МЕТОДЪТ НА ИЗЧЕРПИТЕЛНА ХИДРО-ПАРНА ДЕСТИЛАЦИЯ ЗА ПОЛУЧАВАНЕ НА ЕТЕРИЧНИ МАСЛА ОТ ДИВИ РАСТЕНИЯ - Постижения
Ароматните растения и етеричните масла се използват от хиляди години в медицината, козметиката и парфюмерията. На практика във всички ранни култури ароматните масла са неразделна част от традиционните ритуали, в които религиозните и терапевтичните цели често са неразделни. Понастоящем хвойнови клонки се хвърлят в ритуалния огън в тибетските манастири, а в европейските храмове продължава да се кади с тамян [17].
Ако говорим за етерични масла като терапевтични и профилактични средства, тогава е общоприето, че техните терапевтични свойства все още не са напълно проучени. Въпреки това, в литературата и практическата медицина е натрупан богат опит в използването на някои етерични масла като инхаланти, противогъбични средства, много масла могат да понижат кръвното налягане, те са ефективни при лечение на оток, ревматизъм, възпаление, кожни заболявания и други [4, 17].
Предвид факта, че синтезът и натрупването на определени класове биологично активни вещества в дивите растения до голяма степен се определя от природните и климатични условия на тяхното отглеждане, изследователите са длъжни да проучат компонентния състав на етеричните масла от тези растения и да определят основните области на тяхното приложение като терапевтични и профилактични средства. Може да има и редица научни задачи, чиято същност е да се изучи механизмът на синтеза на отделни класове съединения в самата суровина, докато расте и се развива, метаболизма на отделните съединения и да се разработят методи за идентифициране и изолиране на отделни съединения.
В тази статия се разглеждат предимствата на метода на хидропарна дестилация за получаване на етерични масла и се предлага в този случай да се използва изчерпателна хидропарна дестилация, което позволяваполучаване на възпроизводими данни както за количественото съдържание на отделните компоненти, така и за физикохимичните характеристики на получените масла.
Резултати от изследването и дискусия
Етеричните масла могат да бъдат получени от различни части на растенията, включително корени, стъбла, цветя, семена, кора, дърво и листа. Има няколко начина за получаване на миризливи вещества от растения. Понастоящем в индустриален мащаб се използват няколко метода за получаване на етерични масла [11–14, 20, 23]:
1. Парна дестилация при атмосферно, повишено или понижено налягане в периодични или непрекъснати апарати.
2. Enfleurage (от френски anfleurer - за предаване на флорален аромат) - сорбцията на летливи компоненти от слой твърда мазнина.
3. Мацерация (от латински macero - омекотявам) - извличане на миризливи вещества с растителни масла или разтопени мазнини при нормална или повишена (50–70 ° C) температура.
4. Екстракция с органични разтворители, последвана от дестилация на екстрагента и получаване на бетон, обработка на бетона с етанол за отделяне на утайката от восъкоподобни вещества, изпаряване на алкохолния разтвор и получаване на абсолютно масло.
5. Суперкритична екстракция (екстракция с втечнени газове - въглероден диоксид, пропан, бутан, в суперкритично състояние).
6. Студено пресоване (изстискване) с последващо центрофугиране.
По-голямата част от етеричните масла се получават чрез дестилационни методи: хидродестилация или парна дестилация [11–12]. В същото време някои етерични масла от цветя на ароматни растения, като акации, теменужки, жасмин, нарциси, мимоза, зюмбюл, гардения, изобщо не могат да бъдат получени чрез парна дестилация. В този случай се прилагаметоди за екстракция [19].
Етеричното масло се разпределя неравномерно в органите на растението. Най-често се концентрира във всеки един орган (листа, цветя, корени, плодове). На тази основа суровините се класифицират на зърнени (плодове, семена), тревисти (листа, надземна част на тревисти растения, млади издънки на дървесни растения), цветни (цветове, цветни пъпки на съцветия) и коренови (корени и коренища) [24].
