CC BY
212
Химия растительного сырья. 2003. №1. С. 79-85
УДК 668.523 : 543.544
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СОСТАВА ПИХТОВОГО МАСЛА, ПОЛУЧЕННОГО ВОДНО-ПАРОВОЙ ДИСТИЛЛЯЦИЕЙ И ЭФИРОМАСЛИЧНОЙ ФРАКЦИИ СО2-ЭКСТРАКТА ЛАПКИ ПИХТЫ СИБИРСКОЙ
© В.Н. Сидельников1, Ю.В. Патрушев1, Н.В. Сизова2, Т.В. Петренко2
1 Институт катализа СО РАН, ул. ак. Лаврентьева, 8, Новосибирск (Россия) e-mail: [email protected]
2Института химии нефти СО РАН, пр. Академический, 3, Томск (Россия) e-mail: [email protected]
Приведено хромато-масс-спектрометрическое сравнение химического состава пихтового эфирного масла, полученного водно-паровой дистилляцией и сверхкритической СО2-экстракцией лапки пихты сибирской. Впервые для анализа объектов природного происхождения была использована поликапиллярная хроматографическая колонка, что позволило сократить время анализа в 20-40 раз по сравнению с капиллярной колонкой при полном сохранении разрешающей способности.
Ряд соединений, такие как альфа-пинен, камфен, бетта-феландрен, борнеол и борнил-ацетат присутствует в пихтовом масле, полученным дистилляцией и СО2-экстракцией. Вместе с тем, СО2-экстракт содержит ряд компонентов, не присутствующих в пихтовом масле.
Методами хромато-масс-спектрометрии и УФ-спектроскопии было найдено, что в СО2-экстракте дополнительно содержатся каротиноиды, хлорофиллы, ликопины и ряд кислородсодержащих пигментов. Более богатый компонентный состав приводит к появлению цвета и более качественного парфюмерного запаха.
Введение
Получение экстрактов растительного сырья для парфюмерно-косметической промышленности, для пищевых добавок заставляет химиков-технологов искать условия экстракции, при которых выход биологически активных веществ (БАВ) максимален, а их разрушение под действием температуры и растворителей минимально. Многие технологии переработки растительного сырья проходят при температурах, близких к 100° С, при этом часть витаминов, токоферолов, флавоноидов, полифенолов и других, БАВ разрушаются. Традиционно используются в качестве экстрагентов спирты, углеводороды, хлороформ и т.д., растворители эти горючи, токсичны и плохо удаляются из готового продукта. Поэтому в последние годы широкое распространение получил метод экстракции сжиженной углекислотой (СО2-эктракция). Маленький размер молекулы СО2 позволяет вести процесс на клеточном и молекулярном уровне, извлекая БАВ в том составе и соотношении, в котором природа заложила их в растительном сырье. Конечным продуктом данного способа является сверх-концентрированная субстанция, включающая водную, эфиромасличную (ЭМФ) и жирную фракции растительного сырья.
Состав эфирных масел, получаемых углекислотной экстракцией, отличается от эфирных масел, полученных классическим способом перегонки с водным паром. Авторы работы [1] на примере тропических трав, известных из-за биологического действия эфирных масел, приходят к выводу: если на
* Автор, с которым следует вести переписку.
практике стоит задача получить экстракт с легко летучими терпеноидами, монотерпенами, то лучше воспользоваться перегонкой с водным паром. СО2-экстракция позволяет выделять более тяжелые молекулы и имеет ряд достоинств: больший количественный выход экстрактов, более богатый химический состав, который обеспечивает высокое парфюмерное качество.
В работе [2] приведены некоторые отличия состава эфирного масла и углекислотного экстракта, полученных из зелени кедра сибирского. Авторы отмечают, что выход углекислотного экстракта по сравнению с эфирным маслом увеличивается с 2,1 до 3,1%; углекислотный экстракт отличается темнокрасным цветом, и парфюмеры оценивают его качество намного выше обычного эфирного масла.
