طرق استخلاص المواد الفعالة من النباتات لاستخدمات الدوائية

من اهم النقاط البحثية التي يتعرض لها الدارس في حقل المنتجات الطبيعية هي:

1. كيفية الحصول على هذه المنتجات ، واستخالصها من مصادرها الطبيعية.
2. كيفية الحصول على هذه المكونات الطبيعية بعضها من بعض بغية الحصول على مركبات نقية.
3. بعد تنقية المركب الطبيعي فإن الباحث ييدأ في التعر ف على تركيبه الكيميائي، وذلك باستخدام الطرق الفيزيائية والكيميائية ظت وكذلك طرق التحليل الطيفي. .
4. باستخدام الطرق الفيزيائية والكيميائية ظت وكذلك طرق التحليل الطيفي مصادرها الطبيعية، أي عملية االصطناع الحيوي

استخدمت الزيوت و المسستخلصات النباتات الطبية في الحضارات القديمة للعلاج من الأمراض، وكان العلماء المسلمين الفضل في استخراج وفي اختراع جهاز التقطير،ومعرفة خصائصها واستطباباتها، الزيوت والمستخلصات الطبيعية كانت سلعة رائجة حملتها القوافل مع الحرير إلى الآفاق البعيدة. ونشات مراكز للتوابل والزيوت العطريةما لها أهميةفي صناعة الدواء، ومواد التجميل، ومضادات الجراثيم . والصابون، والمواد الطلاء تستخرج الزيوت بالتقطير أو بإستخدام المذيبات العضوية أو بالكبس

مفهوم النباتات الطبية

تعتبر النباتات الطبية من المحاصيل غير التقليدية، استخدمها الانسان على مر العصور كأطعمة ، وأخرى كدواء ، ولاغراض متنوعة فتارة استخدمت كتوابل عند طهي الطعام ولعلاج امراض كثيرة تصيب الانسان او تخفف من اعراض المرض ….ومع التقدم العلمي والتكنولوجي اصبحت ذا أهمية كبيرة حيث ادخلت في الصناعات الدوائية باشكال مختلفة في الشرابات والغسول والمراهم والمعقمات وادواية التخدير بالاضافة لاستعمالها في الصناعات الغذائية كمواد حافظة ، ومنكهات وفاتحة شهية واخر ملونة ، كذلك تعطى هيئة مشروبات منشطة مثل القهوة والشاي.

المواد الفعالة فيأغلبأجزاءالنباتا الازهاروألاوراقوالجذوروالثماروالسيقانوالبذور

الأزهار : الوردوالياسمين.

الأوراق : مثلالقرفهوالنعناع

الثمار : مثل البرتقالوالليمون .

البذور : مثلجوزةالطيبوالهيل

الجذور : مثلالعرقسوسوالأيرس.

السيقان : مثلأعشابالصنوبروالصندل

جميعأجزاءالنبات : مثلحشيشةالليمون

المكونات الفعالة في النباتات الطبية

الجليكوسيدات ديجوكسين مادة دوائية مصدرها نبتة ال- Digitalis ويستعمل لعلاج الفشل القلبي

القلويدات …

التانينات … مركبات نباتية متعددة الفينول ذات وزن جزيئي مرتفع توجد في العديد من النباتات ) اوراق – ثمار – ساق – لحاء …( و تتوضع عادة ضمن الفجوات ).

الصابونيات …

المواد الراتنجية Resins… هو مادة صمغيّة لزجة تنضحها بعض النباتات لاسيما الصنوبريات والبطميات

الزيوت الطيارة Volatile oils. …

المواد الدهنية Lipids

من اهم النقاط البحثية التي يتعرض لها الدارس في حقل المنتجات الطبيعية هي

.1 كيفية الحصول على هذه المنتجات ، واستخالصها من مصادرها الطبيعية.

.2 كيفية الحصول على هذه المكونات الطبيعية بعضها من بعض بغية الحصول على مركبات نقية.

