Значение эфирных масел для растений

Хотя эфирные масла весьма распространены в растительном мире, роль их для растительного организма и причины, вызывающие их образование, не вполне ясны. Скорее всего они выполняют у разных видов различные функции. В ряде случаев эфирные масла защищают растения от поедания животными и препятствуют заражению патогенными грибами и бактериями.

Запахи растений служат для привлечения опылителей-насекомых, что способствует опылению цветков.

Высказывалась мысль, что эфирные масла при испарении окутывают растение своеобразным чехлом, уменьшая теплопроницаемость воздуха, и тем самым предохраняют растение от чрезмерного нагревания днем и переохлаждения ночью, при этом отчасти может регулироваться и транспирация.

В настоящее время большинство специалистов считают, что эфирные масла являются активными участниками обменных процессов, протекающих в растительном организме. В пользу этого суждения, в частности, свидетельствует высокая реакционная способность терпеноидных соединений, являющихся основными компонентами эфирных масел.

Накопление эфирных масел

Многочисленные данные свидетельствуют, что в различных органах одного и того же растения процессы образования эфирных масел могут идти по-разному, в результате они имеют разный химический состав.

Показано, что эфирное масло, образовавшись, не остается количественно и качественно неизменным: оно по мере развития растения и в связи с выполнением той или иной физиологической функции (увеличение ассимилирующей поверхности, цветение, образование семян, отложение запасных питательных веществ и т.д.) претерпевает изменения в своем составе. Такое изменение, например, наблюдается в эфирном масле плодов кориандра. По мере развития растения от стадии цветения до стадии зрелых плодов изменяется его запах (от неприятного "клоповного" до исключительно ароматного), увеличивается плотность и рефракция масла. Не менее примечателен и другой факт: эфирное масло листьев крымского розмарина, на протяжении всего года сохраняющее правое вращение, неожиданно в течение примерно 1 мес (причем ежегодно в одно и то же время - апрель - май) начинает вращать плоскость поляризации влево.

Стадии онтогенеза оказывают влияние и на количество эфирного масла. Значение его особенностей дает возможность выбрать такой момент в развитии растения, при котором можно собрать сырье с наибольшим выходом эфирного масла при нужном его качестве.

Выход эфирного масла, будучи характерной величиной для данного вида (иногда расы и даже формы) растения и фазы его развития, тем не менее существенно зависит и от внешних факторов. Как известно, аромат растений обусловливается улетучиванием эфирных масел. Это улетучивание имеет разную интенсивность, зависящую как от интенсивности транспирации, так и от метеорологических условий (в большей степени) - суховеев, дождей, температуры воздуха и др.

Количество эфирного масла может меняться также в течение суток - может быть его минимум и максимум. Так, например, в цветках лаванды больше всего эфирного масла накапливается во второй половине дня, в то время как в цветах розы максимум накопления эфирного масла - раннее утро (4-6 ч).

Получение эфирных масел

Способы получения эфирных масел: 1) перегонкой с водяным паром; 2) экстракцией некоторыми экстрагентами; 3) путем анфлеража и 4) механический. Использование того или иного способа зависит от морфоанатомических особенностей сырья, количества и состава эфирного масла. Количество эфирного масла в сырье колеблется в весьма широких пределах (например, в бутонах гвоздики до 23 %, в цветках фиалки только около 0,004 %).

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

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.п. 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 упругостей их паров достигает атмосферного давления.

По закону Дальтона общее давление смеси равно сумме парциальных давлений компонентов. В результате давление паров смеси достигает атмосферного давления еще до кипения воды. Так, например, смесь скипидара и воды в условиях атмосферного давления будет перегоняться при 95,5 °С (вместо 160 °С для пинена - основного компонента скипидара).

Перегонку с водяным паром осуществляют в перегонных кубах или в непрерывно действующих перегонных аппаратах.

