1Izolacija eterinih uljaZavod za farmakognozijuFarmaceutsko-biokemijski fakultet Sveucilita u ZagrebuMarulicev trg 20/IIZAGREBProf. dr. sc. Sanda Vladimir-KneevicEetrina ulja su hlapljivi i mirisni biljni produkti (sekundarni metaboliti).Tekue su smjese velikog broja spojeva razliite kemijske strukture, meu kojima su najzastupljeniji terpeni (90 %). Ostatak ine fenilpropani, spojevi s duikom i sumporom i dr.Dobivaju se iz biljnih droga postupcima destilacije, ekstrakcije i tijetenja.Dobro su topljiva u lipofilnim otapalima, a teko se otapaju u vodi. Veina ihjelakaodvode(specifinateina0,84-0,18).Tokavrelitajeu rasponu od 150 C do 300 C. Optiki su aktivna. Sanda Vladimir-Kneevic: IBPP 2Spremnici eterinog ulja u biljnim drogamaunutar (endogeno) ili na povrini biljnog organa (egzogeno)Poprecni prerez listalijezda s etericnim uljem u povrinskom prerezulijezda s etericnim uljem u poprecnom prerezuPovrina lista lavande snimljena elektronskim mikroskopomKanali s etericnim uljem u plodu komoracaVano zbog usitnjavanja biljnog materijala prije izolacijeSanda Vladimir-Kneevic: IBPP SASTAVNICE ETERINIH ULJA2) FENILPROPANI(C6C3 )1) TERPENI (90%)(C5H8 )3) OSTALI SPOJEVI- lanani CH i njihovi derivati s kisikom- spojevi s duikom i sumporomSESKVITERPENI (C15)DITERPENI (C20)TRITERPENI (C30)MONOTERPENI (C10)Sanda Vladimir-Kneevic: IBPP 31) Terpeniizopentenil difosfat2) Fenilpropani3) Ostali spojeviSanda Vladimir-Kneevic: IBPP MONOTERPENI1) Aciklini monoterpeni2) Monociklini monoterpeni ugljikovodicialkohol, fenoliketonialdehidi, oksidi, peroksidiSanda Vladimir-Kneevic: IBPP 4Biciklini monoterpeniugljikovodicialkoholi, ketoniSESKVITERPENIAciklini seskviterpeni Monociklini seskviterpeniBiciklini i triciklini seskviterpeniSanda Vladimir-Kneevic: IBPP Metode izolacije eterinih ulja Destilacija EkstrakcijaHidrodestilacijaVakuum-destilacijaNepolarnimotapalimaSuperkritinimfluidimaVodenaVodenoparnaParnaPreanjehlapljivostnepolarnostslaba topljivost u vodiSanda Vladimir-Kneevic: IBPP 5(Muzej Taxila, Pakistan)Sanda Vladimir-Kneevic: IBPP Princip izolacije eterinog ulja destilacijskim postupcimaDESTILACIJA-omoguuje potpuno odjeljivanje hlapljivih tvari od nehlapljivih-nisu prisutna vanjska oneienja (npr. iz organskih otapala)-nije prikladna za droge s malom koliinom eterinog ulja-visoka temperatura razgrauje osjetljive sastavnice, polimerizira ih i osmoljuje-sastavnice visokog vrelita ne mogu se izolirati uobiajenim destilacijskim postupcima-tijekom procesa dstilacije dolazi do kemijskih reakcija, najee hidrolize i oksidacije (npr. nastajanje kamazulena tijekom destilacije kamilice kada ulje postaje plavo)HIDROLATVodena otopina zasiena nekim sastavnicama eterinog ulja koje su hidrofilnijeCinnamomum, Rosa - hidroalt se vraca natrag u proces destilacije zbog mogucih gubitaka etericnog uljaSanda Vladimir-Kneevic: IBPP 6Clevenger-aparatura (modificirana prema Cockingu i Middeltonu)Vodena destilacijaDESTILACIJAVodenoparna destilacija-biljni materijal uronjen u vodu-destilacija se odvija na temperaturi vrijenja vode koja nije dovoljna za komponente visokog vrelita-biljni materijal u izravnom je dodiru samo s vodenom parom jer se nalazi na perforiranoj podlozi iznad sloja vode-manje izraena razgradnja, hidroliza i osmoljavanje sastavnicaSanda Vladimir-Kneevic: IBPP Jednostavna laboratorijska aparaturaParna destilacija-postupak slian vodenoparnoj destilaciji -izvor topline prostorno odijeljen od biljnog materijala-vodena para se uvodi u tikvicu s drogom Sanda Vladimir-Kneevic: IBPP 7Parna destilacijaProces