Otrzymywanie olejków eterycznych na drodze destylacji z parą wodną

Transkrypt

1 Zespół 5 Gardenia Nołnejmowa Tulipan Bezimienny Ćwiczenie nr 2 Otrzymywanie olejków eterycznych na drodze destylacji z parą wodną Data wykonania: dawno Data oddania: kiedyś Ocena: 1.Wstęp teoretyczny. Olejek eteryczny (łac. aetheroleum, oleum aethereum) to ciekła, lotna substancja zapachowa, znajdująca się najczęściej w specjalnych komórkach tkanki wydzielniczej roślin. Takie komórki są charakterystyczne dla roślin olejkodajnych, np. gatunków z rodziny sosnowatych, jasnotowatych, mirtowatych, rutowatych i baldaszkowatych. Pod względem składu olejek jest mieszaniną rozmaitych związków chemicznych, takich jak ketony, aldehydy, alkohole, estry, laktony, terpeny, i innych związków organicznych, w tym zawierających azot i siarkę związków o nieprzyjemnym zapachu (np. aminy, tiole). Do połowy XX w. olejki były uważane przez botaników za produkt odpadowy przemiany materii, niemający wpływu na rozwój roślin. Sytuacja uległa zmianie z chwilą opublikowania pracy Fraenkela (1959), który stwierdził, że metabolity wtórne decydują o żywieniowym zachowaniu owadów. Spostrzeżenie zapoczątkowało intensywny rozwój badao w dziedzinie ekologii, dotyczących koewolucji biochemicznej zwierząt i roślin oraz roli substancji semiochemicznych w kształtowaniu struktury współczesnych ekosystemów *1+. Olejki lotne pozyskuje się je na skalę przemysłową ze świeżych bądź suszonych roślin. Są wyodrębniane z odpowiedniego surowca roślinnego najczęściej przez destylację z parą wodną lub ekstrakcję. Są stosowane, wraz z innymi substancjami zapachowymi, np. w perfumiarstwie (np. perfumy, wody toaletowe. tj. woda kolooska). Olejki lub całe rośliny olejkodajne są też wykorzystywane jako przyprawy, środki terapeutyczne (ziołolecznictwo) oraz w aromaterapii. Skład olejków eterycznych, decydujący o ich biologicznej aktywności (wykorzystywanej przez człowieka), kształtował się od początków ewolucji roślin, o czym świadczy istnienie ich u nagonasiennych, a nawet w obrębie glonów. Przez długi czas uważane były za uboczne produkty przemiany materii roślin, pozbawione lub co najwyżej przypadkowo pełniące jakieś drugorzędne funkcje w ich życiu*2+*3+. Z czasem odkryto i dowiedziono szeroki zakres i znaczenie funkcji pełnionych przez te substancje. Obecnośd substancji semiochemicznych okazała się byd wynikiem ewolucji sprzyjającej roślinom skuteczniej wabiącym owady zapylające kwiaty, zniechęcającym roślinożerców do spożywania ich organów i osłabiających rozwój roślin konkurencyjnych. Olejki w temperaturze pokojowej są zwykle rzadkimi, ruchliwymi i bardzo lotnymi cieczami, rzadziej mają konsystencję oleistą, mazistą lub wyjątkowo nawet stałą. Zwykle są bezbarwne, lekko żółtawe lub zielonkawe, rzadko mają wyraźne zabarwienie zielone, błękitne lub brunatne. Ich ciężar właściwy jest prawie zawsze mniejszy od wody, do nielicznych wyjątków cięższych należą m.in. olejek cynamonowy i goździkowy. W większości nie rozpuszczają się w wodzie, ewentualnie czynią to tylko w minimalnym stopniu. Łatwo rozpuszczają się natomiast w alkoholach, eterze, chloroformie oraz w tłuszczach ciekłych. Olejki cechują się wysokimi temperaturami wrzenia, zawsze przekraczającymi 100 C, czasem sięgając nawet 300 C. Wszystkie są palne, przy czym palą się bardzo kopcąc. Charakterystyczną cechą olejków jest ich silny i zwykle przyjemny aromat, charakterystyczny dla olejków pochodzących od różnych roślin lub ich części*3+.

2 Pod względem chemicznym olejki są skomplikowaną mieszaniną rozmaitych związków chemicznych. Olejki eteryczne są od tysięcy lat stosowane jako specyfiki medycyny naturalnej, kosmetyki i dermatologii*4+. Stosuje się je szeroko w aromaterapii, jednak nie są traktowane jak typowe leki przez lekarzy i farmaceutów. Wiąże się to z faktem, że są niezwykle skomplikowanymi mieszaninami do kilkuset różnorodnych związków chemicznych o nie zawsze całkowicie znanej i często zmiennej zawartości. To sprawia, że jednoznaczne potwierdzenie rzeczywistej biologicznej aktywności poszczególnych olejków naturalnych lub ich mieszanin jest trudne. W wielu wypadkach zostało potwierdzone (zobacz np. maśd tygrysia). Omawiając terapeutyczne właściwości olejków A. Rumioska*14+ stwierdza, że olejki i substancje olejkodajne mogą byd stosowane jako leki: drażniące drażnią czuciowe i bólowe zakooczenia nerwów, rozszerzają naczynia krwionośne, wywołując przekrwienia i stany zapalne, co przyspiesza wytwarzanie przeciwciał przez ustrój (ol. rozmarynowy, ol. eukaliptusowy, ol. gorczyczny, kamfora) przeciwbakteryjne wstrzymują rozwój drobnoustrojów lub zabijają je (ol. tymiankowy, ol. miętowy, ol. anyżkowy, ol. majerankowy) wykrztuśne pobudzają wydzielanie śluzu i dezynfekują drogi oddechowe (ol. sosnowy, ol. eukaliptusowy, ol. szałwiowy, ol. miętowy, ol. czosnkowy) moczopędne pobudzają wydzielanie moczu i działają dezynfekująco na drogi moczowe (ol. jałowcowy, ol. pietruszkowy) żółciopędne pobudzają tworzenie i wydzielanie się żółci oraz przeciwdziałają skurczom woreczka żółciowego (ol. miętowy, ol. tymiankowy) żołądkowe pobudzają wydzielanie soku żołądkowego i ułatwiają trawienie (olejki z roślin z rodziny baldaszkowatych) uspokajające i znieczulające porażają ośrodki kory mózgowej i rdzenia przedłużonego (ol. walerianowy, ol. melisy, ol. goździkowy, ol. tatarakowy) Dzięki właściwościom dezynfekcyjnym olejki lotne, zwłaszcza te zawierające alkaloidy, hamują rozwój bakterii chorobotwórczych. Cenione są np. silnie odkażające właściwości tymolu, występującego w olejku tymianku pospolitego i macierzanki piaskowej. Odkażająco działają również olejki znajdujące się w czosnku pospolitym i cebuli. Olejki lotne znajdują również zastosowanie do zwalczania grzybic, świerzbu i innych pasożytów skórnych. Bardzo ważną wspólną cechą olejków eterycznych jest ich duża skutecznośd antyseptyczna i brak potwierdzonych przypadków uodpornienia się drobnoustrojów na ich działanie. Niektóre składniki olejków lotnych, np. eugenol, kamfora czy mentol, lokalnie uśmierzają ból. Takie jak: borneol i kamfora wzmacniają mięsieo sercowy i regulują krążenie krwi. Olejki lotne są stosowane do produkcji perfum, chod tu są coraz częściej zastępowane przez syntetyczne związki zapachowe. Najbardziej cenione kompozycje składników perfum są tajemnicą firm. Wszystkie kompozycje perfumeryjne są zaliczane do jednej z siedmiu zasadniczych klas, wyodrębnionych przez komisję techniczną francuskiego Stowarzyszenia Perfumiarzy. W poszczególnych klasach wyróżnia się od trzech do siedmiu grup, z różnymi nutami zapachowymi*4+. Olejki stanowią również ważny składnik wielu roślin używanych jako przyprawy w gospodarstwie domowym i w przemyśle spożywczym. Poprawiają smak potraw i pobudzają trawienie. Odgrywają także ważną rolę w produkcji napojów alkoholowych i bezalkoholowych jako składniki smaków i zapachów. Są używane wreszcie do aromatyzowania słodyczy i wyrobów tytoniowych. Olejki lotne, użyte w zbyt dużych dawkach, mogą wywoład reakcje alergiczne lub lokalne podrażnienia skóry, co może czasem doprowadzid do powstania pęcherzy i zapaleo. Stosowane w nadmiarze przyprawy mogą powodowad podrażnienia błon śluzowych i schorzeo układu

3 pokarmowego Potencjalną toksycznośd olejków charakteryzują wartości dawek śmiertelnych LD50, wyznaczone dla zwierząt doświadczalnych*5+. Olejki eteryczne zawierają zwykle wiele związków chemicznych. Temperatura wrzenia części z nich jest często wyższa od temperatury rozkładu. Ogranicza to możliwości stosowania destylacji prostej jako metody uzyskiwania destylatów o zapachu wystarczająco podobnym do zapachu surowca. Problem ten rozwiązano prawdopodobnie w Arabii w wieku VIII-IX. Ówczesne rozwiązanie w postaci alembików z wyłożonym na tacach nad parą surowcem pozwalało na otrzymywanie olejków eterycznych bez przypalenia surowca i zanieczyszczeo aromatami pochodzącym od produktów tegoż przypalenia. Metoda alembikowa była prekursorem do opracowania destylacji z parą wodną czyli destylacji z użyciem strumienia nasyconej lub przegrzanej pary wodnej. Naukową podstawę tej destylacji dał Dalton, formułując jedno ze swoich praw prawo ciśnieo cząstkowych, które głosi, że ciśnienie wywierane przez mieszaninę gazów jest równe sumie ciśnieo wywieranych przez składniki mieszaniny, gdyby każdy z nich był umieszczany osobno w tych samych warunkach objętości i temperatury, jest ono zatem sumą ciśnieo cząstkowych. Sumaryczną prężnośd par obu składników osiąga się w temperaturze niższej od temperatury wrzenia poszczególnych składników przy danym ciśnieniu. W wyniku następuje obniżenie temperatury wrzenia. Warunkiem zastosowania metody destylacji z parą wodną jest zawsze koniecznośd praktycznego niemieszania się z wodą wydzielanych z mieszaniny wyjściowej, składników oraz ich lotnośd z parą wodną. Z powodu mieszalności z wodą problematyczne może byd otrzymywane tą metodą takich olejków eterycznych jak: ol. pomaraoczowy czy różany, których składniki są rozpuszczalne w wodzie (alkohol fenyloetylowy, antranilan metylowy). Olejek jaśminowy nie może byd otrzymywany na drodze destylacji z parą wodną.*6+ 2.Cel dwiczenia. Celem dwiczenia było otrzymanie olejku eterycznego z goździków. 3. Charakterystyka zastosowanych surowców. Czapetka pachnąca, goździkowiec korzenny (Syzygium aromaticum) gatunek rośliny z rodziny mirtowatych. Pochodzi z Filipin. Rośnie dziko na Molukach (Indonezja), uprawiany jest w krajach o klimacie równikowym. Główne rejony uprawy to Półwysep Malajski, Zanzibar i Madagaskar. Stanowi niewysokie drzewo (do 12 m wysokości) lub krzew. Liście eliptyczne, na górnej stronie ciemnozielone, na spodniej jaśniejsze. Posiadają liczne gruczołki wytwarzające olejek goździkowy. Kwiaty zebrane po trzy różawożółte, baldachokształtne kwiatostany. Owocem jest eliptyczna, 1-2 nasienna jagoda o purpurowym kolorze. Olejek otrzymuje się głównie z pączków, które trzeba zerwad gdy przybiorą kolor jasnoróżowy. Zbyt wczesne zerwanie powoduje zbyt niską zawartośd eugenolu, z kolei opóźnienie zerwania powoduje wykształcenie kwiatu, którego płatki opadają po 1-2 dniach, owocnia pęcznieje i wykształca oliwkowo-zielony owoc, bezużyteczny ludziom a służący za pokarm jedynie małpom. [6] Olejek z pączków i szypułek jest bardziej wartościowy od olejku otrzymywanego z liści. Goździki całe dają przy destylacji więcej eugenolu aniżeli rozdrobnione. Olejek otrzymywany z całych goździków ma większy ciężar właściwy od olejku z surowca rozdrobnionego. Eugenol jako składnik główny olejku goździkowego to związek należący do grupy terpenów,

4 Rys. 1 Wzór eugenolu jest 4-allilową pochodną gwajakolu. Utleniając eugenol można otrzymad wanilinę, co jest jedną z podstawowych metod jej otrzymywania w przemyśle. Eugenol jest związkiem zapachowym, będącym podstawowym składnikiem olejku z goździków. Występuje też w cynamonie. Jest to bezbarwna, oleista ciecz o przyjemnym ostrym zapachu kojarzącym się z goździkami. Posiada także właściwości antyseptyczne (odkażające) i znieczulające, dzięki czemu był wykorzystywany w dentystyce do odkażania kanałów zębowych oraz w mieszaninie z tlenkiem cynku jako cement dentystyczny. Jest także stosowany jako plastyfikator niektórych tworzyw sztucznych. Eugenol jest słabo toksyczny i ma działanie pobudzające jego nadużywanie prowadzid może do konwulsji, uszkodzeo wątroby, utraty przytomności, drżączki i palpitacji serca. Stężenia stosowane przemyśle perfumeryjnym są jednak wielokrotnie niższe od jego progu toksyczności. 4. Aparatura. Zestaw do destylacji z parą wodną: Rys. 2 Zestaw do destylacji z parą wodną

5 1. wytwornica pary wodnej 2. chłodnica 3. kolba destylacyjna z nasadką do destylacji z parą wodną 4. przedłużacz 5. odbieralnik 6. rurka bezpieczeostwa 5. Wykonanie Goździki roztarto w moździerzu aby przyspieszyd proces destylacji. Rozdrobiony surowiec załadowano do kolby destylacyjnej, dolano trochę wody i ogrzano aby uniknąd nadmiernej kondensacji pary wodnej w zimnym wnętrzu kolby. Doprowadzono do wrzenia wodę w wytwornicy pary wodnej i zbierano mleczno-bladą emulsję przez chłodnicę do odbieralnika. Nie doprowadzono destylacji do kooca na polecenie Prowadzących zajęcia. Zawartośd odbieralnika przelano do rozdzielacza i odstawiono na tydzieo celem rozdzielenia się faz. Następnie dodano do mieszaniny chlorku sodu celem wydzielenia ewentualnych resztek olejku rozpuszczonych w wodzie. Oddzielono olejek. 6. Ocena właściwości otrzymanego surowca. Otrzymano g olejku, co przy zastosowaniu 50g surowca stanowi % wydajności. Olejek otrzymany posiada charakterystyczny intensywny zapach kojarzony z goździkami. Oznaczono wartośd refrakcji, która wynosi n 20 = korygującymi). (RL3 PZO refraktometr z pryzmatami 7. Wnioski. Otrzymywanie olejku goździkowego wymaga wstępnego zaplanowania czy spodziewa się otrzymad olejek celem przerabiania go chemicznie czy też perfumeryjnie gdyż inna będzie zawartośd składnika głównego eugenolu w zależności od stanu surowca. Destylacja z parą wodną jest bardzo wygodną i trafną metodą otrzymywania olejku goździkowego gdyż jest relatywnie tania a sam olejek jest lotny z parą wodną i nie rozkłada się łatwo. 8. Literatura. [1] Harborne J.B., Ekologia biochemiczna, Warszawa, PWN, 1997 *2+ Kołdowski M., Wysocka-Rumioska A., Tałałaj S., Wiszniewski J., Rośliny olejkowe i olejki naturalne, Warszawa Paostwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, 1955 *3+ Drygas A., Śniegocki L., Towaroznawstwo zielarskie i srodków leczniczych, Warszawa, Paostwowe Wydawnictwa Szkolnictwa Zawodowego, *4+ Paria F. (tłum. Krystyna J. Dąbrowska), Wielka księga perfum, Warszawa, Wydawnictwo książkowe "Twój Styl", 1998 *5+ Rumioska A., Rośliny lecznicze. Podstawy biologii i agrotechniki, Warszawa, Paostwowe Wydawnictwo Naukowe, [6] Klimek R., Olejki eteryczne, Warszawa, Wydawnictwo Przemysłu Lekkiego i Spożywczego, 1957