ПОЛУЧЕНИЕ ЭФИРНЫХ МАСЕЛ ПЕРЕГОНКОЙ С ВОДЯНЫМ ПАРОМ

Гидродистилляция. Простейший вариант заключается в отгонке воды в присутствии растительного материала. Метод гидродистилляции в промышленности применяется достаточно редко, однако до сих пор используется при производстве некоторых эфирных масел (например, розы).

Часто используется в лабораторных и домашних условиях. Собранный растительный материал измельчают до размеров 2-5 мм, неплотно помещают в колбу, заливают водой и подогревают до точки кипения. Водяной пар уносит летучие вещества, конденсируется в холодильнике, охлаждаемой проточной водой и собирается в стакан специальной конструкции (так называемую «флорентийскую склянку»). Вода непрерывно отводится, а эфирное масло по мере накопления отбирается. Эфирные масла легче воды, поэтому они всплывают на ее поверхности. Редким, но важным исключением являются так называемые тяжелые эфирные масла, содержащие более 70% фенолов (особенно, эвгенол и его производные – метилэвгенол, элемицин). Такие эфирные масла тяжелее воды и отбор полученного эфирного масла производится со дна флорентийской склянки.

Простейшее устройство-приемник для сбора эфирных масел (флорентийская склянка)

А-флорентийская склянка для эфирных масел легче воды

Б-флорентийская склянка для эфирных масел тяжелее воды

1- слив воды, 2-выход эфирного масла

Метод гидродистилляции наиболее прост и для него не требуется сложной аппаратуры. К сожалению, во время дистилляции значение кислотности (рН) воды, в которую погружено растение, может опуститься до сильно-кислого, что приводит к образованию артефактов и других химических изменений, например, гидролизу сложных эфиров. Так, в этих условиях линалилацетат (основной компонент лавандового масла) быстро разрушается до линалоола и уксусной кислоты, что ведет к ухудшению качества эфирного масла. Например, в процессе дистилляции мускатного шалфея и лаванды при нарушении технологических режимов может теряться от 30 до 90% исходного количества эфиров терпеновых спиртов, кроме того, могут образовываться новые продукты.

.

Простейшая схема установки для гидродистилляции.

Простейшая схема установки для получения эфирных масел методом гидродистилляции (Рис.1) состоит из колбы (В), прямого холодильника (D) и приемного устройства (С). К холодильнику подсоединяются шланги для проточной холодной воды. Направление движения воды показано стрелками (снизу вверх). Колба и холодильник соединяются между собой широким шлифом (не менее 30 мм в диаметре). Применение в качестве соединения резиновой пробки недопустимо, так как эфирные масла легко растворяют резину, в результате эфирное масло может загрязниться компонентами резины. В качестве приемного устройства «С» используют приемник Гинзберга. Это обычная стеклянная трубка, расширенная сверху и вытянутая в тонкую трубку снизу и загнутая хвостом вверх. Этот приемник можно заказать у стеклодува или сделать самому. Объем приемника 4-5 мл, диаметр 5-8 мм.

В колбу емкостью 1 литр помещают не менее 100 граммов не сильно измельченного сырья (размер частиц 2-4 мм) и заливают его водой так, чтобы поверхность воды закрыла растительный материал. Колбу устанавливают на электроплитку "A".

Приемник Гинзберга закрепляют в колбе. Для этого в верхней части приемника Гинзберга завязывают тонкую белую нитку со свободной длиной не менее 10 см. Далее, удерживая приемник за конец нитки, аккуратно опускают его на 2-3 см ниже верхнего края колбы и, не сильно фиксируя, прижимают нитку с внешней стороны к горлышку ладонью. Другой рукой вставляют холодильник в колбу так, чтобы кончик холодильника вошел в приемник, но не плотно, а с зазором 2-3 мм. Окончательно вставляют холодильник, оставляя висеть приемник над поверхностью воды и под холодильником. Таким образом, шлиф держит нитку, не давая упасть приемнику. Герметичность соединения колба-холодильник вполне достаточная.

После этого холодильник надо закрепить на штативе и пустить охлаждающую воду из крана.

После закипания образовавшийся пар увлекает с собой частицы эфирных масел и поступает в холодильник, где охлаждается и конденсируется в жидкость, состоящую из воды и мелких капель эфирных масел. Эта смесь собирается в приемнике Гинзберга. Интенсивность кипения должна быть такой, чтобы из холодильника капало 2-3 капли в секунду. В противном случае может наступить "захлебывание" холодильника и выброс жидкости. Вода, как более тяжелая жидкость, оседает на дно приемника и сливается назад в колбу "В", а эфирное масло всплывает на поверхность, где медленно накапливается. Процесс дистилляции в стадии кипения продолжается не менее 1 часа. За это время отгоняется не менее 80% эфирного масла, содержащегося в растении. Обычно из 100 грамм растения удается отогнать 0,2-1 мл эфирного масла. Для ромашки лекарственной длительность отгонки может составлять 6-8 часов. Количество растительного сырья менее 100 грамм не рекомендуется, так как полученное эфирное масло будет сложно отобрать со слоя воды. Некоторые растения, например мелисса, содержат очень мало эфирного масла (менее 0,05%), поэтому, чтобы получить ощутимое его количество, надо взять не менее 500 грамм растения (а лучше 1 кг). Соответственно, колба должна быть объемом не менее 2 литров (остальные части устройства те же).