se moe odvijati na viim i niim temperaturama ovisno o promjeni tlakaSanda Vladimir-Kneevic: IBPP Parna destilacija u industrijiSanda Vladimir-Kneevic: IBPP 8"pokretna destilacijaDestilacija svjeeg biljnog materijala Sanda Vladimir-Kneevic: IBPP Vakuum-destilacija-primjenom vakuuma, sastavnice eterinih ulja s visokim tokama vrelita hlape pri niim temperaturama-suha destilacija- biljni materijal nije u izravnom dodiru s vodenom parom koja se nalazi u omotauSanda Vladimir-Kneevic: IBPP 9Frakcijska destilacija-supstancije se odjeljuju prema tokama vrelita-posebice pogodno kad se ele odijeliti sastavnice ije se toke vrelita znatno ne razlikuju-omogueno dobivanje eterinog ulja eljenog sastava, primjerice uklanjanje (-)mentola iz ulja vrste Mentha arvensisSanda Vladimir-Kneevic: IBPP Sanda Vladimir-Kneevic: IBPP Prednosti: selektivna za isparljive tvari (npr. etericna ulja) jednostavna i jeftina metoda potrebna samo voda kao otapalo daje vrlo cist izolat (nema masti ni dr. nepolarnih onecicenja)DestilacijaNedostaci: pogodna samo za isparljive nepolarne sastavnice moguca razgradnja zbog vode i visoke temperature nije pogodna za male kolicine biljnog materijala postupak zahtijeva vrijeme destilat se mijenja tijekom procesa moguci su gubici neto polarnijih sastavnicaDakle, destilacija je vrlo selektivna, jednostavna i ista metoda za izolaciju u vodi netopljivih isparljivih tvari iz biljnog materijala.10hidraulina prearuna preaHLADNO PREANJE (tijetenje)Metoda izolacije eterinih ulja iz plodova vrsta roda Citrus u kojima se eterino ulje nalazi u vanjskom dijelu usploaKoristi se tradicionalni nain istiskivanja eterinog ulja iz oguljene kore; iz dobivene emulzije eterino ulje izdvaja se filtriranjem, dekantiranjem ili centrifugiranjem (nekada se istisnuto ulje hvatalo spuvama - sponge expression)Danas se eterino ulje u veim pogonima dobiva pomou ureaja koji su opremljeni rotirajuim ploama s mnogo igala za kontinuirano ubadanje usploa, to omoguuje oslobaanje ulja; neki stvaraju jaku centrifungalnu silu pomou koje se eterino ulje vrlo brzo izdvaja (machine abrasion)Ulje dobiveno hladnim preanjem sadri hlapljivu i nehlapljivu frakciju (npr. voskovi)Sanda Vladimir-Kneevic: IBPP EKSTRAKCIJA- slui za izravnu izolaciju eterinih ulja iz biljnog materijala ili za ekstrakciju hidrolata dobivenih postupkom destilacije- pogodna za izolaciju eterinih ulja prisutnih u maloj koliini te ako sadre termolabilne sastavnice ili spojeve s visokim vrelitem- koristi se za cvjetove s vrlo finim mirisnim komponentama- provodi se hlapljivim i nehlapljivim otapalima, tekuim i superkritinim plinovimaSanda Vladimir-Kneevic: IBPP 111. Ekstrakcija hlapljivim otapalimaOtapala: petroleter, heksan, toluen, pentan, aceton i dr.-Uklanjanjem otapala mogu se izgubiti i hlapljive komponente eterinih ulja-Postoji mogunost oneienja uzoraka nedovoljno istim otapalimaEssences concrtesU ekstraktima su prisutne i nehlapljiive sastavnice; zbog tih zaostalih tvari (masno ulje, voskovi) esto su poluvrste konzistencije, pa se nazivaju Essences concrtes (konkreti)Proiavaju se apsolutnim etanolom (kasnije se paljivo ukloni destilacijom) da se dobije isto eterino ulje - Essences absolutes (absoluti), koja slue u kozmetologiji i izradi parfemaSanda Vladimir-Kneevic: IBPP 2. Ekstrakcija nehlapljivimotapalima-najjednostavniji postupak je maceracija s hladnom ili toplom masti (poznavale i stare civilizacije, Egipat)- enfleurage: postupak razvijen u Francuskoj (Grasse) Sanda Vladimir-Kneevic: IBPP 12a) postupak bez primjene topline (enfleurage froid)a) postupak uz primjenu topline (enfleurage chaud)-masti i masna ulja adsorbiraju i zadravaju eterino ulje koje hlapi iz cvjetova-postupak se izvodi na staklenim ploama s obje strane premazane slojem masti -cvjetovi bez ake posipaju se na ploe koje se slau jedna iznad druge-nakon nekoliko sati ili dana ekstrahirani cvjetovi se uklone i stavljaju novi-postupak se ponavlja do zasienja masne podloge eterinim uljima-danas se proiene ivotinjske masti (govei loj, svinjska mast) zamjenjuju drugim adsorptivnim sredstvima-koriste se tekue ili taljene, proiene ivotinjske ili biljne masti (govei loj, maslinovo ulje)-cvjetovi ili vreice s cvjetovima stave se u ulje ili rastaljenu mast zagrijanu na 50-80C -postupak s novom koliinom cvjetova ponavlja se zbog ukoncentriravanja eterinog uljaEkstrakcija eterinog ulja iz mirisnih pomada provodi se 96%-tnim etanolom koji se kasnije uklanja razliitim postupcimaSanda Vladimir-Kneevic: IBPP 3. Ekstrakcija superkritinim fluidima (Supercritical fluid extraction)Kritina toka najvei tlak i temperatura pri kojima se tvar nalazi u ravnotenom stanju plin-tekuina iznad koje se formira homogeni fluid- tvar u superkritinoj fazi iznad kritine temperature i kritinog tlakaPlin kritina T (C) kritini P (bar)Etilen 9,3 50,4Ugljikov dioksid 31,1 73,8Etan 32,3 48,8Duikov oksid 36,5 72,7Propilen 91,3 46,2Propan 96,7 42,5Amonijak 132,5 112,8Heksan 234,2 30,3Voda 374,2 220,5scCO2 - niski kritini parametri, kemijski inertan, neeksplozivan, netoksian, bez mirisa i okusa, lako se uklanja iz ekstrakta, dobro otapa razliite organske molekule, cijena prihvatljivaSanda Vladimir-Kneevic: IBPP 13Princip ekstrakcije superkritinim fluidima0,001 0,5-1,0 1000 tekuina0,01-0,1 0,05-0,1 100-800 SCF1-10 0,01 1 plinSposobnost difuzije (mm2 /s)Viskoznost (cP)Gustoa(kg/m3 )FazaSanda Vladimir-Kneevic: IBPP dobro vidljiv meniskus tekueg CO2poveavanjem temperature vidljivost meniskusa se smanjujedaljnjim poveavanjem temperature, gustoa plinovite i tekue faze je sve slinija, a meniskus sve slabije uoljivpostizanjem kritine temerature i tlaka, razlika izmeu tekue i plinovite faze prestaje biti uoljivaSuperkritini fluidhomogena faza s jedinstvenim svojstvima:a) viskoznost bliska plinovimab) gustoa slina tekuinamac) snana mo difuzijeSanda Vladimir-Kneevic: IBPP 14Oprema za SFE- komore za plin, pumpe, regulatori tlaka i temperature, ekstraktor, separatorPrimjena: u farmaceutskoj industriji, izolacija eterinih ulja, proizvodnja mirisa i aroma, izolacija kofeina iz kave i aja te nikotina iz duhana, dobivanje masti i ulja...Reguliranjem tlaka(120-680 atm) i temperature (35-150 C) u ekstraktoru i separatoru, omoguuje se selektivna izolacija pojedinih sastavnica ili frakcijaRazlike u odnosu na ekstrakcijuotapalima: bolja difuzija, nia viskoznost, manja napetost povrine, lako uklanjanje otapala iz ekstraktaSanda Vladimir-Kneevic: IBPP Ekstrakcija superkritinim fluidima u industrijiSanda Vladimir-Kneevic: IBPP 15Sanda Vladimir-Kneevic: IBPP Ekstrakcija superkritinim fluidimaPrednosti: blaga tehnika ne koriste se organska otapala (ekoloki pogodno i jeftino) brza ekstrakcija moe se automatizirati uklanjanje CO2iz ekstrakta je potpuno promjenom tlaka prilagodava se moc otapanja eljenih tvariNedostaci: manje pogodna za vrlo polarne supstancije zahtjevna aparatura potrebna primjena visokog tlaka manje pogodna za ekstrakciju iz listova i svjeeg materijala skupa metodaDakle, metoda je pogodna za manje koliine termolabilnih nepolarnih sekundarnih metabolita iz suhog biljnog materijala.