استخراج و جداسازی محصولات طبیعی

استخراج و جداسازی محصولات طبیعی حوزه‌ای از فارماکوگنوزی است که به آزاد کردن اجزای شیمیایی از مواد بیولوژیکی (گیاهان، قارچ‌ها، ارگانیسم‌های دریایی و میکروب‌ها) به شکلی قابل استفاده و سپس تفکیک مخلوط‌های پیچیده به ترکیبات منفرد و مشخص می‌پردازد. این حوزه شامل عملیات فارماکوپه‌ای کلاسیک مانند خیساندن (maceration)، پرکولاسیون (percolation) و تقطیر (distillation) تا جداسازی کروماتوگرافی و تکنیک‌های مدرن سیال فوق بحرانی می‌شود و اساس کشف دارو، کنترل کیفیت داروهای گیاهی و تولید عصاره‌های استاندارد را تشکیل می‌دهد.

Definition

استخراج فرآیند انتقال جرم (mass-transfer) حل کردن اجزای هدف از یک ماتریس بیولوژیکی در یک حلال یا فاز بخار است؛ جداسازی، تفکیک بعدی مخلوط حاصل به بخش‌های مجزا یا ترکیبات خالص است که اغلب با کروماتوگرافی یا تقطیر انجام می‌شود.

Scope

این حوزه شامل مرحله بالادستی (upstream) خارج کردن مولکول‌های هدف از ماتریس (استخراج جامد-مایع و مبتنی بر بخار) و مرحله پایین‌دستی (downstream) جداسازی و خالص‌سازی آن‌ها (کروماتوگرافی و تفکیک‌های مرتبط) است. این موارد به عنوان موضوعات روش‌شناختی و تحلیلی مورد بررسی قرار می‌گیرند؛ این یک پروتکل تولیدی، یک مونگراف فارماکوپه‌ای یا منبعی برای دوزبندی یا دستورالعمل درمانی نیست.

Sub-topics

• جداسازی کروماتوگرافی
• تقطیر و استخراج اسانس‌های فرار
• خیساندن و دم‌کردن
• پرکولاسیون
• استخراج با سیال فوق بحرانی

Core questions

• کدام حلال، دما و رژیم تماس بهترین رهاسازی را برای یک دسته معین از اجزا از یک ماتریس خاص فراهم می‌کند؟
• کارایی استخراج چگونه با اندازه ذرات، انتشار و تعادل بین ماتریس و حلال مرتبط است؟
• چگونه می‌توان یک عصاره خام را بدون تخریب اجزای حساس به حرارت یا فرار، به ترکیبات منفرد تفکیک کرد؟
• روش‌های کلاسیک (خیساندن، پرکولاسیون، تقطیر) چگونه با رویکردهای کروماتوگرافی و سیال فوق بحرانی از نظر بازده، گزینش‌پذیری و مصرف حلال مقایسه می‌شوند؟

Key concepts

• استخراج جامد-مایع و انتقال جرم
• قطبیت و گزینش‌پذیری حلال
• سینتیک استخراج و تعادل
• خیساندن، پرکولاسیون و تقطیر
• جداسازی کروماتوگرافی
• استخراج با سیال فوق بحرانی
• تکنیک‌های سبز و با حداقل حلال
• جداسازی هدایت‌شده با بیواسی

Mechanisms

استخراج توسط انتقال جرم کنترل می‌شود: حلال به ماتریس نفوذ می‌کند، اجزای محلول را حل می‌کند و گونه‌های حل شده در جهت شیب غلظت منتشر می‌شوند تا زمانی که تعادل برقرار شود، بنابراین بازده به انتخاب حلال، دما، اندازه ذرات و زمان تماس بستگی دارد (Azmir et al., 2013; Simeonov et al., 2018، همانطور که در مدخل‌های موضوعی بحث شده است). جداسازی سپس از خواص فیزیکی متفاوت بهره می‌برد: تفکیک متفاوت بین دو فاز در کروماتوگرافی، فراریت متفاوت در تقطیر و حلالیت متفاوت در سیالات فوق بحرانی. انتخاب و توالی این عملیات برای حرکت از ماتریس خام به یک ترکیب منفرد و مشخص، هنر اصلی جداسازی محصولات طبیعی است (Sticher, 2008).

Clinical relevance

روش‌های این حوزه، عصاره‌های استاندارد، ترکیبات مرجع جداسازی شده و اسانس‌هایی را تولید می‌کنند که اساس محصولات دارویی گیاهی و بسیاری از پیشروهای کشف دارو را تشکیل می‌دهند و درک آن‌ها از ارزیابی انتقادی کیفیت فیتوفارماکولوژی حمایت می‌کند. این یک زمینه روش‌شناختی توصیفی برای چگونگی تهیه و شناسایی فرآورده‌های طبیعی است؛ این یک راهنمای بالینی نیست و هیچ توصیه تشخیصی یا درمانی فردی را در بر نمی‌گیرد.

Evidence & guidelines

متون فارماکوپه‌ای (مانند فارماکوپه اروپا و ایالات متحده) عملیات خیساندن، پرکولاسیون و تقطیر را برای فرآورده‌های رسمی تعریف می‌کنند، در حالی که پایه شواهد روش‌شناختی گسترده‌تر، ادبیات مروری و مطالعات اولیه است که تکنیک‌های کلاسیک و مدرن را مقایسه می‌کنند (Sticher, 2008; Azmir et al., 2013; Lefebvre et al., 2021). این حوزه در اینجا در سطح مرجع مورد بررسی قرار می‌گیرد و یک دستورالعمل نظارتی یا بالینی را تشکیل نمی‌دهد.

History

استخراج اجزای گیاهی با خیساندن، پرکولاسیون و تقطیر باستانی است و در داروسازی قرن نوزدهم و فارماکوپه‌های اولیه نظام‌مند شد. قرن بیستم کروماتوگرافی را اضافه کرد که تفکیک مخلوط‌های پیچیده را متحول ساخت، و اواخر قرن بیستم و اوایل قرن بیست و یکم تکنیک‌های سیال فوق بحرانی و سایر تکنیک‌های سبز و با حداقل حلال را به ارمغان آورد که مجموعه ابزارهای خلاصه شده در بررسی‌های مدرن جداسازی را گسترش داد (Sticher, 2008; Azmir et al., 2013).

Seminal works

• sticher-2008
• azmir-2013

Frequently asked questions

تفاوت بین استخراج و جداسازی چیست؟

استخراج، اجزای هدف را از یک ماتریس بیولوژیکی به فاز حلال یا بخار آزاد می‌کند، در حالی که جداسازی، مخلوط حاصل را به بخش‌های منفرد یا ترکیبات خالص، معمولاً با کروماتوگرافی یا تقطیر، تفکیک می‌کند.

چرا به چندین روش مختلف نیاز است؟

اجزا از نظر قطبیت، فراریت و پایداری حرارتی متفاوت هستند، بنابراین هیچ تکنیک واحدی برای همه آن‌ها بهینه نیست؛ روش‌های کلاسیک، کروماتوگرافی و سیال فوق بحرانی هر کدام برای دسته‌های خاصی از ترکیبات و اهدافی مانند بازده، گزینش‌پذیری یا کاهش حلال مناسب هستند.