Настоящая работа посвящена анализу различий в составе эфирного масла пихты, полученного дистилляцией водяным паром и эфиромасличной фракции СО2-экстракта лапки пихты сибирской. Для идентификации соединений использовали метод хромато-масс-спектрометрии, впервые образцы природного происхождения исследовались на капиллярных и поликапиллярных колонках.
Технология приготовления продуктов
Объекты исследования были получены из лапки пихты сибирской, собранной в начале марта 2001г. в южной части Томского района Томской области. Масло пихтовое получено водно-паровой дистилляцией на кафедре органической химии СГМУ (Томск). СО2-экстракт получен на установке 5-У-132, выполненной из пищевой нержавеющей стали в ООО «НБС» Томск. Установка имеет возможность работать в докритическом, критическом и надкритическом режимах. Исследованный экстракт получен при наиболее мягких температурных условия экстракции 40-55° С и двух ступенях давления 40 и 80 атм.
Аналитическая часть
В отличии от пихтового масла СО2-экстракт имеет светло-коричневый цвет и более насыщенный запах, что свидетельствует о более богатом химическом составе этого продукта. Для установления структуры соединений, которые дополнительно экстрагируются углекислотой, сняты УФ-спектры на приборе иУГКОМ 943 (рис. 1 и 2). Полученные пики свидетельствуют о присутствии в СО2-экстракте а-каротина, Р-каротина (479, 448 ммк); хлорофилла (660-665, ммк), ликопина, транс-ликопина (533, 479 ммк). С большой вероятностью присутствуют кислородсодержащие пигменты - ксантофилы (380-520 ммк), например зеаксантин (423, 483 ммк), фитофлуэнол (368, 332 ммк) и др. Сдвиг полос поглощения в сторону больших длин волн и уширение полосы мы отнесли к образованию олигомерных соединений флавоноидов, антоцианинов (533 ммк) [3, 4].
Рис. 1. Спектры дифференциального поглощения пихтового масла водно-паровой дистилляции и эфирно-масленичной фракции СО2-эктракта пихты сибирской
Рис. 2. Сравнение спектров пихтового масла водно-паровой дистилляции и эфирно-масленичной фракции СО2-эктракта пихты сибирской в гептане. В ячейке сравнения - гептан
Для идентификации компонентов использовали метод хроматографии на капиллярной и поликапиллярной колонках. На рисунках 3 и 4 приведены виды хроматограмм исследованных объектов на капиллярных колонках, на рисунках 5 и 6 на поликапиллярных колонках. Применение поликапиллярных колонок позволило значительно сократить время анализа: хроматограмма на капиллярных колонках занимает 40 минут, на поликапиллярных - 70-100 с.
В таблицах 1 и 2 приведены идентифицированные соединения. Ряд соединений присутствует как в пихтовом масле (первая цифра, %), так и в ЭМФ (вторая цифра, %): альфа-пинен (7,0; 8.0); камфен (18,8; 18,9); бетта-феландрен (4,4; 8,9), борнеол (4,8; 2,1); борнил-ацетат (49,7; 36,0). При этом перечисленные выше растительные пигменты полностью отсутствуют в обычном пихтовом масле, а углекислотой экстрагируются.