Компонентите на етеричните масла в растенията са в свободно и свързано състояние. Свързаното състояние се разбира като гликозиди, лактоструктури и пирофосфатни междинни продукти на вторичния метаболизъм, биогенетично съответстващи на определени вещества. Такива форми на съдържание позволяват на растенията да задържат значително количество летливи вещества през целия цикъл на тяхното развитие. В същото време свързаните компоненти нямат строго ограничена локализация и обикновено са равномерно разпределени в тъканите на индустриалната част на растенията. Теоретично това може да се представи като вид резерв от такива вещества за стабилния ход на биологичните процеси в растението. Свободните компоненти са вещества, съдържащи се в растенията във формата, в която се намират в етеричното масло след извличането му от суровината [25]. Свободните компоненти лесно се изпаряват и осигуряват ароматните характеристики на етерните носители. Някои от свободните вещества обаче все още се задържат от растенията на секреторно ниво [18].
Методите за дестилация включват проста дестилация (хидродестилация), дестилация с пара (парна дестилация) и хибридна комбинация - хидропарна дестилация. Всички тези процеси могат да се извършват при атмосферно или понижено налягане, тъй като този метод и неговата апаратура са най-простите. Хидродестилация - най-простиятметодът се състои в дестилация на вода в присъствието на растителен материал. В промишлеността се използва рядко, например при производството на розово масло. Въпреки това, той често се използва в лабораторната практика поради достъпността и простотата на експеримента.
В зависимост от налягането хидродестилацията се извършва при нормално налягане (най-често) или във вакуум (вакуумна хидродестилация - дестилация с пара при понижено налягане). Има предложения за извършване на хидродестилация при повишено налягане до няколко атмосфери, което значително подобрява съотношението на водата в дестилата към дестилираното с него вещество. Изолираното по този начин масло се различава до известна степен от производителността на маслото, изолирано по традиционния начин. В индустриален мащаб, за да се повиши ефективността на процеса, се използва парна схема за нагряване на вода. Прегрятата пара бързо загрява водата в хидродестилатора и осигурява равномерен топлинен фронт, преминаващ през суровината. Пример за такава настройка е показан на фиг. 1.
Методът на хидродестилация има редица недостатъци. Основната е ниската степен на насищане на парната фаза с етерично масло, което води до ниска степен на извличане на масло, висока консумация на пара и голямо количество дестилационна вода. Характерни са също относително големи загуби на масло с остатък от ДДС (отпадъчни растителни суровини) и отпадъчни дестилационни води, химическа промяна в компонентите на маслото, особено естери, поради продължителен контакт при висока температура с киселини, съдържащи се в суровините, възможността за изгаряне на суровини, ниска специфична производителност на апаратите. Парната дестилация е най-икономичният и технологично удобен метод за дестилация, който се състои в използването на прегрята пара (пара под високо налягане). В същото време успяваза да се избегне локално прегряване на растителния материал, което се получава по време на хидродестилация и да се изгонят трудно летливите, често много ценни компоненти на етеричното масло. По този метод се получава преобладаващото количество търговско етерично масло.
Ориз. Фиг. 1. Схема на дестилационна инсталация (хидравличен дестилатор): 1 – вход на вътрешна пара; 2 – вход на външна пара за загряване на водата; 3 – изход на външна пара; 4 - изпускане на вода; 5 и 6 - вход и изход на охлаждаща вода; 7 - изход на етерично масло; A - контейнер за растителен материал и вода; B - изходяща тръба с изолация; C - тръбен кондензатор за охлаждане на водно-парна смес; D - бутилка за събиране на етерично масло; E - тръба за обратна дестилационна вода
Парната дестилация, в сравнение с хидродестилацията, се характеризира с повишено насищане на парната фаза с етерично масло, по-висока скорост и степен на извличане на маслото, по-ниска консумация на пара и количество дестилационна вода, подобрено качество на етеричното масло, липса на изгаряне на суровини и водоизвличащи се вещества, лекота на регулиране на скоростта на състезанието и повишена специфична производителност на дестилационния апарат. В дестилационните води, образувани при използване на методи за екстракция с пара в големи количества, остава известно количество етерично масло в разтворено и суспендирано състояние, което обикновено се извлича чрез многократна дестилация (кобатация). На фиг. 2. Представена е схема на промишлена инсталация за парна дестилация. Недостатъците включват влошаване на качеството на етеричните масла поради термично разграждане на някои компоненти, особено като терпенови алкохоли и техните естери.