Перегонные кубы представляют собой периодически действующие установки, состоящие из перегонного куба (собственно), конденсатора и приемника; куб имеет двойную рубашку, в которой циркулирует пар, предохраняющий куб от охлаждения. На днище куба располагается перфорированный змеевик, через который поступает пар для перегонки масла. Куб закрывается крышкой, которая посредством пароотводной трубки - хобота - соединяется с конденсатором. Приемником служат так называемые флорентийские склянки со сливными трубками. Они устроены так, что если масло легче воды, то оно собирается слоем сверху, при этом вода вытекает через сливную трубку, которая укрепляется в тубусе у днища склянки. Если эфирное масло тяжелее воды, то оно опускается на дно, а воду удаляют через трубку, укрепленную в верхней части склянки. Сырье загружают в куб на ложное дно. Через вентиль и змеевик в куб впускают пар, который, проходя через растительную массу, увлекает с собой эфирное масло. В тех случаях, когда погонные воды содержат в растворенном или эмульгированном состоянии много ценного эфирного масла (например, при получении розового масла), последнее выделяется из него путем вторичной дистилляции отгонных вод. При этом с первыми же порциями воды отгоняется большая часть удержанного масла.

Для переработки больших количеств сырья применяют непрерывно действующие перегонные аппараты. Перегонка с водяным паром может проводиться не только при атмосферном давлении, но и под давлением с 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 непропорционально изменению упругости паров эфирного масла.

Экстракция. Эфирные масла растворяются во многих легко летучих органических растворителях. Это свойство используется в тех случаях, когда компоненты эфирных масел термолабильны и подвергаются деструкции при перегонке с водяным паром. Экстракция заключается в том, что сырье в специальных экстракторах подвергают извлечению петролейным эфиром (чаще всего), этиловым эфиром, ацетоном или иным экстрагентом. Затем экстрагент отгоняют, конденсируют и вновь направляют в процесс. Экстракторы работают по принципу аппарата Сокслета (в тех случаях, когда повторный нагрев экстракта в приемнике не отражается на качестве масла) или в установках, работающих по принципу противотока. Такой аппарат состоит из колонки, внутри которой сырье по шнеку поднимается снизу вверх, а навстречу ему сверху вниз поступает экстрагент.

После отгонки растворителя остаток представляет собой или чистое эфирное масло или, чаще, смесь эфирного масла с другими извлеченными веществами - смолами, восками и т.п. Такие экстракты, называемые "пахучими восками", используются в натуральном виде или подвергаются переработке для выделения из них эфирного масла (экстракция спиртом и отгонка последнего под вакуумом). В последнее время экстракция эфирных масел стала производиться также сжиженными газами (углекислота, бутан и др.).

К экстракционным способам получения эфирных масел относится 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 из жира спиртом (см. Анфлераж).

Анфлераж основан на том, что выделяющееся эфирное масло из собранного сырья (преимущественно из цветков) поглощается сорбентами (твердые жиры, активированный уголь и др.). Этот процесс проводится в специальных рамах, герметично собираемых по 30 - 40 штук (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. По истечении этого срока сырье удаляют и на рамы помещают свежее сырье. Такую операцию повторяют многократно (до 30 раз), пока сорбенты не будут насыщены эфирным маслом. Отработанное сырье как содержащее еще некоторое количество эфирного масла (преимущественно тяжелые фракции) дополнительно перерабатывают экстракцией. Затем жир, насыщенный эфирным маслом, снимают со стекла. Из полученной таким образом помады эфирное масло извлекают спиртом, спиртовое извлечение вымораживают и фильтрацией удаляют из него выпавшие примеси. Спирт отгоняют под вакуумом и получают чистое эфирное масло.

При использовании в качестве сорбента активированного угля сырье (цветы) помещают в камеру на сетки, после чего камеру герметически закрывают и через нее продувают сильный ток влажного воздуха, уносящий с собой пары эфирного масла, выделяемого цветками.

Масло из воздуха поглощается активированным углем, лучше всего марки БАУ (березовый активированный уголь), находящимся в адсорбере, который установлен 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 выгружают из адсорбера и передают на элюирование этиловым эфиром. После отгонки последнего получают эфирное масло.

Механические способы применяют при производстве эфирных масел из плодов цитрусовых. Поскольку эти эфирные масла локализуются в крупных вместилищах кожуры плодов, их можно добыть или прессованием, или соскребыванием.

Прессование проводят на гидравлических прессах из кожуры, оставшейся после отжатия из плодов сока. Для этого кожуру предварительно пропускают через зубчатые вальцы. Оставшееся (до 30 %) в кожуре эфирное масло извлекают далее перегонкой с водяным паром. Соскребывание (натирание) проводят с кожуры целых плодов вручную с помощью специальных ложек с зазубренными краями или металлических дисков с большим количеством тупых игл. Этот способ широко использует местное население Западной Африки.