Esempio di estrazione di alcaloidi: Nux Vomica

La noce vomica (Strychnos nux-vomica) è una pianta appartenente alla famiglia delle loganiacee. E' un grande albero cespuglioso originario dell'India, diffuso variamente in diverse parti dell'Asia, come Birmania, Cina, Thailandia, e in Australia.

La droga è costituita principalmente dai semi, dai quali si estraggono due importanti alcaloidi: la stricnina e la brucina, sostanze altamente tossiche utilizzate in medicina ed in omeopatia.

Essendo gli alcaloidi molecole basiche, la loro estrazione e favorita se avviene in ambienti alcalini, così da poterli separare agevolmente da altri componenti.

Così avviene nel caso della noce vomica.

Dopo la triturazione si procede con l'alcalinizzazione del composto ottenuto, e si effettua l'estrazione con l'uso di un solvente adeguato.

L’estratto che si ottiene contiene tutta la frazione alcaloidea. Viene quindi concentrato e sottoposto la giusto grado di acidificazione al fine di seperare più finemente i composti, ed in particolare, la stricnina dalla brucina.

Si procede così alla filtrazione ottenendo due fasi:

1) il filtrato contenente la brucina;

2) il residuo contenente la stricnina.

brucina

Il filtrato, con la brucina, viene sottoposto a separazione tramite solvente e successivamente alcalinizzato.

Si ottiene così la brucina grezza, la quale viene trasformata in solfato di brucina, con acido solforico, ed in seguito sottoposta a ricristallizzazione al fine di ottenere il massimo di purezza possibile.

Dopo una nuova alcalinizzazione si filtra  e si ottiene la brucina pura.

Il residuo, contenente la stricnina, viene acidificato, generalmente con acido nitrico, che ne permette la cristallizzazione separandosi da eventuali ulteriori residui di brucina. Così purificato, il composto viene rialcalinizzato e quindi filtrato.

Infine si procede a essicazione per ottenere la stricnina pura.

stricnina

Come si vede per l’estrazione degli alcaloidi si opera graduando con precisione sul pH.

Stricnina e brucina sono molecole altamente tossiche per l’uomo, ma possono essere utilizzate in medicina sotto stretto controllo medico. Ad esse vengono attribuite, sempre in dosi medico-controllate, proprietà eupeptiche e stimolanti.

Possono invece rivelarsi letali al di fuori delle dosi definite dal medico.

In particolare la stricnina è un eccitante del sistema nervoso, il cui meccanismo d’azione consiste nel blocco dei processi inibitori. L’avvelenamento da stricnina porta al blocco dei meccanismi frenanti e quindi a convulsioni incontrollate della muscolatura e alla morte per asfissia.

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Estrazione degli alcaloidi

Gli alcaloidi sono una famiglia di molecole caratterizzate dalla presenza di almeno un azoto eterociclico, con doppietto libero.

In virtù di questa struttura, conferiscono basicità alle soluzioni in cui sono immesse.

Le piante sintetizzano questi metaboliti secondari a partire da amminoacidi, che a loro volto sono metaboliti primari che i vegetali sono in grado di produrre da sé.

Se l’amminoacido di origine è un amminoacido solforato, come ad esempio la cisteina, anche nell’alcaloide sarà presente lo zolfo.

Si tratta comunque una famiglia di molecole molto eterogenea con marcate differenze strutturali.

Gli alcaloidi sono generalmente poco solubili in acqua, mentre lo sono di più in alcol. In presenza di acidi tendono a formare sali maggiormente solubili in acqua.

Stricnina

Estrazione

Essendo gli alcaloidi molecole molto diversificate, ed essendo solitamente ogni alcaloide presente in poche, specifiche specie, le procedure di estrazione sono anch’esse diversificate.

Una delle procedure più utilizzate è la seguente, assai approssimata nei concetti base.

1) La droga dalla quale devono essere estratti gli alcaloidi, viene messa in macerazione in acqua per circa 15 giorni. In questo modo si ottiene una fase acquosa contenente le sostanze idrofile come glucosidi, zuccheri, tannini, alcuni pigmenti, acidi.

