CC BY
220
УДК 665.53:66.987+543.641
СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА СВЕРХКРИТИЧЕСКИХ СО2-ЭКСТРАКТОВ КОНКРЕТА РОЗЫ И РОЗОВОГО МАСЛА (АБСОЛЮ)
© А.Н. Александров1, А.В. Улесов2, В.И. Ткаченко3 , А.В. Москвитин3, С.Ф. Скоромная3,
В.Г. Загинайлов3
1 Украинский научно-исследовательский институт экологических проблем,
Харьков (Украина)
2Национальный фармацевтический университет, Харьков (Украина)
3Научно-производственный комплекс «Возобновляемые источники энергии и ресурсосберегающие технологии» Национального научного центра «Харьковский физико-технический институт», ул. Академическая, 1, Харьков, (Украина) E-mail: [email protected]
Сверхкритический диоксид углерода как экологически чистый растворитель использован для реэкстракции летучей части конкрета розы (Rosa gallica L.), богатого термолабильными компонентами. Исследован процесс реэкстракции летучих ароматных веществ сверхкритическим флюидом при температуре 25 и 50 °С, давлении 10, 13 и 18 МПа. Приведены результаты хроматографического анализа исходного сырья - конкрета розы эфиромасличной (Крым, Украина), абсолю и СО2-экстракта конкрета розы.
СК-СО2-экстракция является эффективным современным методом получения природных веществ в нативном состоянии, обладающим существенными преимуществами перед традиционными способами получения эфирных масел, в частности, более естественным содержанием ряда компонентов (кариофиллен, нерол, гераниол и др.). Показана возможность управления составом экстракта из ароматического сырья с использованием сверхкритической двуокиси углерода при различных параметрах процесса.
Ключевые слова: сверхкритическая СО2 экстракция, Rosa gallica L., конкрет розы, абсолю, ГХ-МС-исследование. Введение
Роза - Rosa gallica L. - многолетний ветвистый кустарник семейства Розанные. Род Роза включает более 1000 видов. Эфиромасличную розу возделывают в течение многих сотен лет. В качестве сырья для получения эфирного масла используют цветки розы. В цветках крымской розы содержится до 0,20-0,25% эфирного масла, главными компонентами которого являются фенилэтиловый спирт (70-75%), гераниол (до 10-15%), цитронеллол (до 5-6%), нерол (2-3%) и большое количество минорных компонентов (более 200). Качество масла розы определяется содержанием фракции терпеновых спиртов (цитронеллола, гераниола, нерола). Кроме того, в цветках розы содержатся жирное масло, стерины, воска, органические кислоты, углеводы и другие органические и неорганические вещества [1].
Небольшую часть розового эфирного масла получают методами гидродистилляции, мацерации и анфлера-жа, но основным промышленным методом получения эфирного масла розы на Украине является экстракция. Цветки розы экстрагируют низкокипящим органическим растворителем без нагревания. Затем растворитель отгоняют при невысокой температуре (45-70 °С) и получают экстракт, так называемый конкрет. Для получения абсолютного эфирного масла, или абсолю, конкрет обрабатывают этиловым спиртом и при охлаждении осаждают основную часть нелетучих балластных веществ - жиров, восков, смол, пигментов, преимущественно
* Автор, с которым следует вести переписку.
сохраняя летучие ароматные вещества (ЛАВ), характерные для растения-продуцента. Несмотря на то, что технология переработки розы предусматривает минимальное воздействие температуры и других неблагоприятных факторов, некоторые лабильные компоненты ЛАВ в составе эфирного масла претерпевают существенные изменения в результате реакций изомеризации и окисления. Заметная часть наиболее летучих компонентов теряется при перегонке, а часть органических растворителей задерживается в конкрете и абсолю [2].
Сверхкритический флюид CO2 (СК-С02) является хорошим растворителем для неполярных и среднеполярных веществ и может с высокой селективностью экстрагировать вещества с молекулярной массой до 2000 и более дальтон. Варьирование термодинамических условий позволяет существенно изменять физические свойства экстрагента (плотность, диффузионную способность и т.д.) и изменять селективность выделения компонентов из смесей органических веществ. Экстракция с помощью СО2 в сверхкритических условиях позволяет избежать нежелательного воздействия кислорода воздуха и органических растворителей, удалить балластные вещества и обогатить эфирное масло летучими ароматическими веществами [3-10]. В России СК СО2-экстракцией лекарственного растительного сырья занимаются в Ростове (НТЦ «Горо»), Казани (Казанский технический университет), Москве (ИХФ, ИОХ, МГУ и т.д.), Томске (ООО «Сибирский завод экстрактов и биотехнологий») и других городах.
