Способы выделения эфирных масел

Существует несколько способов извлечения ароматических веществ из растений.

Перегонка с водяным паром. Старинный и до сих пор наиболее распространенный способ получения эфирных масел. Его используют во всех случаях, когда сырье содержит сравнительно много эфирного масла и температура перегонки (около 100 °С) не отражается на его качестве.

Температура кипения отдельных компонентов эфирных масел колеблется от 150 до 350 °С. Так, например, пинен кипит при 160 °С, лимонен - при 177 °С, гераниол - при 229 °С, тимол при 233 °С и т. д. Однако все эти вещества в присутствии водяного пара перегоняются при температуре ниже 100 °С. Теоретические основания процесса перегонки с водяным паром вытекают из закона Дальтона о парциальных давлениях, согласно которому смесь жидкостей (взаимно нерастворимых и химически друг на друга не действующих) закипает тогда, когда сумма их парциальных давлений достигнет атмосферного давления.

Перегонку с водяным паром осуществляют в перегонных кубах или, для переработки больших количеств сырья, в непрерывно действующих перегонных аппаратах. Перегонка с водяным паром может проводиться не только при атмосферном давлении, но и под давлением перегретым паром. В этом случае соотношение воды и эфирного масла выгодно меняется в пользу увеличения перегоняемого масла. Это объясняется тем, что уменьшение упругости паров воды идет сильнее, не пропорционально изменению упругости паров эфирного масла [62].

Экстракция. Эфирные масла растворяются во многих легколетучих органических растворителях. Это свойство используется в тех случаях, когда компоненты эфирных масел термолабильны и подвергаются деструкции при перегонке с водяным паром. При экстракции сырье, помещенное в специальные экстракторы, подвергают извлечению петролейным эфиром, этиловым эфиром, ацетоном или иным экстрагентом. Далее экстрагент отгоняют, конденсируют и вновь направляют в процесс. Экстракторы работают по принципу аппарата Сокслета (если повторный нагрев экстракта в приемнике не отражается на качестве масла).

После отгонки растворителя остаток представляет собой чистое эфирное масло или смесь эфирного масла с другими извлеченными веществами - смолами, восками и т. п. Такие экстракты, называемые «пахучими восками», используются в натуральном виде или перерабатываются с целью выделения из них эфирного масла (экстракция спиртом и отгонка последнего под вакуумом).

В последнее время экстракцию эфирных масел стали проводить сжиженными газами (углекислый газ, бутан и др.).

К экстракционным способам получения эфирных масел должна быть отнесена и мацерация цветочного сырья жирами. Для этого сырье в тканевых мешочках погружают в емкость с жировым корпусом на 24-48 ч. Далее эфирное масло извлекают спиртом [63].

Лнфлераж. В анфлераже выделяющееся из сырья (преимущественно из цветков) эфирное масло поглощается сорбентами (твердые жиры, активированный уголь и др.). Этот процесс проводится в специальных рамах, герметично собираемых по 30-40 шт. (одна на другую) в батарею.

При работе с твердыми жирами на обе стороны стекла (рамы) наносят жировой сорбент (смесь свиного и говяжьего жира и др.) слоем 3-5 мм. Цветки раскладывают поверх сорбента толщиной до 3 см и оставляют на 48-72 ч, после чего удаляют, а на рамы помещают свежее сырье. Такую операцию проводят многократно (до 30 раз), пока сорбент не будет насыщен эфирным маслом. Отработанное сырье содержит еще некоторое количество эфирного масла (преимущественно тяжелые фракции), поэтому дополнительно перерабатывается экстракцией. Жир, насыщенный эфирным маслом, снимают со стекла. Из полученной таким образом помады эфирное масло извлекают спиртом с последующим вымораживанием и фильтрацией. Далее после отгонки в вакууме получают чистое эфирное масло.

При использовании в качестве сорбента активированного угля сырье (цветки) помещают в камеру на сетки, после чего камеру герметично закрывают и через нее продувают сильный ток влажного воздуха, уносящий с собой пары эфирного масла, выделяемого цветками. Масло из воздуха поглощается активированным углем, расположенным над камерой. Через сутки цветки из камеры выгружают и экстрагируют петролейным эфиром для извлечения оставшихся в них тяжелых фракций эфирного масла. Активированный уголь, после его насыщения эфирным маслом, элюируют этиловым эфиром. После отгонки элюата получают эфирное масло [63].

Мацерация. Экстракция теплым маслом: цветки помещают в нагретый до 80 °С жир и выдерживают определенное время, после этого цветы отжимают, а в полученное душистое масло помещают новую порцию цветков. Всю процедуру повторяют до тех пор, пока масло не окажется достаточно насыщенным ароматами цветов.

Механические способы. Механические способы применяют при производстве эфирных масел из плодов цитрусовых, поскольку в них эфирные масла локализуются в крупных вместилищах кожуры плодов. Их получают путем прессования или соскребывания. Прессование проводят на гидравлических прессах из кожуры, оставшейся после отжатая из плодов сока. Для этого кожуру предварительно пропускают через зубчатые вальцы. Оставшееся (до 30 %) в кожуре эфирное масло извлекают далее перегонкой с водяным паром. Со- скребывание (натирание) проводят с кожуры целых плодов вручную с помощью специальных ложек с зазубренными краями или металлических дисков с большим количеством тупых игл.