Rimane il residuo nel quale sono ancora presenti la maggior parte degli alcaloidi (poco solubili in acqua), e altre sostanze insolubili come proteine insolubili, grassi, alcuni pigmenti, cere.

2) La droga viene messa a contatto con un solvente organico e si basifica la soluzione, al fine di renderla più affine agli alcaloidi. Si separa in questo modo la fase acquosa ancora presente nella droga, da quella insolubile, resa ancora più affine agli alcaloidi grazie alla basificazione. Otteniamo quindi una fase organica contenente tutte le sostanze idrofobe, alcaloidi compresi.

3) Infine si acidifica la soluzione organica facilitando la separazione degli alcaloidi rendendoli più solubili in acqua e trasferendoli dunque in una fase acquosa.

Estrazione per distillazione

La distillazione è una tecnica di estrazione e purificazione, che si basa sulla regolazione di temperatura e pressione, in relazione alle proprietà delle sostanze su cui si opera. Si lavora quindi tenendo conto del punto di ebollizione dei diversi composti, in modo tale da provocare la loro evaporazione e separarli. 

Distillazione diretta

Un miscela sotto forma liquida viene portata ad ebollizione. I vapori dei composti più volatili salgono verso l’alto. Successivamente vengono convogliati in un tubo di condensazione (conformazione generalmente sinuosa e raffreddata dall’esterno) che ne consente la ricaduta in un apposito contenitore.

Distillazione in corrente di vapore

Si utilizza la droga precedentemente umettata col solvente (acqua) e quindi sottoposta a distillazione. Questa tecnica sfrutta il principio fisico per cui due liquidi inmiscibili, sono suscettibili a evaporazione ad una temperatura inferiore alla più bassa delle due. Questo consente all’essenza contenuta nella droga, di essere separata senza danni, se questa è termolabile. Per migliorare ulteriormente la prestazione si può abbassare la pressione.

Il vapore trascina con sé le essenze permettendone poi la condensazione in un altro contenitore.

Distillazione a pressione ridotta

Nel caso di composti termolabili si opera ad una pressione ridotta, in modo da ottenere la separazione dei composti ad una temperatura più bassa.

Distillazione frazionata

In una stessa operazione, si applicano, nel tempo, temperature differenti, allo scopo di ottenere diverse fasi già separate.

Distillazione dopo macerazione

Prima di operare con la distillazione, si lascia macerare la droga in modo da separare i composti solubili. In un secondo momento si procede con la distillazione per separare le sostanze insolubili, come le essenze.

Distillazione molecolare

Si opera sotto vuoto spinto, a secco, ovvero senza solvente, in condizioni tali da poter lavorare con lievi variazioni di temperatura, la quale risulta essere ancora più bassa. A questo tipo di distillazione vengono sottoposte anche sostanze solide o semisolide.

Distillazione distruttiva

Tipologia di distillazione a secco che si utilizza, ad esempio, per ottenere carbone vegetale a partire dal legno.

Metodi di estrazione per contatto col solvente

Macerazione

La droga viene immersa nel solvente mantenendo una temperatura non superiore ai 30°C, quindi adatta nel caso di principi attivi termolabili.

Il materiale vegetale può essere polverizzato o in pezzature diverse.

Il solvente può essere di vari tipi: etanolo, etere, aceto, olio, miscela acqua-etanolo.

L’operazione viene ripetuta diverse volte, rinnovando il solvente, fino ad esaurimento della droga.

Il residuo, la droga esausta, prende il nome di feccia.

Il ciclo copre generalmente la durata di 1-2 settimane.

Il prodotto finale è un estratto fluido che prende il nome di macerato

Digestione

E’ una variante della macerazione con la quale si opera a una temperatura superiore ai 30° C. In particolare, la FUI indica che la temperatura debba essere compresa tra i 35 e i 65°C. In questo caso bisogna considerare la termolabilità della sostanze d’interesse.

Il prodotto finale è un estratto fluido.

