Сравнение методов получения эфирных масел из растительного сырья в школьной лаборатории



В статье рассмотрены основные методы получения эфирных масел из растительного сырья. Проведено сравнение существующих способов получения эфирных масел по различным критериям.

Ключевые слова: эфирные масла, водяная дистилляция, экстракция, прессование .

Еще с древнейших времен (до нашей эры) люди замечали, что различные растения имеют определенный запах, который по-разному влияют на человека. Так, например, запах лаванды и мяты проявляет успокаивающее действие, а запах цитрусов наоборот, ободряющее. Причиной наличия запаха в растениях являются эфирные масла, которые люди стали извлекать из растительного сырья различными методами.

Позже, с развитием методов анализа вещества, стало понятно, что эфирные масла — это не индивидуальные вещества, а смесь различных органических и иных веществ. Органическими веществами, входящими в состав эфирных масел, могут быть: терпены, кетоны, фенольные соединения, сложные эфиры, спирты, альдегиды, стероиды, азотосодержащие соединения и аминокислоты. Основная часть эфирных масел — это терпены и их кислородсодержащие производные, реже ароматические и алифатические соединения [1, 2].

Целью нашей работы является сравнение различных способов получения эфирных масел из растительного сырья в лабораторных условиях.

Для получения эфирных масел необходимо правильно подобрать сырье. Существует более трех тысяч разновидностей растений, из которых можно получить эфирные масла. Однако, стоит отметить, что не из каждого растения, обладающего приятным запахом, можно получить эфирные масла. Так, плоды персика, киви, манго, груши, яблони, клубники, дыни и арбуза не являются эфирно-масляничными. А полученные из ландыша, полыни, тки и белладонны эфирные масла содержат галлюциногенные или токсичные вещества.

Сырьем для получения эфирного масла может служить полностью все растение или отдельная часть его. Причем из различных частей растения можно получить различные эфирные масла. Например, из горького апельсина получают три сорта разных масел: «горький апельсин» — из кожуры плодов, аромат «нероли» — из соцветий, «петит грейн» — из побегов [3].

Трудоемкость процесса получения эфирного масла, доступность растительного сырья, количественное содержание эфирно-масляничных веществ в сырье — все это факторы, определяющие стоимость полученного эфирного масла. Существует несколько методов получения эфирных масел из растительного сырья. В ходе данной работы рассмотрены основные достоинства и недостатки существующих методов получения эфирных масел из растительного сырья.

Метод № 1 — Водяная дистилляция.

Дистилляция с паром является наиболее популярным способом получения эфирных масел. В данном методе свежее сырье погружается в колбу с дистиллированной водой, к которой подводится тепло до состояния кипения воды. Пар, содержащий эфирные масла, через фильтры по змеевику конденсируется и перемещается в колбу-приемник. Далее, посредством делительной воронки можно отделить водную фракцию от фракции с эфирным маслом. Главной особенностью этого процесса является прямой контакт между кипящей водой и растительным материалом. При этом, важно тщательно отрегулировать температуру пара, так как высокие температуры снижают качество получаемого эфирного масла. В связи с этим, перегонный аппарат должен быть хорошо теплоизолирован. В колбе с растительном сырьем необходимо предусмотреть постоянное перемешивание материала, во избежание его осаждения на дно колбы и термического разложения. В лаборатории для перегонки с водяным паром рекомендуется использовать прибор Клевенджера [3, 4].

Метод № 2 — Экстракция (холодный и горячий анфлераж).

Этот метод был очень популярен в XIX веке во Франции. Однако, сейчас используется редко из-за технологической трудоемкости. В отличии от перегонки с водяным паром, анфлеражем удается получить эфирные масла, которые при дистилляции с водяным паром разлагаются.

Различают два вида анфлеража: холодный (наиболее распространенный) и горячий. Рассмотрим каждый из них.

Холодный анфлераж.

На стекло или ткань, заключенные в деревянную раму, наносили очищенный животный жир или оливковое и пальмовое масла. На слой жира помещали свежие цветки или лепестки жасмина, розы, фиалки и т. д. Рамы ставились друг на друга, чтобы уберечь жир от впитывания посторонних запахов, а сырье от испарения. Жир впитывал в себя ароматные компоненты в течение 1–3 дней, после чего цветки убирались и заменялись на свежие. Так продолжалось до тех пор, пока жир не впитывал в себя необходимое количество летучих веществ. На 1 кг жира уходило более 3 кг цветов. Далее полученную субстанцию счищали с со стекла и смешивали с этиловым спиртом для растворения ароматных компонентов. Затем, путем фильтрации и последующей вакуумной дистилляции при низких температурах удаляли остатки этанола. На выходе получилось ароматное масло. А остатки жира, содержащего некоторое количество эфирных масел использовали в производстве мыла [3].