Рис. 3. Общий вид хроматограммы пихтового масла. Колонка: Капиллярная; 25,00 м х 0,20 мм, 8Б-30; Газ: азот, 0,3 мл/мин; Испаритель: 260° С; сброс 30,0 мл/мин; Детектор: ПИД, 260° С; поддув 25 мл/мин; Температура: 60-240° С; 8° С/мин
Рис. 4. Общий вид хроматограммы СО2-экстракта лапки пихты сибирской. Колонка: капиллярная; 25,00 м х 0,20 мм, 8Б-30; Газ: азот, 0,3 мл/мин; Испаритель: 260° С; сброс 30,0 мл/мин; Детектор: ПИД, 260° С; поддув 25 мл/мин; температура: 60-240° С; 8° С/мин
Рис. 5. Общий вид хроматограммы пихтового масла. Колонка: поликапиллярная; 0,23 м х 0,04 мм, Фаза: 8Б-30, 0.5 мкм; Газ: Азот, 50 мл/мин; Испаритель: 260°С; сброс 10,0 мл/мин ; Детектор: ПИД, 260° С; Температура: 75° С (20 сек) - 140° С; 60,0° С/мин
Рис. 6. Общий вид хроматограммы СО2-экстракта лапки пихты сибирской. Колонка: поликапиллярная; 0,23 м х 0,04 мм; Фаза: 8Б-30 0.5 мкм; Газ: азот, 50 мл/мин; Испаритель: 260° С; сброс 10,0 мл/мин; Детектор: ПИД, 260° С; Температура: 75° С (20 сек) - 140° С; 60,0° С/мин
Таблица 1. Основные компоненты пихтового масла, полученного водно-паровой дистилляцией
№ Вещество Время, мин Площадь пика относительная
1 Бицикло[2.2.1]гепт-2-ен,2,3-диметил-Молекулярный вес: 122,11 Молекулярная формула: С9Н14 8,53 0,4416
2 Трицикло[2.2.1.02,6]гептан, 1,7,7-триметил-Молекулярный вес: 136,12 Молекулярная формула: С10Н16 9,53 1,5924
3 альфа-Пинен Молекулярный вес: 136,12 Молекулярная формула: С10Н16 9,80 6,9918
4 Камфен Молекулярный вес: 136,12 Молекулярная формула: С10Н16 10,20 18,8277
5 Трицикло [2.2.1.02,6]гептан, 1,3,3-триметил-Молекулярный вес: 136,12 Молекулярная формула: С10Н16 10,53 0,4257
6 бета-Мирцен Молекулярный вес: 136,12 Молекулярная формула: С10Н16 10,78 1,4136
7 3-Карен Молекулярный вес: 136,12 Молекулярная формула: С10Н16 11,59 5,9254
8 бета-Фелландрен Молекулярный вес: 136,12 Молекулярная формула: С10Н16 11,97 4,4233
Продолжение таблицы 1
9 Не идентифицирован 14,48 0,6127
10 Борнеол Молекулярный вес: 154,14 Молекулярная формула: С10Н180 15,18 4,8486
11 Не идентифицирован 15,33 1,7108
12 Борнил ацетат Молекулярный вес: 196,15 Молекулярная формула: С12Н2002 17,92 49,7746
13 Не идентифицирован 18,20 0,7279
14 Возможно 1,1-Додекандиол, диацетат Молекулярный вес: 286,21 Молекулярная формула: С16Н3004 19,38 0,4528
15 Не идентифицирован 23,80 1,0261
16 Не идентифицирован 24,24 0,4995
17 Возможно Циклогексен, 1-метил-4-(5-метил-1-метилен-4-гексенил)-, (Б)-Молекулярный вес: 204.19 Молекулярная формула: С15Н24 25,32 0,3055
Таблица 2. Основные компоненты эфиромасличной фракции СО2-экстракта лапки пихты сибирской
№ Вещество Время, мин Площадь пика относительная
1 Бицикло[2.2.1]гепт-2-ен,2,3-диметил-Молекулярный вес: 122,11 Молекулярная формула: С9Н14 8,45 0,2138
2 Трицикло[2.2.1.02,6]гептан, 1,7,7-триметил-Молекулярный вес: 136,12 Молекулярная формула: С10Н16 9,44 1,7984
3 альфа-Пинен Молекулярный вес: 136,12 Молекулярная формула: С10Н16 9,71 8,0241
4 Камфен Молекулярный вес: 136,12 Молекулярная формула: С10Н16 10,09 18,9646
5 Трицикло [2.2.1.02,6]гептан, 1,3,3-триметил-Молекулярный вес: 136,12 Молекулярная формула: С10Н16 10,67 1,9313
6 бета-Мирцен Молекулярный вес: 136,12 Молекулярная формула: С10Н16 10,77 0,8511
