- Chemia w kosmetologii dla liceum - Surowce kosmetyczne - Ćwiczenie 4 Temat: Olejki eteryczne. Otrzymywanie i charakterystyka.

Transkrypt

1 Ćwiczenie 4 Temat: Olejki eteryczne. Otrzymywanie i charakterystyka. Cel ćwiczenia: Poznanie metod otrzymywania olejków eterycznych z surowców roślinnych. I. Część teoretyczna I. 1. Zapach i substancje zapachowe Najbardziej czułym zmysłem jest zmysł węchu. Do komórek węchowych zewsząd docierają dziesiątki bodźców, z których świadomie rozpoznajemy niewiele z nich. Uzasadnione jest zatem stwierdzenie, że świat zapachów otacza nas bez przerwy. W ocenie odbierania bodźców zapachowych istotne znaczenie ma wielkość zwana progiem wyczuwalności. Próg wyczuwalności określany też jako minimalne stężenie wyczuwalne przez zmysł powonienia, jest to takie stężenie, przy którym zapach jest wyczuwalny przez 50% członków grupy reprezentatywnej dla populacji. Charakterystyczne zapachy roślin (kwiatów, liści, pędów) są związane z obecnością lotnych olejków eterycznych. Mogą one występować w różnych częściach rośliny; często gromadzą się w łodygach, liściach, kwiatach i nasionach. Olejki eteryczne wyodrębniane z materiałów roślinnych stanowią zazwyczaj złożone mieszaniny różnorakich substancji (węglowodorów, ketonów, aldehydów, alkoholi, estrów). Niektóre rośliny wytwarzają jednak olejki eteryczne szczególnie bogate w jeden określony składnik, który warunkuje charakterystyczny aromat przypraw takich jak np. goździki, kminek, wanilia. Najczęściej jeden lub dwa składniki dominują w kompozycji związków chemicznych danego olejku. Nie zawsze jednak o charakterystycznym zapachu decyduje składnik, który występuje w przeważającej ilości. Główny składnik powszechnie znanego olejku różanego cytronellol (stanowiący 38 % olejku) ma próg wyczuwalności 40 ppm (part per milion czyli jedna część na milion), podczas gdy damascenon, stanowiący zaledwie 0,14 % olejku, ma próg wyczuwalności 0,009 ppm i to on w głównej mierze decyduje o zapachu olejku (70 % udziału w zapachu). Udział cytronellolu w zapachu określono na poziomie 4.3 %. Kolejny składnik - -jonon ma również bardzo niski próg wyczuwalności 0,007 ppm, dlatego też mimo bardzo niskiej zawartości w olejku ok. 0,03 % jego udział w zapachu jest określany na 20 %. Aby cząsteczka związku chemicznego była nośnikiem zapachu, musi zawierać w swej budowie charakterystyczne grupy funkcyjne, zwane grupami osmoforowymi. Zasadniczo możemy wyodrębnić dwa rodzaje grup osmoforowych: 1

2 1. odpowiedzialne za powstawanie przyjemnych zapachów: należą tutaj cząsteczki reprezentujące następujące klasy związków: węglowodory, alkohole, estry, etery, aldehydy i ketony; 2. odpowiedzialne za powstawanie zapachów nieprzyjemnych: są to związki zawierające takie grupy jak merkaptanowa, tioeterowa, tioformylowa, tiokarbonylowa i aminowa. To, czy dany zapach zostanie zakwalifikowany do zapachów przyjemnych czy też nieprzyjemnych zależy nie tylko od budowy chemicznej, rodzaju grupy osmoforowej ale także od stężenia substancji oraz, bardzo często, od subiektywnych odczuć danej osoby. Na rodzaj zapachu, intensywność czy jego nutę mają wpływ często niewielkie różnice w budowie cząsteczki. Klasycznym przykładem są tutaj: geraniol i nerol, dwa izomery geometryczne 10- węglowego alkoholu terpenowego, zawierającego dwa wiązania podwójne. H 3 C OH H 3 C OH Geraniol (INCI: geraniol) (izomer trans) o zapachu różanym Nerol (cis Geraniol) (izomer cis) o zapachu różano-pomarańczowym Również cytronellol (3,7-dimetylookt-6-en-1-ol) i rodinol (3,7-dimetylookt-7-en-1-ol) są izomerami 10-węglowego alkoholu terpenowego z jednym wiązaniem podwójnym. H 3 C OH C H 2 OH Cytronellol (INCI: citronellol) Rodinol Obydwa alkohole są często stosowanymi składnikami kompozycji zapachowych o zapachu kwiatowym. I. 2. Występowanie olejków eterycznych Olejki eteryczne to na ogół skomplikowane mieszaniny kilkudziesięciu lub nawet kilkuset różnorodnych pod względem chemicznym związków. Za olejkowe uważa się takie gatunki roślin, które zawierają ponad 0,01 % olejku eterycznego. Wchodzące w skład olejków eterycznych związki są naturalnymi produktami metabolizmu roślinnego. Odznaczają się one 2

3 lotnością i na ogół przyjemnym zapachem, choć mogą znacznie różnić się budową chemiczną. W naszym klimacie najbardziej zasobne w olejki eteryczne rośliny to przedstawiciele następujących rodzin: - baldaszkowatych (Umbelliferae) np. pietruszka, koper, selery, kminek, kolendra, lubczyk, arcydzięgiel, dzięgiel, biedrzeniec, fenku, mikołajek, jarzmianka większa i inne. - krzyżowych (Cruciferae) - lewkonia, maciejka, miesiącznica, rukiew i kapusty. - liliowatych (Liliaceae) - lilie, liliowce, tulipany, hiacynt wschodni, szachownica, konwalia, zimowit, aloes i inne. - różowatych (Rosaceae) - głóg, czeremcha, jarząb, róża, tawuła. Do rodziny różowatych należy większość drzew i krzewów owocowych uprawianych w Polsce. - wargowych (Labiatae) - szałwia, mięta, lawenda, majeranek i inne. - złożonych (Compositae) - nawłoć pospolita, rumian żółty, margerytka, mlecz zwyczajny, cykoria podróżnik, gazania ogrodowa, nagietek polny, jastrun wczesny, podbiał pospolity i inne. Z czego uzyskujemy najcenniejsze składniki perfum? 1 kg esencji jaśminu uzyskuje się z 2,5 ton kwiatów 1 kg esencji różanej uzyskuje się z 4 ton płatków 100 gram absolutu z irysa uzyskuje się z ton świeżych kłączy 1 kg esencji ylang-ylang uzyskuje się z 50 kg kwiatów 1 kg absolutu z jaśminu uzyskuje się z 7-8 tysięcy kwiatów 1 litr olejku lawendowego uzyskuje się z kg suchych kwiatów 1 kg esencji z zielonej mandarynki uzyskuje się z ok. 180 kg płatków kwiatów 1 kg absolutu z narcyza uzyskuje się z ok. 3 ton kwiatów I. 3. Właściwości olejków eterycznych i metody wyodrębniania składników. Gęstość większości olejków eterycznych jest mniejsza niż gęstość wody. W temperaturze pokojowej olejki mają zwykle konsystencję płynną, oleistą, rzadziej mazistą. W wyjątkowych przypadkach mogą się zestalać (np. olejek anyżowy). Temperatury wrzenia mieszczą się w zakresie o C. W temperaturze poniżej 0 o C mogą wydzielać niektóre składniki w postaci stałej. W ten sposób z olejku miętowego można otrzymać czysty mentol, z olejku kamforowego kamforę a z anyżowego anetol. Zwykle są bezbarwne, ale niektóre mogą być żółte, brunatne lub zielonkawe. Składniki 3

4 olejków to typowo hydrofobowe cząsteczki chemiczne, stąd ich bardzo mała rozpuszczalność w wodzie, natomiast stosunkowo łatwo rozpuszczają się w rozpuszczalnikach organicznych (eter, chlorek metylenu, chloroform,) tłuszczach oraz innych olejkach eterycznych. Olejki są czynne optycznie. Metody otrzymywania olejków eterycznych oraz wyodrębniania z nich pojedynczych składników w dużej mierze zależą zarówno od właściwości surowca (świeży, wysuszony), części rośliny poddawanej przeróbce (twarda kora, pień czy miękkie skórki, liście, pędy) jak też od trwałości składników, ich odporności na wysoką temperaturę itp. Do metod stosowanych obecnie należą: Destylacja z parą wodną całych roślin lub ich części. Produktem ubocznym tej metody są hydrolaty, które zawierają rozpuszczalne w wodzie części składowe rośliny i ok. 0,5-1% olejku eterycznego. Tłoczenie na zimno (np. ze skórek owoców cytrusowych), poprzez które otrzymuje się nie tylko olejek eteryczny, ale i zawarte w skórce woski. Tego typu olejki nazywane są esencjami. Zaletą tej metody jest otrzymanie produktu bez domieszek jakichkolwiek dodatkowo wprowadzonych substancji np. rozpuszczalników. Tłoczenie na zimno wymaga użycia dużej siły nacisku. Przeznaczone do tłoczenia części rośliny umieszczane są między dwoma płaskimi fragmentami blachy, na które wywierana jest duża siła nacisku, dzięki temu wyciska się ciekłe składniki zawarte w skórkach. Ekstrakcja jest metodą stosowaną często przy żywicach i kwiatach niedających się pozyskać poprzez destylację. Żywica mieszana jest z rozpuszczalnikiem, pod wpływem ciepła ekstrahowana i filtrowana. Otrzymana mieszanina jest destylowana w celu usunięcia rozpuszczalnika (śladowe jego ilości mogą jednak pozostać). Powstała substancja nazywa się resinoid. Podobnie postępuje się przy kwiatach, wynikiem czego jest barwna, pachnąca pasta zwana concréte. Następnie concréte mieszana jest z alkoholem, ogrzewana i filtrowana. Poprzez drugą destylację zostaje usunięty alkohol, otrzymany produkt to absolut. Olejki otrzymuje się także w postaci tzw. wyciągów. Są to ekstrakty, w których pozostawiono cały lub większość rozpuszczalnika użytego do ekstrakcji. Dotyczy to przede wszystkim ekstraktów wodnych, alkoholowo-wodnych lub alkoholowych, glicerynowych, glikolowych lub olejowych. 4

5 Enfleurage to metoda, która jest najbardziej pracochłonną metodą pozyskiwania olejku eterycznego. Płyty szklane pokryte cienko tłuszczem (tłuszcz wieprzowy lub wołowy) wykłada się kwiatami. Po ok. 12 godzinach kwiaty zostają usunięte, a ich miejsce zastępują nowe, świeże. Ta czynność powtarzana jest do 36 razy. Następnie z owej pomady, poprzez użycie alkoholu, zostają uwolnione substancje aromatyczne. W końcowej fazie alkohol jest odparowywany. Tego typu olejek robiony jest ręcznie, dlatego też jego produkcja jest bardzo droga (w obecnych czasach praktykowana zwłaszcza w krajach dalekiego wschodu). I.4. Trwałość i zastosowanie olejków aromatycznych. Przechowywanie i trwałość olejków Olejki eteryczne są bardzo wrażliwe na ciepło i światło, dlatego też powinny być przechowywane w szklanych buteleczkach, które nie będą przepuszczać światła (brązowe, fioletowe, niebieskie, czarne, mleczne) i w temperaturze stopni C. Najmniej trwałymi olejkami są olejki cytrusowe, które można przechowywać między miesięcy, a przedłużyć nieco ich ważność poprzez trzymanie w chłodnym miejscu (np. lodówka). Olejki drzewne, żywiczne i korzenne są najtrwalsze, są trwałe 3-4 lata, zaś pozostałe około 2 lat. Kolejną ważną sprawą jest szczelność, olejki bardzo szybko ulatniają się, po czym mogą zmienić zapach, dlatego też opakowanie musi być szczelnie zamknięte. Olejki, które z biegiem czasu stały się mętne (mleczne) nie nadają się już do użycia. Olejki eteryczne są szeroko wykorzystywane w przemyśle kosmetycznym, spożywczym, farmaceutycznym i innych. Wiele olejków charakteryzuje się działaniem bakteriobójczym, bakteriostatycznym, antydepresyjnym, stymulującym trawienie, znieczulającym, uspokajającym, pobudzającym, ułatwiającym oddychanie, łagodzącym depresje itp. Z uwagi na wysoki koszt pozyskiwania niektórych olejków obecnie w wielu wyrobach i to zarówno tych powszechnych jak i luksusowych często stosuje się syntetyczne zamienniki. Niektórych składników olejków eterycznych w ogóle nie można wyodrębnić, np. nie ma skutecznej metody pozyskiwania pięknie pachnących olejków konwaliowych, stąd w wielu wyrobach charakteryzujących się konwaliowym zapachem stosowane składniki są całkowicie syntetyczne. 5