.3 بعد تنقية المركب الطبيعي فإن الباحث ييدأ في التعر ف على تركيبه الكيميائي، وذلك باستخدام الطرق الفيزيائية والكيميائية وكذلك طرق التحليل الطيفي.

.4 الطرق التي تتكون بواسطتها المركبات الطبيعية داخل مصادرها الطبيعية، أي عملية الاصطناع الحيوي  Biosynthes .

والبروتوكوالت المتبعة لالختبارات الكيمائية للعقاقير النباتية تلخص في الشكل التالي

فالنبات الطبي يحتوي مزيج من المركبات الكيميائية الحاملة لمجموعات وظيفية مختلفة وذات قطبية مختلفة، والتي تصنف كما يلي:

· المركبات االولية metabolites Primary مثل: الكربوهيدرات واألحماض االمينية و والدهون

· المركبات الثانوية:metabolites Secondary مثل الفينوالت ، الفالفونوئيدات Flavonoids، والقلويدات والغليكوزيدات Glycosides والكومارينات Coumarins و التربينات Terpenes، زيوت عطرية oils volatile.

- المواد الثانوية الفعالة غالبا ما تكون هي المسؤولة عن مصدر التأثير الطبي للنباتات الطبية.

اولا:ً منهجية الاستخلاص Procedure Extraction

تقليل حجم جزيئات المادة النباتية:

الاستخلاص Extraction

الترشيح  filtration

التكثيف Concentration

التجفيف Evaporation

تقليل حجم جزيئات المادة النباتية:

المادة النباتية جافة أو طرية ويجب تقليل حجم المادة النباتية في الحالتين سواء بالسحق او التقطيع بهدف زيادة سطح التالمس بين المذيب والمادة النباتية.

الاستخلاص Extraction  : يعرف الاستخلاص بأنه عملية فصل المكونات الفعالة من األنسجة عن المكونات غير النشطة بيولوجياً باستخدام مذيبات مناسبة تعتمد على قطبية المكون وطبيعته الكيميائية والحصول على الخلاصة الخام. - أثناء الاستخلاص، ينتشر المذيب في المادة النباتية ويذيب المركبات التي لها قطبية مشابهة. يعتمد الاسلوب الدقيق لعملية الاستخلاص بشكل طبيعي على النسيج والمحتوى المائي للمواد النباتية المستخلصة وعلى نوع المادة التي يتم عزلها.

لمعايير الاساسية المؤثرة على جودة المستخلاص هي: الجزء النباتي المستخدم لاستخلاص، المذيب المستخدم. طريقة الاستخلاص.

تعتمد طريقة الاستخلاص على مدة الاستخلاص ، درجة الحرارة، طبيعة وتركيز المحل، طول مدة الاستخلاص ، المحل المستخدم، PH المحل، حجم حبيبات المسحوق، نسبة العينة للمحل. القطبية إذاكانت القيمة العالجية تكمن في مكونات غير قطبية أو بيولوجية، فيتم استخدام مذيب غير قطبي. على سبيل المثال، إذا كانت المكونات النشطة هي غليكوزيدات، فيجب استخدام مذيبات قطبية مثل ميثانول مائي. وترتبط القطبية بوجود مجموعات محبة للماء أو الدسم)

-اختيار المحلات  Choice of solvents: يجب أن يتمتع المحل الجيد بـ:

 منخفض السمية

 سهل التبخر في درجة حرارة منخفضة

 االمتصاص السريع للمستخلص.

 عدم التأثير على طبيعة المركبات داخل النبات عبر تشكيل معقدات.

ولعل من أهم العوامل المؤثرة على اختيار المذيب هي:

·      كمية المواد الكيميائية النباتية المراد استخلاصها.

·      معدل الاستخلاص. تنوع المركبات المختلفة المستخلصة

·      سهولة المعالجة اللاحقة للمقتطفات.

·      سمية المذيب في العمليات الحيوية.

·      المخاطر الصحية المحتملة من المستخلصات.