Выделение эфирных масел производят как из свежего, так и из высушенного материала. Сушка как один из видов консервирования позволяет осуществлять перегонку в течение всего года и таким образом полнее использовать технологическую аппаратуру. Однако не все эфиромасличные растения можно высушивать. Некоторые виды сырья (лаванда, роза и др.) требуют перегонки в свежем виде, так как самые непродолжительные сроки хранения (2-3 часа) значительно снижают выход масла. Для других видов сырья правильно проведенная сушка даже полезна, так как ведет к увеличению выхода эфирного масла.

Увеличение выхода эфирного масла в сырье, прошедшем правильную сушку при оптимальной температуре (25-30 °С), объясняют благоприятными условиями для деятельности ферментов. Следует помнить, что после сбора сырья (листьев, цветков и т. и.) в живой ткани в течение некоторого времени протекают процессы обмена веществ. В результате качественный состав (чаще соотношение отдельных компонентов) эфирного масла из подвяленных частей растения может быть несколько иной, чем масла, сразу выделенного из свежего растения.

Авторами данной работы выделение эфирного масла из исследуемых растений осуществлялось методом исчерпывающей гидропа- родистилляции при атмосферном давлении в аппарате из нержавеющей стали (рис. 1) согласно [38]. По терминологии, сформировавшейся в промышленности эфирных масел, гидропаро дистилляция (англ. water and steam distillation) заключается в следующем: сырье располагается на сетке над поверхностью кипящей воды; сырье контактирует только с горячим паром, но не контактирует с водой.

Цельнометаллическая установка для получения эфирного масла

Рис. 1. Цельнометаллическая установка для получения эфирного масла:

1 - обратный холодильник, 2 - насадка Клевенджера, 3 - перегонный куб, 4 - электроплитка

Средняя проба воздушно-сухого сырья, взятого в эксперимент, составляла 800-1200 г в зависимости от вида сырья. Продолжительность процесса гидропародистилляции устанавливали экспериментально на основании изучения динамики изменения выхода эфирного масла во времени. В случае выделения эфирного масла из корней и корневищ продолжительность гидропародистилляции составляла не менее 20 ч до прекращения выделения эфирного масла. Полноту выделения масла контролировали экспериментально.

Количественно собранное в насадке Клевенджера эфирное масло отстаивали, а затем высушивали над Na2S04. Если масла отгонялось незначительное количество, то его экстрагировали гексаном.

Как известно, эфирные масла представляют собой многокомпонентные смеси соединений, относящихся к разным классам и группам и отличающихся по степени летучести. В этой связи, очевидно, компонентный состав масла и его физико-химические показатели будут различаться в зависимости от времени перегонки. Поэтому трудно иногда сравнивать литературные данные по составу и физико-химическим характеристикам эфирных масел исследуемых растений с собственными результатами, так как разные исследователи либо не приводят в своих работах время отгонки, либо время отгонки эфирного масла из одного и того же растения в разных работах различное.

При получении эфирного масла из растительного сырья вопрос продолжительности процесса актуален. Ведь процесс гидропародистилляции может продолжаться час, два, три, десять и более. Все определяется тем, какие цели ставит перед собой исследователь. Если он изучает лишь первичные метаболиты эфирного масла, тогда процесс должен осуществляться в течение малого промежутка времени. А если надо определить содержание эфирного масла в сырье, то этот процесс должен осуществляться в течение времени, достаточного для выделения всех компонентов эфирного масла. Это положение считается важным и потому, что в таком случае полученное эфирное масло будет иметь физико-химические характеристики именно самого масла, а не каких-то отдельных фракций. Процесс будет исчерпывающим. Метод исчерпывающей гидропародистилляции, применяемый авторами данной работы для извлечения эфирного масла, и заключается в том, что вначале исследователь экспериментально определяет время, в течение которого происходит выделение всех компонентов эфирного масла из данного растительного сырья, определяя при этом и содержание масла в сырье, и его физико-химические характеристики (плотность и показатель преломления).

Если выход эфирного масла составляет 0,5-3,0 %, то имеет смысл изучение динамики его отгонки. Нами была исследована динамика отгонки эфирного масла корневищ аира болотного, надземной части душицы обыкновенной и тысячелистника обыкновенного, борщевика рассеченного, полыни Сиверса и полыни холодной, семян пастернака дикого. В процессе отгонки масло фракционировали в зависимости от продолжительности его выделения. Каждую фракцию масла отбирали через определенные промежутки времени. Измерение показателя преломления отдельных фракций масла продемонстрировало, что эта величина изменяется со временем и, как правило, увеличивается, что свидетельствует об увеличении доли компонентов масла, имеющих более высокое значение показателя преломления.

Хромато-масс-спектрометрический анализ полученных фракций эфирного масла подтверждает изменение состава масла в процессе его выделения. Общая тенденция такова, что с увеличением времени перегонки содержание легколетучих компонентов уменьшается, а труднолетучих - увеличивается. Кроме того, отмечено, что отдельные фракции масла содержат максимальное количество того или иного компонента, ответственного за фармакологическое действие полученного эфирного масла. Поэтому разные фракции масла, имея разный компонентный состав, будут, очевидно, проявлять отличные друг от друга бактерицидные, антиоксидантные и прочие свойства.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >