogat karotenoidima i od kojeg spravljamo uljne macerate kao i od već spomenutog korijena mrkve.

Poznavanje topivosti aktivnih tvari od presudnog je značenja u odabiru otapala. I tu počinju brojni problemi. Odabir otapala, nakon dosta eksperimenata, nešto je lakši u slučaju kada iz jedne biljke želimo ekstrahirati jedan kemijski spoj. To je u slučaju kada biljku koristimo kao kemijsku “tvornicu” za dobivanje lijeka, sjetimo se atropina iz velebilja. No, što u slučaju kada postoji cijeli niz aktivnih tvari u biljci? Te tvari različito se tope u različitim otapalima. Sveti gral ekstrakcije kod takvih biljaka je naći optimalni način ekstrakcije koji će najbolje odgovarati totumu biljke, odnosno svih tvari u biljci osim balastnih materijala poput celuloze. Kada radimo klasičnu tinkturu uvijek odabiremo samo jedan tip otapala, primjerice 45% etanol. Logično, ne tope se sve ljekovite tvari iz biljke jednakom efikasnošću. Sve do tehnologije SIPF i kasnije EPS stoljećima nas je mučio ovaj problem. Vidjet ćemo upravo kod EPS ekstrakata kako je konačno riješen znatan dio ovog problema.

Tehnološke izvedbe ekstrakcije

Najstariji način je klasična maceracija gdje se biljni materijal jednostavno ostavi u otapalu uz povremeno miješanje i eventualno grijanje.Grije li se otapalo tijekom obične ekstrakcije, dobivaju se digesti. Tako spravljamo “čajeve”, ali i tinkture i uljne macerate. No, način ekstrakcije može ovisiti o karakteristikama droge. Za tzv. organizirane droge (list, korijen, cvijet), koristi se ekstrakcija s punim volumenom otapala, te se nakon procesa ekstrakcije droga iscijedi prešanjem. Kod neorganiziranih droga (rezine poput mire), maceracija se vrši s otprilike 4/5 otapala. Nakon procesa maceriranja, iscprljena droga se samo cijedi bez prešanja, a ispire se s ostatkom 1/5 otapala kako bi se isprao ostatak ekstrakta s droge.

Razvitkom tehnologije dobili smo različite načine ekstrakcije. U slučaju cirkulirajuće ekstrakcije, vrši se klasična maceracija, ali se ekstrakt skuplja na dnu posude, pumpa i prelijeva preko droge. Postupak samo je naizgled sličan perkolaciji opisanoj kasnije. Njegov cilj je brži proces ekstrahiranja zbog
efekta kolanja ekstrakta.

Kontinuirana ekstrakcija vrši se u posebnim ekstraktorima u kojima biljna droga ulazi s jednog kraja ekstrakcijskog tunela, a otapalo s drugog kraja. Postoji gradijent: svježa droga s najviše ljekovitih tvari ekstrahira se s već skoro zasićenim ekstraktom, te ekstrahira maksimalnu količinu ljekovitih tvari. Na kraju, već skoro iscrpljena droga s ostacima aktivnih tvari, susreće se s posve svježim otapalom koje ekstrahira te preostale ljekovite tvari. Smjerovi gibanja otapala i sirovine su dakle suprotni. Kontinuirana ekstrakcija danas se vrlo intenzivno koristi u industriji.

Druga često korištena strategija u industriji je perkolacija. Kod perkolacije biljka se stavi iznad posude s otapalom, a iznad biljnog materijala postavi se hladilo. Otapalo se tada grije na temperaturu vrenja otapala, pa otapalo isparava, hladi se u hladilu i kapa po biljnom materijalu vršeći na taj način ekstrakciju. Otapalo s ljekovitim tvarima iz biljke tada pada nazad u zagrijanu posudu s otapalom. Budući da otapalo vrije, neprestano se ponavlja ciklus u kojem otapalo kondenzira i kapa na biljni materijal i otopljene tvari se skupljaju u posudu ispod biljnog materijala. Na taj način se mogu ukoncentrirati aktivne tvari s malim količinama otapala. Perkolacija daje visok prinos ekstrahiranih ekstrakata uz uštedu otapala.