Цель данной работы - изучение химического состава СК СО2-экстрактов конкрета розы эфиромасличной, полученных при давлениях 10,0-18,0 МПа и температурах 35-50 °С (308-323 К) в сравнении с химическим составом розового масла (абсолю), полученного из того же источника.
Экспериментальная часть
Конкрет эфиромасличной розы урожая 2006 г. и образец полученного из него розового масла (абсолю) был любезно предоставлен Л. А. Эйдельманом (Крым, Украина).
СК-СО2-экстракция компонентов конкрета розы эфиромасличной проводилась на лабораторной установке сверхкритической флюидной экстракции (УСФЭ-1). Рабочие давления (при использовании компрессора КПВ1А) - 0,1-20 МПа (1^200 атм). Рабочий диапазон температур - 20-50 °С.
Исследование состава конкрета розы, абсолю и СК-СО2-экстрактов проведено на хромато-масс-спектрометрической системе производства фирмы «Agilent Technologies», «Agilent-6890» с хромато-масс детектором.
СК-С02-экстракты конкрета розы эфиромасличной получали в шести режимах (при давлениях 10,0; 13,0; 18,0 МПа и температурах 35 °С (308 К) и 50 °С (323 К) соответственно).
Навеску конкрета розы помещали в реактор установки УСФЭ-1, в который подавали СО2 с необходимыми термодинамическими параметрами. Продукты экстракции улавливались в абсорбирующем модуле, при барботировании продуктов экстракции в ловушку с хроматографически чистым гексаном. Время экстракции во всех вариантах составляло 10 мин.
Аналитическое исследование состава полученных фракций проводилось ГХ-МС методом, с введением внутреннего стандарта - маркера (пентанола), для количественной оценки выхода продуктов экстракции. Пен-танол не характерен ни для природного конкрета из розы, ни для натурального розового эфирного масла.
На рисунке 1 и в таблицах 1-3 приведены результаты хроматографического анализа исходного сырья -конкрета розы эфиромасличной (Крым, Украина), абсолю и СК-СО2-экстракта конкрета розы, полученного при давлении 13,0 МПа и температуре 50 °С (с).
Таблица 1. Химический состав конкрета розы эфиромасличной
№ Наименование компонента Время удерживания, мин % содержания в смеси
1 2 3 4
1 пентанол-1 (внутренний стандарт, 100 мг/л) 3,04 0,141
2 цис-3-гексен-1-ол 4,42 0,103
3 гексанол 4,65 0,203
4 бензальдегид 6,84 0,116
5 гептанол 7,11 0,046
6 бензиловый спирт 9,13 3,935
9 цис-линалоолоксид 10,25 0,187
10 транс-линалоолоксид 10,76 0,109
11 линалоол 11,14 0,472
12 нонаналь 11,24 0,073
Окончание таблицы 1
1 2 3 4
13 транс-розоксид 11,48 0,070
14 фенилэтиловый спирт 12,48 79,923
15 гексаналь, диэтилацеталь 14,22 0,110
16 а-терпинеол 14,33 0,076
17 нерол + цитронеллол 15,66 5,657
18 Нераль 15,95 0,206
19 гераниол 16,56 6,235
20 гераниаль 16,94 0,413
21 борнилацетат 17,39 0,263
22 не идентефицировано 19,49 0,037
23 геранилацетат 20,55 0,273
24 кариофиллен 21,62 0,089
25 у-мууролен 23,39 0,039
26 элемол 25,61 0,065
27 кариофилленоксид 26,58 0,078
29 гептадекан 29,75 0,036
31 нонадецен 33,85 0,043
32 нонадекан 34,06 0,250
34 хенейкозан 35,49 0,146
35 трикозан 36,92 0,154
36 пентакозан 39,15 0,180
Рис. 1. Хроматограммы конкрета розы (а), розового масла (абсолю) (Ь) и СК-СО2-экстракта из конкрета розы при Р = 13,0 МПа и Т = 50 °С (323 °К) (с)
Таблица 2. Химический состав розового масла (абсолю)
№ Наименование компонента Время удерживания, мин % содержания в смеси
1 этанол 1,43 6,391
2 цис-3-гексен-1-ол 4,33 0,097
3 транс-2-гексен-1-ол 4,53 0,029
4 гексанол 4,57 0,151
5 бензальдегид 6,79 0,073
6 бензиловый спирт 9,03 2,572
7 цис-линалоолоксид 10,22 0,107
8 транс-линалоолоксид 10,74 0,067
9 линалоол 11,11 0,316
10 нонаналь 11,22 0,043
11 транс-розоксид 11,47 0,038
12 фенилэтиловый спирт 11,80 79,835