Хидропарната дестилация е метод, базиран на описаните по-горе методи за дестилация и поради конструктивните си характеристики е много подобен накъм метода на хидродестилация. Тук водата и суровините също се поставят в един дестилационен куб, както при хидродестилацията, но те са разделени една от друга с мрежеста преграда, която превръща етапа на изпаряване в отделна дестилационна фаза, както при метода на парна дестилация (фиг. 3).
Физическите условия на дестилация по метода на хидропарна дестилация са по-щадящи по отношение на суровините и лабилните компоненти на маслата, тъй като няма постоянен контакт с вода, а самият процес на дестилация протича при малко по-ниски температури.
Ако в комбинация с такива дестилационни инсталации се използват съдове от типа Clevinger като приемник, проблемът с технологичните загуби на масло с дестилационни води може да бъде отстранен, тъй като методът на хидропарна дестилация позволява връщане на кондензирана вода обратно в дестилационния дестилатор.
Оборудването на лабораторния метод за хидропарна дестилация е доста просто и е показано на фиг. 4. Горната конична част на инсталацията е подвижна, което значително опростява процеса на товарене и разтоварване на суровината.
Предимствата на такава инсталация е, че тя може да работи в автоматичен режим с непрекъснато подаване на вода само към хладилника. Загубите на масло с дестилирана вода в този случай са изключени, тъй като водата от дюзата Clevenger се връща в дестилационния куб. В допълнение, тази инсталация може да бъде с почти всякакъв размер, което ви позволява да увеличите теглото на първоначалните сухи суровини до 1,0–1,5 kg, осигурявайки достатъчно количество етерично масло от едно състезание. Важна стойност в този случай е съотношението на обема на водата и обема на куба за суровината, тъй като ако няма достатъчно вода, процесът просто ще спре, а увеличаването на обема на водата води до намаляване на обема за суровината. Нашитепроучванията показват, че съотношението на реалните обеми вода и суровини в този случай ще бъде 1: 7–1: 9.
Ориз. 2. Схема на промишлена дестилационна инсталация (парен дестилатор): 1 - дестилационен куб; 2 - парна риза; 3 - пусков клапан; 4 - капак на куба; 5 - растителни суровини; 6 - клапан за вход на пара в парната риза; 7 - клапан за всмукване на отработена пара от парната риза; 8 - вентил за вход на пара в дестилационния куб; 9 - тръба за пара; 10 - кондензатор (хладилник); 11 - приемник (флорентинска бутилка); 12 - лебедка за повдигане на капака на куба; 13 - механизъм за преобръщане на куба при презареждане
Ориз. 3. Схема на дестилационната инсталация (хидропарен дестилатор): 1 - нагревателен елемент; 2 - клапан за източване на вода; 3, 4 - парна риза; 5 - преграда; 6 - капачен клапан; 7 - капак на дестилационния куб; 8, 9 - тръба за пара; 10 - винт на тръбата за пара; 11 - кондензатор (хладилник); 12 - приемник (флорентинска бутилка); 13 - контейнер за масло
Ориз. 4. Изцяло метална инсталация за получаване на етерично масло: 1 - електрическа печка; 2 - контейнер за суровини; 3 - хладилник; 4 - Дюза Clevenger
Освен това, докато изучавахме динамиката на процеса на извличане на етерично масло от гори от сибирска ела, открихме, че при извличането на етерично масло се променят неговият индекс на пречупване и плътност (Таблица 1). Хроматографско-масспектрометрията показа, че промяната в плътността и индекса на пречупване на получените фракции на етерично масло е следствие от промяната в компонентния състав на получените фракции [6, 8].
Така беше установено, че в случай на дестилационни процеси, тъй като етеричното масло се изолира от суровината, то може да промени както компонентния съставполученото масло и неговите физико-химични характеристики.
Подобни зависимости бяха открити от нас в процеса на получаване на етерично масло от дървесна зеленина на сибирски бор [22], бял бор, сибирска лиственица [26–30] и различни етерично-маслени билки от Сибир [1–3, 5, 10, 31–33]. Оказа се, че продължителността на процеса на хидропарна дестилация за различните суровини е различна и може да достигне до 50 часа, какъвто е случаят с процеса на получаване на етерично масло от семената на браздика [31].
Ориз. Фиг. 5. Динамика на отделяне на етерично масло от зеленина на сибирска ела при условия на хидропарна дестилация
Данни за динамиката на отделянето на етерично масло от сибирски ели по време на парна дестилация