من أهم المحلات المستخدمة في الاستخلاص : Water،Ethanol ،Methanol،Chloroform، Ether.،Acetone، ويبين الجدول التالي اهم المحلات والمركبات التي تذوب في كل منها

ملاحظة: يعتبر مزيج كحول/ ماء بنسب متفاوتة( المذيب الأفضل للمواد القطبية والتي تعطي مردود استخلاص عال، ويرجع ذلك إلى نطاق القطبية الموسع الخاص به.

طرق الاستخلاص و الفصل توجد عدة طرق لاستخلاص تختلف حسب الجزء النباتي وحسب الطبيعة الكيميائية للمكونات وطبيعة تواجدها سواء بحالة حرة أو مرتبطة خاصة وان النبات يحتوي مزيجاً من المكونات.

-الاستخلاص بالتوزع بين سائل وصلب:

في هذا الاستخلاص يجب مراعاة بعض األمور:

* نعومة العقار

 * يتشكل أثناء عملية الاستخلاص جو مركز من المادة حول كل جزء من العقار. لذلك البد من:

·      التحريك المستمر

·      أو استبدال سائل الاستخلاص

1-التعطين  Maceration:

للخلاصات السائلة وهو وضع العقار في الماء بدرجة حرارة الغرفة مدة 8 أيام مع التحريك من حين لاخر في وعاء مغلق محكم بعيدا عن الضوء ثم يرشح

ويستحسن تكرار التعطين بسائل استخلاص جديد من أجل مردود أفضل. ينتهي الاستخلاص عندما يحدث توازن بين تركيز المركبات في الخالصة وتركيزها في العقار. بعد االنتهار من الاستخلاص ترشح الخالصة وتبخر.

مساوئ التعطين:

-1 طول الوقت

-2 تأثر المواد الفعالة بالوسط المائي

-3الهضم Digestion:

تتم عملية الهضم بدرجة حرارة 04-44 درجة مئوية في سائل ثابت مع تحريك متكرر وشديد ضمن وعاء مغلق بعيدا عن الضوء لفترة زمنية معينة

مساوئه: أكثر من مساوئ التعطين نظرا لان رفع درجة الحرارة الى 40 ينشط الانزيمات

ميزاته:

1. يتسرع انتشار وتوزع المركبات الكيميائية بالحرارة بالاضافة للتحريك وذلك سيقصر زمن الاستخلاص.
2. يمكن تحويل بعض المركبات إلى أخرى أكثر فائدة بفعل األنزيمات.
3. الاستخلاص تحت مبرد صاعد: وهذه الطريقة تساعد في الاحتفاظ  بكمية السائل الاستخلاصي (خاصة الطيار منها) .
4. التزحيل Percolation:

عملية استخلاص مستمرة بسائل متجدد بدرجة حرارة الغرفة. تعتمد هذه الطريقة على وضع العقار في عمود زجاجي عريض(يشبه الستالة) منتهي بصنبور، ويسد بقطنة من أسفله.

يوضع العقار في األنبوب بعد ترطيبه بسائل الاستخلاص، وفوقه ورقة ترشيح، ويجب الانتباه لمنع تشكل الفجوات ضمن العمود. ثم يصب سائل الاستخلاص مع االنتباه لعدم تحرك أجزاء العقار. وعند وصول أولى قطرات الاستخلاص لاسفل العمود يغلق الصنبور ويترك نحو 12ساعة.

ثم يفتح الصنبور ويترك مفتوحاً بحيث يخرج سائل الاستخلاص بشكل منتظم وهادئ. ويمكن الاستدال على نفاد المادة الفعالة من خلال إجراء تفاعلات كشف أو بعمل استشراب على الطبقة الرقيقة TLC.

 من شروط نجاح هذه الطريقة الحفاظ على توزان الطور الثابت، والا يكون العقار ناعم.

 مساوئها:

طول مدة الاستخلاص ، استهلاك كميات كبيرة من المحلات

ميزاتها:

- إمكانية استخدام سوائل استخلاص مختلفة أو مزيج من سوائل استخلاص.