13 цитронеллол+нерол 15,46 4,421
14 нераль 15,86 0,123
15 гераниол 16,35 5,074
16 гераниаль 16,85 0,206
17 геранилацетат 20,53 0,162
18 кариофиллен 21,60 0,053
19 элемол 25,59 0,045
20 нонадекан 34,92 0,121
21 хенейкозан 39,65 0,075
Таблица 3. Химический состав СК-СО2-экстракта из конкрета розы эфиромасличной (13,0 МПа,50 оС (323 К))
№ Наименование компонента Время удерживания, мин % содержания в смеси
1 2 3 4
1 пентанол-1 (внутренний стандарт, 100 мг/л) 3,00 1,958
2 гексанол-2 3,38 0,072
3 2,4-диметилпентанол 3,91 0,061
4 цис-3-гексен-1-ол 4,34 0,084
5 гексанол 4,60 0,202
6 гептаналь 5,27 0,017
7 гексанол-3 6,47 0,012
8 гексанол-2 6,74 0,011
9 бензальдегид 6,81 0,107
10 гептанол 7,09 0,052
11 6-метил-5-гептен-2-он 7,56 0,020
12 6-метил-5-гептен-2-ол 7,76 0,026
13 пентанальдиэтилацеталь 7,86 0,018
14 бензиловыйспирт 9,32 4,655
15 цис-линалоолоксид 10,28 0,262
16 транс-линалоолоксид 10,79 0,168
17 линалоол 11,20 0,876
18 нонаналь 11,51 0,093
19 фенилэтиловый спирт 13,34 69,70
20 гептанальдиэтилацеталь 14,41 0,131
21 а-терпинеол 14,66 0,131
22 нерол 16,09 8,333
23 нераль 16,15 0,165
25 гераниол 17,01 9,488
26 гераниаль 17,25 0,582
28 цитронеллилацетат 19,65 0,149
29 геранилацетат 20,67 0,647
30 ß-элемен 20,83 0,035
31 тетрадекан 21,03 0,050
32 кариофиллен 21,69 0,183
33 ß-кубебен 21,98 0,038
34 а-гвайен 22,26 0,040
35 пентадекан 24,09 0,049
36 5-кадинен 24,87 0,060
Окончание таблицы 3
1 2 3 4
37 элемол 25,69 0,179
38 додекановая кислота 26,32 0,130
39 кариофилленоксид 26,66 0,198
40 гексадекан 27,02 0,043
42 у-эвдесмол 28,03 0,033
43 Р-эвдесмол 28,55 0,037
44 а-эвдесмол 28,64 0,024
45 гептадецен 29,18 0,087
46 гептадекан 29,81 0,082
Обсуждение результатов
В результате экспериментов установлено, что СК-СО2 является хорошим растворителем для летучих ароматических веществ розового масла. Полученные СК-СО2-экстракты были насыщены минорными компонентами, обогащающими состав и увеличивающими глубину ароматической гаммы розового масла. Это особенно заметно в сравнении с составом розового масла (абсолю), полученного по традиционной технологии.
На рисунке 2 представлена динамика изменения относительного процентного содержания некоторых компонентов конкрета розы в СК-СО2-экстрактах при температуре 50 °С (323оК) и давлениях 11,0, 13,0 и 18,0 МПа соответственно. Варьирование термодинамических условий экстракции позволяет менять соотношение извлекаемых компонентов, так с увеличением давления до 13,0 и 18,0 МПа экстракты обогащались более «тяжелыми» компонентами (нерол, гераниол, цитронеллол, элемол, гексадекан и др.), в то время как относительное содержание более легких компонентов с ростом давления уменьшалось (бензальдегид, линалоол и др.). При этом в экстракте не происходило нежелательных изменений природной гаммы ароматических веществ.
Химический состав розового масла - абсолю - был значительно беднее состава ароматических веществ конкрета розы, из которого он был получен. Это свидетельствует о потерях ароматических веществ, происходящих при переработке конкрета по традиционной технологии. Ароматические вещества розового масла во время технологического процесса подвергаются воздействию кислорода воздуха и вступают в реакции окисления, изомеризации и т.п. Так, например, в составе абсолю обнаруживался пик транс-2-гексен-1-ола, вещества, которого не было ни в исходном конкрете, ни в СК-СО2-экстрактах. По-видимому, это вещество образуется при изомеризации цис-3-гексен-1-ола в процессе технологической переработки. Кроме того, розовое масло (абсолю) содержит более 6,3% посторонней примеси - растворителя (этанола), применяемого в его производстве, что также снижает его качество.