Горячий анфлераж.

Метода горячего анфлеража, также как и метод холодного анфлеража получил свое распространение не только во Франции, но и в древнем Египте.

Здесь также использовался жир, но в отличии от холодного анфлеража, в данном методе жир плавили в котлах, куда добавляли цветы при регулярном перемешивали под постоянным нагреве в течение 2-х часов. Процедура длилась не менее 10 дней, с заменой цветков. Когда жир не мог больше впитывать в себя аромат, его отфильтровывали от цветов. Степень абсорбации жиром эфирных масел можно определять по йодному числу. Показатель йодного числа будет изменяться по мере экстрагирования. Далее ароматное эфирное масло получалось таким же способом, как и при холодном анфлераже, описанном ранее.

Очевидно, что подобная длительная, ресурсо- и трудозатратная технология не нашла широкого применения в дальнейшем и в 1930 году произошел отказ парфюмерами от использования данного метода.

Метод № 3 — Холодная экстракция растворителями.

Данный метод заключается в получение эфирных масел непосредственно из растительного сырья при помощи органических малополярных или неполярных растворителей (диэтиловый эфир, гексан и др.) [3].

Удобной технологией данного метода является проведение процесса экстракции в аппарате Сокслета. Растворитель нагревают до температуры кипения, получившийся пар попадает в обратный холодильник, где конденсируются и попадает в гильзу с растительным сырьем, где и происходить процесс экстракции эфирного масла. Как только уровень жидкости в гильзе достигает верхнего уровня сифона, гильза опустошается, и раствор вещества сливается в исходную колбу. Цикл повторяют несколько раз. Далее проводят фильтрацию с целью отделения исходного растительного сырья.

Данный метод имеет преимуществом над методом перегонки с водяным паром, так как извлекается на 10–30 % больше эфирного масла.

Метод № 4 — Холодное прессование с последующей фильтрацией.

Данный метод применим к получению эфирных масел из кожуры цитрусовых или плодовым маслам (оливковое масло, масло жожоба, авокадо, бергамота, лайма и апельсина). Растительное сырье, предварительно смешанное с водой, подвергается ручному отжиму или отжиму с помощью барабана. После чего, полученную эмульсию центрифугируют для отделения фракции, содержащей эфирные масла от водной фракции. К самым главным достоинствам данного метода можно отнести его дешевизну и тот факт, что полученные эфирные масла сохраняют большинство полезных веществ, так как отсутствует термическая обработка сырья. Однако, полученные эфирные масла не подлежат длительному хранению из-за оставшихся белковых соединений. [3, 4].

В результате нашей работы были выявлены основные достоинства и недостатки каждого из вышеописанных методов получения эфирных масел из растительного сырья (таблица 1).