Decozione

La droga viene posta in acqua fredda che successivamente viene portata ad ebollizione. L’operazione dura dai 5 ai 30 minuti e dà come prodotto finale il decotto. La durata dell’operazione dipende dalla concentrazione di principi attivi che si vuole ottenere, partendo da una certa quantità di droga.

E’ adatta per droghe di natura consistente, coriacea.

Infuso

Infusione

La droga polverizzata o triturata finemente, viene posta in un contenitore dove viene versato il solvente caldo, con una temperatura massima di 65°C. L’infusione può durare dai 5 ai 30 minuti e dà come prodotto finale l’infuso.

Percolazione

Un solvente viene fatto passare, per gravità, attraverso uno strato composto dalla droga. Questa viene prima umettata con lo stesso solvente o in esso macerata.

Il procedimento, fino ad esaurimento della droga, dura circa 24-48 ore.

L’efficienza dell’estrazione è determinata dal grado di compattezza della droga, dalla sua pezzatura, e dal grado di umettamento precedentemente effettuato.

Enfleurage

Enfleurage

Il solvente è costituito da grassi solidi fissi. Viengono preparati dei pannelli con uno strato di grasso, sul quale si pongono le droghe da estrarre. E’ utilizzato per adsorbire oli essenziali garantendo la massima qualità di estrazione.

Generalmente si estraggono le essenze da fiori. Il grasso usato ha caratteristiche organolettiche neutre e stabili.

Successivamente il grasso saturo, che prende il nome di pommade, viene sottoposto ad estrazione utilizzando come solvente alcol. In alternativa può anche essere immesso in commercio così com’è.

Estrazione in campo elettromagnetico

Tecnica usata per favorire l’azione del solvente.

Tramite un apparecchio che genera un campo elettromagnetico, vengono prodotti ultrasuoni capaci di produrre cavitazioni a livello cellulare e quindi rottura delle cellule, permettendo una maggior diffusione del solvente.

Estrazione continua in controcorrente

Si tratta di un meccanismo che sfrutta al meglio il contatto fra droga e solvente, i quali si muovono in direzione opposta una rispetto all’altro.

In questo modo il fronte del solvente, verso fine corsa, è quasi saturo, ma incontra droga che è solo all’inizio del suo percorso e quindi ancora molto ricca. In queste condizioni la capacità residua del solvente è sufficiente ad estrarre ancora qualcosa dalla droga.

Viceversa il solvente all’inizio del percorso è fresco ed incontra droga già quasi completamente estratta. Ma in queste condizioni la sua capacità estrattiva è massima e riesce ad esaurire completamente la droga.

Si usa generalmente per droghe oleaginose e si usa come solvente l’esano.

Droga fresca -------->-------------------->----------------------> Droga esaurita

Solvente esausto <-------------------<---------------<-----------  Solvente fresco

Estrazione con fluidi supercritici

I fluidi supercritici sono sostanze portate ad una pressione ed una temperatura sufficientemente alte, da conferire alla sostanza stessa proprietà intermedie tra lo stato liquido e lo stato gassoso, non essendo propriamente né gas, né liquido.

Ad esempio, nel caso della CO₂, il punto critico che viene oltrepassato è dato da una pressione di 73 atm e una temperatura di 31°C.

La CO₂ è la sostanza ritenuta ideale per le estrazioni con fluidi supercritici, ed è la più utilizzata.

Rispetto ad un sovente liquido, il fluido supercritico evidenzia dei significativi vantaggi:

- densità e viscosità inferiori che ne favoriscono la diffusività;

- possibilità di modulare finemente la capacità estrattiva, agendo sulle regolazioni di temperatura e pressione;

- possibilità di ottimizzare la capacità estrattiva con l’eventuale aggiunta di un adeguato solvente organico;

- si possono ottenere dei prodotti “solvent-free” che possono essere destinati all’uso diretto.

- Azzeramento totale o quasi totale dello smaltimento dei solventi, con impatto ambientale quasi nullo.

Tuttavia i costi sono elevati.

Un tipico esempio di applicazione è l’estrazione di caffeina per ottenere caffé decaffeinato.