Таким образом, показано, что СК-СО2-экстракция является эффективным современным методом получения природных веществ в нативном состоянии, обладающим существенными преимуществами перед традиционными способами получения эфирных масел. Дальнейшее исследование коэффициентов распределения компонентов в сырье и сверхкритическом флюиде открывает возможности селективного разделения природных ароматических веществ и получения экстрактов, обогащенных определенными группами липофильных компонентов, в том числе эфирных масел со стандартизуемым составом и определенной гаммой летучих ароматических веществ.
Рис. 2. Относительное содержание (%) некоторых компонентов в СК-СО2-экстрактах
7,0000-
6,0000-
5,0000-
4,0000-
3,0000-
с
о д е р ж а н
и 2,0000-
е
В
Г
бензальдегид бензиловый спирт линалоол
Наименование компонентов
I □ 11,0 МПа ■ 13,0 МПа ■ 18,0 МПа I
нерол+цитронеллол
%
Выводы
1. На лабораторной установке для СК-СО2-экстракции получены экстракты из конкрета розы при давлениях 10,0-18,0 МПа и температурах 35 оС (308 К) и 50 °С (323 К), обогащенные минорными ароматическими компонентами. Показана возможность управления составом экстракта из ароматического сырья с использованием сверхкритической двуокиси углерода при различных параметрах процесса.
2. В результате сравнительного хроматографического изучения состава СК-СО2-экстрактов из конкрета розы и их сравнения с составом розового масла (абсолю), полученного из того же сырья по традиционной технологии, установлено, что СК-СО2-экстракция позволяет сохранить природную гамму ароматических веществ. Этого невозможно достичь при традиционных технологиях переработки, в той или иной мере искажающих состав и соотношение компонентов природных летучих ароматных веществ растения-продуцента.
Список литературы
1. Гуринович Л.К., Пучкова Т.В. Эфирные масла: химия, технология, анализ и применение. М., 2005. 192 с.
2. Чипига А.П. и др. Справочник технолога эфирномасличного производства. М., 1981. 184 с.
3. Moyler D.A. Extraction of Flavours and Fragrances // Extraction of Natural Products Using Near-Critical Solvents, Eds. M.B. King and T.R. Bott, 1993, Blackie A&P, London, Chapter 6. P. 140-183.
4. Mark A. McHugh, Val J. Krukonis. Supercritical Fluid Extraction. Principles and Practice, 2nd edition. Buterworth-Heinemann, Boston. 1994. 512 p.
5. Vagi E., Simandi B., Suhajda A., Hethelyi E. Essential oil composition and antimicrobial activity of Origanum majorana L. extracts obtained with ethyl alcohol and supercritical carbon dioxide // Food Research International. 2005. V. 38. P. 51-57.
6. Ghasemi E., Yamini Y., Bahramifar N., Sefidkon F. Comparative analysis of the oil and supercritical CO2 extract of Artemisia sieberi // Journal of Food Engineering. 2007. V. 79. P. 306-311.
7. Hui Cao, Jian Bo Xiao, Ming Xu. Comparison of volatile components of Marchantia convoluta obtained by supercritical carbon dioxide extraction and petrol ether extraction // Journal of Food Composition and Analysis. 2007. V. 20. P. 45-51.
8. Hadolin M., Hras A.R., Bauman D., Knez Z. Isolation and concentration of natural antioxidants with high-pressure extraction // Innovative Food Science and Emerging Technologies. 2004. №5. P. 245-248
9. Tam C.U., Yang F.Q., Zhang Q.W., Guan J., Li S.P. Optimization and comparison of three methods for extraction of volatile compounds from Cyperus rotundus evaluated by gas chromatography-mass spectrometry // Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 2007. V. 44. P. 444-449.
10. Сидельников В.Н., Патрушев Ю.В., Сизова Н.В., Петренко Т.В. Сравнительный анализ состава пихтового масла, полученного водно-паровой дистилляцией и эфиромасличной фракции СО2-экстракта лапки пихты сибирской // Химия растительного сырья. 2003. №1. С. 79-85.
Поступило в редакцию 7 ноября 2007 г.
После переработки 13 февраля 2008 г.