После окончания процесса отгонки колбу охлаждают и, придерживая нитку, вынимают холодильник, а затем за нитку - приемник Гинзберга, который помещают в стакан. Эфирное масло располагается в виде тонкого слоя, обычно желтоватого цвета, над поверхностью воды.

Для отбора эфирного масла необходим шприц на 0,5 мл (лучше одноразовый). Отобранное эфирное масло лучше поместить в маленькую пробирку на 0,8 мл (в таких пробирках иногда продают эфирные масла) и хранить в холодильнике. Полученное эфирное масло содержит незначительное количество воды и выглядит мутной. Эту воду следует отделить, в противном случае эфирное масло быстро портится. Для этого в пробирку насыпают безводный сульфат натрия (прокаленная глауберова соль) на кончике ножа и встряхивают. Через некоторое время муть исчезает, и эфирное масло становится прозрачным.

После использования приемник Гинзберга следует промыть спиртом до исчезновения запаха эфирного масла и ополоснуть водой.

В зависимости от давления гидродистилляцию проводят при нормальном давлении (наиболее часто) или в вакууме (вакуумная гидродистилляция - отгонка с паром при пониженном давлении). Есть предложения проводить гидродистилляцию при повышенном давлении до нескольких атмосфер, что существенно улучшает соотношение в дистилляте воды и отгоняющегося с ней вещества. Повышенная температура, необходимая для закипания воды способствует более быстрой отгонке. Выделенное таким образом масло несколько отличается от показателей масла, выделенного традиционным путем.

Метод гидродистилляции можно использовать для получения ароматной воды. Установка для дистилляции в этом случае выглядит немного иначе. Приемник Гинзберга отсутствует, а круглая колба для дистилляции «В» соединена с холодильником «D» стеклянной трубкой «С». В качестве приемника («Е») используется коническая колба или любой другой сосуд. В колбу «В» на 2/3 объема помещают сырье (например, лепестки розы), заливают наполовину водой и кипятят в течение 5-8 часов. Пар через трубку «С» поступает в холодильник «D» с проточной водой. Охлажденный конденсат скапывает в колбу «Е». Хранить ароматную воду следует в холодильнике.

Лабораторная установка для получения ароматной воды (гидрозоля).

Паровая дистилляция. Наиболее экономичный и технологически удобный способ отгонки, используемый в промышленных условиях, заключается в использовании перегретого пара (пара высокого давления 120-150⁰С, 3-5 атм). Практически все эфирные масла получают именно таким способом.

В этом случае растительный материал не погружают в воду, а помещают в колонны из специальной стали и пропускают через его слой струю перегретого водяного пара. Водяной пар получают в специальных парогенераторах, представляющие собой нагреваемые с помощью жидкого (мазут) или газообразного (природный газ) топлива емкости из нержавеющей стали.

Часто пар не сразу поступает в колонну с растительным материалом, а предварительно ее обогревает, проходя по рубашке. Это позволяет прогреть всю технологическую систему и избежать конденсации пара в колонне. Конденсат при этом не накапливается и не разрушает компоненты эфирного масла.

Существует два способа введения пара в колонну. При введении пара снизу, образующийся конденсат накапливается в нижней части колонны, и часть растительного материала оказывается погруженным в воду, имеющую кислую среду. Это может отрицательно влиять на качество получаемого эфирного масла. При введении пара сверху, образующийся конденсат удаляется потоком пара и не накапливается.

Проходя через слой эфиромасличного растения, пар увлекает с собой летучие компоненты эфирного масла. Пар охлаждают проточной водой, и жидкая смесь воды и эфирного масла расслаивается в приемнике. Устройство приемника зависит от удельного веса масла. Если масло легче воды, оно всплывает вверх, а вода удаляется через боковую трубку. Если масло тяжелее, то оно собирается на дне приемника, а избыток воды сливается через отверстие верхней части. Обе конструкции являются разновидностями так называемой флорентийской склянки.

При этом удается избежать местных перегревов растительного материала, наступающих при гидродистилляции и отогнать труднолетучие, часто весьма ценные компоненты эфирного масла. Таким методом получают преобладающее количество коммерческого эфирного масла.

Обычно паровую дистилляцию используют для получения эфирных масел из пряных трав. Без паровой дистилляции высокого давления невозможно получить качественное эфирное масло из пачули, сандала, бальзамов, кедров и другого древесного сырья

Универсальное устройство для приема эфирных масел, как легче воды, так и тяжелее.

1.Выход для масла легче, чем вода. Краны B,C,E должны быть закрыты.

2. Выход для масла тяжелее, чем вода. Краны A,C,D должны быть закрыты.

3. Слив воды.

Полученное в процессе дистилляции с паром масло называется дистилляционным.

Эфирные масла частично растворимы в воде и при дистилляции с паром часть их растворяется в дистилляционной воде (дистилляте). Наибольшей растворимостью обладают масла, содержащие фенолы и терпеновые спирты, меньшей – эфиры и мало нерастворимые терпеновые углеводороды. При одновременном содержании и хорошо растворимых и мало растворимых происходит вымывание водой из получаемого эфирного масла фенолов и терпеновых спиртов. При экономической и технологической целесообразности эту часть эфирного масла можно выделить и использовать. Выделение из дистиллята растворимых соединений эфирного масла называется когобацией.

Растворимость эфирных масел в воде при 20⁰

Существуют различные способы когобации. Из них наиболее часто применяется повторная дистилляция отгонных вод. Обычно для этого воду после отгонки собирают и перегоняют. Эфирное масло перегоняется с первыми порциями воды. Такое эфирное масло называется когобационным (или иногда вторичным, в отличие от дистилляционного, которое иногда называют первичным). Его можно использовать само по себе, но чаще его добавляют в основное масло.

Другим способом когобации является поглощение эфирного масла из дистилляционных вод активированным углем. После поглощения уголь промывают растворителями (этиловым спиртом) для извлечения масла, а растворитель выпаривают. Остаток после выпаривания также является когобационным маслом.

В очень редких случаях процесс когобации проводят экстракцией дистилляционных вод различными растворителями (петролейный эфир). Полученный раствор высушивают и выпаривают.

Обычно когобационное эфирное масло прибавляют к дистилляционному, чтобы увеличить общий выход. Однако такая технологическая операция требует большой осторожности, чтобы не испортить первичное масло.

При этом не следует думать, что качество когобационного эфирного масла равноценно первичному. В когобационном масле часто содержатся компоненты растений, легко растворимые в воде. Среди них жирные альдегиды, кислоты, спирты, обладающие неприятным запахом.  Особо неприятные, селедочные запахи имеют жирные амины и гетероциклические соединения, содержащие азот. Все эти соединения образуются при термическом разрушении аминокислот и углеводов, входящих в состав клеток растения. И хотя содержание этих веществ очень мало, они могут оказать сильное влияние на аромат эфирного масла.

Количество вторичного масла (г), которое получается из 1000 кг отгонных вод.

Ромашка 100-120

Кориандр 625-650

Укроп 360-450

Фенхель 175-200

Лаванда 150-200

Пепперминт 400-500

Шалфей 300

Пижма 540

Часто процесс получения эфирного масла проводят таким образом, чтобы дистилляционные воды непрерывно возвращались в котел, откуда идет отгонка эфирного масла. В этом случае потери растворимых в воде компонентов эфирного масла значительно снижаются. Но при этом следует помнить, что в эфирном масле могут накапливаться нежелательные примеси, которые потом придется удалять другими методами, например, ректификацией.

Схема установки для водной дистилляции с подогревом паром и непрерывной когобацией.

1. Вход внутреннего пара

2. Вход пара для внешнего нагрева воды

3. Выход использованного  пара

4. Сброс воды

5 и 6. Вход и выход охлаждающей воды

7. Выход эфирного масла

А. Емкость для растительного материала и воды

B. Отводной патрубок с изоляцией

C. Трубчатый конденсатор для охлаждения водно-паровой смеси

D. Склянка для сбора эфирного масла

E. Трубка для обратной дистилляционной воды

Ряд эфирных масел стандартного качества может быть получен только паровой дистилляцией (некоторые виды ромашки и тысячелистника). Дело в том, что в связанной (нелетучей форме) в растении содержатся вещества, относящиеся к классу сесквитерпеновых лактонов. При распаде этих лактонов в результате гидролиза водяным паром образуется важный класс компонентов эфирных масел – азулены. Эти вещества окрашивают эфирные масла в глубокий синий и зеленый цвет и придают им особые физиологически активные свойства (противовоспалительное, противоожоговое).

Деструктивная дистилляция. Иногда для получения эфирного масла различные древесные материалы (береза, можжевельник) подвергают нагреванию в вакууме. При этом компоненты аромата улетучиваются, часть древесины разрушается и образуются ряд фенольных соединений, которые придают полученному эфирному маслу запах «выделанной кожи». Такое эфирное масло обладает рядом целебных свойств, оно также применяется в парфюмерии при изготовлении духов для мужчин.