- عدم استخدام حرارة يمكن أن تخرب المواد الفعالة.

5. الاستخلاص بجهاز األمواج فوق الصوتية (Sonication)  Extraction Ultrasound

يتضمن الاجراء استخدام الموجات فوق الصوتية مع ترددات تتراوح من )20 2000 kHz-)؛هذه الطريقة تزيد من نفاذية جدران الخاليا وتسبب حدوث فراغات بين الخلايا. على الرغم من أن العملية مفيدة في بعض الحالات مثل استخلاص جذور الروالفيا Rauwolfia، وتطبيقها على نطاق واسع( تستخدم الاستخلاص كميات صغيرة من المواد) محدودة بسبب ارتفاع التكاليف.

ميزاتها:

1. اختزال كمية المحلات واختصار الوقت
2. قدرة المحل على اختراق سريع للنسج النباتية بسبب الفراغات الكبيرة المتشكلة نتيجة تخرب النسج النباتية و الخلايا وبالتالي انحلال كمية أكبر من المكونات الفعالة وبالتالي مردود استخلاص أكبر.

مساوئ الطريقة: تأثير طاقة الموجات فوق الصوتية (أكثر من 20 كيلوهرتز) على نشاط المكونات الفعالة من خلل تشكيل الجذور الحرة وبالتالي تغيرات غير مرغوب فيها في بنية المركبات.

6.الاستخلاص حسب سوكسليه Soxhlet:

وهي عملية استخلاص مستمر دون انتظار وتشبه التزحيل لكنها تتم بحرارة مرتفعة

مساوئها:

- حدوث ترسب للمواد المستخلصة على جدران الحوجلة.

 - تعرض الخلاصه لحرارة مرتفعة نسبيا.

 - يتم تخلخل وتغلغل سائل الاستخلاص ضمن مسحوق العقار بصعوبة أحيانا.

7. الاستخلاص بالغازات السائلة:

يمكن استخلاص المواد الدسمة من العقاقير لهذا يستعمل غالباً غاز 2CO  بدرجة حرارة فوق 13.3 درجة مئوية وضغط يزيد على 73 بار، وعند رفع الضغط إلى 200 بار يتحول الغاز لسائل يستخلص المواد الدسمة، ثم وبالهبوط بالضغط إلى الضغط العادي يتحول السائل إلى غاز ثانية تاركاً المواد الدسمة

مساوئها:

الجهاز مكلف: بسبب الحاجة لأوعية ومراشح وضاغطات متحملة للضغط.

8. الاستخلاص بالتقطيرmethods Distillation :

أ- التقطير بالماء  Water distillation (جهاز كالفينجر)

تعتمد هذه الطريقة على أن السوائل التي ال تختلط مع الماء والتي تغلي في درجات حرارة عالية، تتقطر بسرعة وبدرجات حرارة أخفض بكثير من درجة غليانها الاصيلة عند غليانها مع الماء. وتستخدم هذه الطريقة لاستخلاص الزيوت الطيارة الاقل  كثافة من الماء فيطفو الزيت فوق الماء، أو الزيوت الاعلى  كثافة من الماء وهي قليلة لندرة الزيوت الثقيلة الطيارة. وعيب هذه الطريقة أنها تعرض الزيت أثناءاستخلاصه لدرجة عالية من الحرارة تؤدي إلى تغيير لونه ورائحته مما يقلل من قيمته التجارية . هذه الطريقة من أفضل الطرق الاستخلاص زيت النربنتين oil turpentine

ب-التقطير بالبخار Stem distillation

 تستعمل هذه الطريقة في حالة النباتات المجففة أوالطازجة، الورقية أو البذرية أو الثمرية المجففة المجروشة أو المطحونة التي تتأثر بالغليان المباشر في وجود الماء، وهذه الطريقة تختلف عن طريقة التقطير بالماء في وجود مصدر منفصل يجهز فيه بخار الماء مولد البخارثم يمرر هذا البخار إلى الوعاء الذي يحتوي على المادة النباتية التي يغمرها الماء.