Таблица 1

Метод	Достоинства	Недостатки
Метод водной дистилляции	— Экологически чистый способ получения: метод водной дистилляции основан на использовании пара, что делает его естественным и экологически чистым способом получения эфирных масел. — Высокое качество продукта: в процессе водной дистилляции получается высококачественное эфирное масло, которое не содержит примесей и является полностью натуральным. — Безопасность: метод водной дистилляции считается безопасным для здоровья, поскольку не используются химические растворители и другие опасные вещества. — Экономичность: данный метод является экономически эффективным, поскольку не требует больших затрат на оборудование и материалы	— Длительный процесс: метод водной дистилляции является длительным процессом, который требует много времени на получение эфирного масла. — Низкий выход: выход эфирного масла в процессе водной дистилляции может быть невысоким, что делает этот метод менее эффективным по сравнению с другими методами получения масел. — Ограничения на виды растительного сырья: метод водной дистилляции не подходит для получения эфирных масел из некоторых видов растительного сырья, которые не обладают достаточной концентрацией масла. — Возможность потери активных веществ: в процессе водной дистилляции часть активных веществ, содержащихся в растительном сырье, может быть потеряна в связи с термической обработкой сырья, что может снизить качество конечного продукта
Методы холодного и горячего анфлеража	— Высокое качество продукта: метод холодного анфлеража позволяет получать высококачественные эфирные масла, которые сохраняют большую часть активных веществ, содержащихся в растительном сырье. — Быстрый процесс: данный метод является быстрым и не требует больших затрат на оборудование и материалы. — Возможность использования различных видов растительного сырья: метод холодного анфлеража позволяет получать эфирные масла из различных видов растительного сырья, что делает его универсальным методом получения масел. — Экономичность: данный метод является экономически эффективным, поскольку не требует больших затрат на оборудование и материалы	— Использование растворителей: методы холодного и горячего анфлеража требуют использования растворителей, что может быть опасно для здоровья при неправильном использовании. — Ограничение на виды растительного сырья: методы холодного и горячего анфлеража не подходят для получения эфирных масел из некоторых видов растительного сырья, которые не обладают достаточной концентрацией эфирных масел. — Риск загрязнения продукта: при использовании растворителей существует риск загрязнения эфирных масел, что может привести к снижению качества продукта. — Неэкологичность: использование растворителей может быть неэкологичным, так как некоторые из них являются токсичными и могут нанести вред окружающей среде. — Необходимость специального оборудования: для проведения методов холодного и горячего анфлеража требуется специальное оборудование, что может повысить затраты на производство эфирных масел. — Низкая производительность: производительность методов холодного и горячего анфлеража может быть ниже, чем у других методов получения эфирных масел, что может повысить стоимость продукта
Метод экстракции растворителями	— Высокая производительность: метод экстракции растворителями позволяет получать большое количество эфирных масел за короткий период времени. — Универсальность: этот метод подходит для получения эфирных масел из различных видов растительного сырья. — Высокое качество продукта: метод экстракции растворителями обеспечивает получение высококачественных эфирных масел. — Экономически выгодный: метод экстракции растворителями позволяет получать эфирные масла из больших объемов растительного сырья, что может быть экономически выгодным	— Использование растворителей: метод экстракции растворителями требует использования растворителей, что может быть небезопасно и неэкологично. — Риск загрязнения продукта: существует риск загрязнения эфирных масел при использовании растворителей, что может привести к снижению качества продукта. — Необходимость специального оборудования: для проведения метода экстракции растворителями требуется специальное оборудование, что может повысить затраты на производство эфирных масел. — Ограничение на виды растительного сырья: этот метод не подходит для получения эфирных масел из некоторых видов растительного сырья, которые не обладают достаточной концентрацией эфирных масел
Метод холодного прессования	— Натуральность: метод холодного прессования является натуральным методом получения эфирных масел, так как не использует химических растворителей или высоких температур. — Сохранение свойств растительного сырья: этот метод позволяет сохранить максимально возможное количество полезных свойств растительного сырья в получаемом эфирном масле. — Безопасность: метод холодного прессования не требует использования опасных химических растворителей, что делает его более безопасным для здоровья и окружающей среды. — Экологичность: производство эфирных масел методом холодного прессования является экологически чистым методом, так как не происходит выброса опасных веществ в окружающую среду	— Низкая производительность: метод холодного прессования обладает низкой производительностью, что делает его неэффективным для получения больших объемов эфирных масел. — Ограниченность видов растительного сырья: этот метод подходит только для получения эфирных масел из орехов и семян, что ограничивает его применение. — Ограниченность по качеству: метод холодного прессования не всегда обеспечивает высокое качество получаемого эфирного масла, так как оно может содержать в себе некоторое количество масла, которое нельзя извлечь механическим способом. — Высокая стоимость: производство эфирных масел методом холодного прессования требует использования специального оборудования, что повышает его стоимость

Таким образом, каждый из рассмотренных нами способ получения эфирных масел из растительного сырья в условиях школьной химической лаборатории имеет свои достоинства и недостатки. Выбор использования каждого из методов зависит от целей и возможностей.

Литература:

1. Ермакова, А. И. Методы биохимического исследования растений / А. И. Ермакова. — Л., 1972. — 364 с.
2. Кретович, В. Л. Биохимия растений / В. Л. Кретович. — М.: Высшая школа, 1985. — 503 с.
3. Чипига, А. П. Справочник Технолога эфирномасличного производства [Текст]/ А. П. Чипинга. — М., 1981. — 184 с.
4. Сидоров, И. И. Технология натуральных эфирных масел и синтетических душистых веществ [Текст] / И. И. Сидоров, Н. А. Турышева, Л. П. Фалеева, Е. И. Ясюкевич. — М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1984. — 368 с.