6 II. Część doświadczalna Odczynniki: Sprzęt: Nazwa Ilość Nazwa Ilość Skórki pomarańczy, cytryny lub - Moździerz porcelanowy 3 szt. mandarynki Susz roślinny (np. suszona - Probówki 5 szt. lawenda) Świeże części np. mięty, szałwii Zlewki 25 cm 3 3 szt. itp. Olejki handlowe Po Pipety Pasteura 3 szt. kropli Chlorek metylenu 10 cm 3 Tarka jarzynowa 1 szt. Alkohol etylowy 10 cm 3 Wykonanie ćwiczeń Ćwiczenie 1 Pędy suszonej lawendy poddać badaniom organoleptycznym. Rozetrzeć pęd i sprawdzić jego zapach. Sporządzić wyciąg wodny i alkoholowy z lawendy. W tym celu w dwóch wąskich i wysokich zlewkach umieścić rozdrobnione pędy lawendy. Do jednej zlewki dodać ciepłej wody (nie gorącej), do drugiej - alkoholu etylowego. Zawartość obu zlewek pozostawić na co najmniej godzinę co jakiś czas mieszając bagietką. Następnie zdekantować wyciągi do dwóch małych zlewek. Sprawdzić, czy w obu wyciągach wyczuwalny jest zapach lawendy. Ćwiczenie 2 W moździerzu umieścić rozdrobnione, np. na tarce jarzynowej lub posiekane, skórki owoców cytrusowych (pomarańczy lub cytryny). Za pomocą młotka wycisnąć zawarte w skórce substancje płynne dodając porcjami ok. 7-8 cm 3 chlorku metylenu. Zawartość moździerza przenieść na szklany lejek wyłożony gazą i odsączyć ciecz do małej parowniczki, wyciskając lekko gazę. Zawartość parowniczki delikatnie odparować uważając, aby nie przegrzać. Parowniczkę odstawić do ochłodzenia. Scharakteryzować otrzymany produkt: barwę, zapach i jego intensywność, mieszanie się z wodą i alkoholem. Ćwiczenie 3 W moździerzu umieścić rozdrobnione listki i pędy świeżej mięty. Rozetrzeć, dodając 5-6 cm 3 alkoholu etylowego. Następnie na lejku wyłożonym gazą 6

7 odsączyć ciecz od stałych pozostałości. Scharakteryzować otrzymany ekstrakt podając jego barwę, zapach, mieszanie się z wodą. Ćwiczenie 4. Scharakteryzować komercyjne olejki eteryczne dostępne w ćwiczeniu. Sprawdzić mieszanie się ich z wodą. Określić ich zapach w stosunku do produktów otrzymanych w ćwiczeniu 1 i 3. III. Sprawozdanie Scharakteryzować otrzymane produkty. Zwrócić uwagę na postać, barwę, zapach, rozpuszczalność w wodzie i rozpuszczalnikach organicznych. Wyszukać w literaturze i/lub Internecie i podać główne składniki badanych olejków eterycznych. Podać główne właściwości tych składników (np. poprzez Karty Charakterystyki) wzór chemiczny, czynność optyczna, temperatura topnienia, wrzenia, zapłonu). Podać w sprawozdaniu źródła pochodzenia informacji. IV. Wymagania teoretyczne Ogólna charakterystyka substancji zapachowych. Grupy osmoforowe. Surowce dla pozyskiwania olejków eterycznych. Występowanie i izolacja olejków eterycznych. Skład chemiczny olejków eterycznych. Zastosowanie olejków eterycznych. Syntetyczne substancje zapachowe. Teoretyczne podstawy ekstrakcji: prawo podziału, współczynnik podziału. Rodzaje destylacji. Destylacja z parą wodną aparatura, technika pracy i zastosowanie. V. Utylizacja Po zakończeniu ćwiczenia roztwory zawierające chlorek metylenu zlać do pojemnika oznaczonego literą F. Pozostałe roztwory rozcieńczyć wodą i wylać do kanalizacji. Resztki stałe wyrzucić do pojemnika na odpady komunalne. VI. Zalecana literatura 1. W. Malinka, Zarys chemii kosmetycznej, Volumed, Wrocław, M. Dziankowski, Chemia surowców kosmetycznych, Zakład Wydawnictw CZSP, Warszawa A. Marzec, Chemia kosmetyków surowce, półprodukty, preparatyka wyrobów, Dom organizatora, Toruń R. Glinka, Receptura kosmetyczna, Oficyna Wydawnicza MA, Łódź R. Glinka, W. Brud, Technologia kosmetyków, Oficyna Wydawnicza MA, Łódź

8 6. A. Jabłońska Trypuć, R. Czerpak, Surowce kosmetyczne i ich składniki, Wyższa Szkoła Kosmetologii i Ochrony Zdrowia w Białymstoku, Białystok W. Brud, I. Konopacka-Brud, Pachnąca apteka. Tajemnice aromaterapii, Oficyna Wydawnicza, Łódź K. Jędrzejczak, B. Kowalczyk, B. Balcer, Rośliny kosmetyczne, Śląska Akademia Medyczna, Katowice VII. Opracowanie ćwiczenia i instrukcji: Danuta Kroczewska (grudzień 2008) 8