ففي بعض العقاقير مثل القرفة Cinnamomum أو القرنفل caryophyllata  Eugenia يسحق العقار أو يطحن ثم يغطى بطبقة من الماء ويمرر بخار الماء في هذا المزيج المنقوع. تستكمل عملية التقطير هذه كعملية التقطير بالماء تماما.ً أما في حالة تقطير النباتات الطازجة كالنعناع Mentha  و غيره من النباتات التي توجد زيوتها الطيارة في الاوراق  مباشرة. فليس هناك حاجة لغمر المادة النباتية بالماء نظرا لاحتواء المادة النباتية على الماء ووجود نسبةمن الرطوبة. حيث يقوم الماء أو بخاره بحمل الزيوت الطيارة من داخل الانسجة النباتية باتجاه المكثفات ثم إلى مصيدة الزيت حيث يمكن فصلها. بعد التقطير يتبقى ماء عطري له أهمية صناعية )مستحضرات التجميل الجلدية( وعالجية. وذلك بهدف الحصول على الزيوت العطرية الطيارة.

الاستخلاص بالتوزع بين سائلين:

ونلجأ لهذا النوع من الاستخلاصعند وجود المادة المطلوب استخالصها في طور سائل.

شروطها:

- وجود سائلين غير ممزوجين مع بعضهما، ولهذه المادة نسبة انحلال مختلفة وبالتالي إمكان حدوث توزع.

- الانتباه إلى كثافة السوائل المختلفة جدول خاص

- أن تكون قطبية سائل الاستخلاص مناسبة لقنص المواد لمراد دراسته

- أفضل أداة الاستخلاص بالتوزع بين سائلين هي حبابة اإلبانة.

ملاحظة:

وجد أن الاستخلاص المتكرر بمقادير قليلة من سائل الاستخلاص أكثر فعالية وجدوى من الاستخلاص لمرة واحدة بمقدار كبير من سائل الاستخلاص.

 تكثيف وتبخير الخلاصات: غالبية المذيبات العضوية سامة وينظم وجودها في الادوية بقوانين لذلك يجب تقليل تركيز المذيبات في المنتج النهائي إلى 2530 جزءا في المليون.

يتم التبخير باستخدام جهاز مبخر دوار evaporation Rotary والذي يعمل تحت ضغط منخفض:

- يسهل طرد السائل الحامل.

- يخفف درجة الحرارة اللازمة للتبخير وبالتالي يحد من تخرب المواد المستخلصة.

- يمكن ضبط درجة الحرارة حسب المحل المستخدم.

استخلاص المواد الفعالة من النباتات باستخدام المذيبات:

يتم هذا الاستخلاص إما باستخدام مذيبات متدرجة القطبية على الجزء من النبات المراد استخلاص المواد الفعالة منه، أو بالحصول على خلاصة كحولية مائية تحتوي على كافة المواد الكيميائية المتواجدة في الجزء المستخدم من النبات ومن ثم تطبيق الاستخلاص باستخدام مذيبات متدرجة القطبية.

يتم استخدام مذيبات متدرجة القطبيةمن القطبية الاقل إلى الاكثر كما في الجدول التالي:

بعد عملية الاستخلاص والحصول على خلاصات جافة ومركزة تجري العمليات التالية عليها:

تجزئة الخلاصة النباتية Fractionation of plan extract

بعد تجفيف المستخلصات النباتية، نلجأ إلى تجزئة الخلاصة  الخام بهدف تسهيل دراسة وعزل وتنقية المركبات الفعالة المرغوب بفصلها حيث يتم تجزئة الخلاصة الخام إلى عدة أجزاء صغيرة يجرى لها اختبارات TLC باستخدام كواشف معينة للمركب الفعال نستطيع من خلالها  تحديد الاجزاء  التي يتواجد فيها المكون الفعال بكميات كبيرة. تجمع الاجزاء  مع بعضها وتخضع لعملية تنقية Purification باستخدام احد التقنيات الكرماتوغرافية المناسبة.