7 3-Карен Молекулярный вес: 136,12 Молекулярная формула: С10Н16 11,47 8,9513
8 бета-Фелландрен Молекулярный вес: 136,12 Молекулярная формула: С10Н16 11,87 8,8792
9 Циклогексен, 1 -метил-4-(1-метилэтилиден)-Молекулярный вес: 136,12 Молекулярная формула: С10Н16 13,16 0,9684
10 Борнеол Молекулярный вес: 154,14 Молекулярная формула: С10Н180 14,93 2,1018
11 Борнил ацетат Молекулярный вес: 196,15 Молекулярная формула: С12Н2002 17,61 36,0300
Продолжение таблицы 2
12 Не идентифицирован 19,08 0,2534
13 Возможно 1,1-Додекандиол, диацетат Молекулярный вес: 286,21 Молекулярная формула: С16Н3004 19,73 0,5729
14 Кариофилен Молекулярный вес: 204,15 Молекулярная формула: С15Н24 20,66 2,4296
15 4,7,10-циклоундекатриен, 1,1,4,8-тетраметил-, цис-, цис-,цис-Молекулярный вес: 204,19 Молекулярная формула: С15Н24 21,30 1,2270
16 не идентифицирован 22,03 0,8143
17 Циклогексен, 1-метил-4-(5-метил-1-метилен-4-гексинил)-, (Б)-Молекулярный вес: 204,19 Молекулярная формула: С15Н24 22,22 0,1975
18 Не идентифицирован 22,48 0,3269
19 Возможно Циклогексен, 1-метил-4-(5-метил-1-метилен-4-гексенил)-, (Б)- 25,24 1,5305
20 Дибутил фталат Молекулярный вес: 278,2 Молекулярная формула: С15Н2204 25,24 1,5305
21 Не идентифицирован 37,14 3,3265
Выводы
Методом капиллярной хроматографии установлено, что состав СО2-эктракта пихты сибирской в отличии от эфирного масла обогащен тяжелыми смолистыми компонентами и кислородсодержащими пигментами - каротиноидами, ксантофилами. Поликапиллярные колонки, примененные в работе, позволили сократить время анализа в 20-40 раз при сохранении разрешающей способности.
Результаты исследования позволяют в зависимости от практических задач выбрать способ приготовления эфирного масла. Конечно, углекислотный экстракт обладает более высокой биологической активностью вследствие наличия каротиноидов, хлорофиллов. Но высокая цена ограничивает его применение в косметической промышленности. В настоящее время для приготовления лечебных кремов, прогревающих бальзамов используется стандартное эфирное масло, наличие в нем более легких молекул, которые проникают через кожу, обеспечивает лечебный эффект. Что касается парфюмерии, то углекислотный экстракт стабильно получает более высокие оценки парфюмеров и для целей создания ароматических композиций пихтовое масло его не заменит.
Авторы благодарят проф. СГМУ М.С. Юсубова за предоставление пихтового масла, полученного методом водно-паровой дистилляции, сотрудников фирмы «НБС» А.Н. Лабыкина, С.С. Едыгенова за предоставление образцов углекислотного экстракта лапки пихты сибирской.
Список литературы
1. Экстракция с помощью СО2 и перегонки водяным паром некоторых биоцидных эфирных масел и их компонентов // J. Sci. and Ind. Res. 1997. V. 56. №11. C. 662-672.
2. Осмоловская Н.А., Паршиков В.Н., Степень Р.А. Состав и некоторые потребительские свойства сырья, готовых к применению продуктов и отходов переработки древесной зелени кедра сибирского // Химия растительного сырья. 2001. №4. С. 93-96.
3. Установление структуры органических соединений физическими и химическими методами. М., 1967.
4. Калинин Ф.Л., Лобов В.П., Жидков В.А. Справочник по биохимии. Киев, 1971. 1013 с.
Поступило в редакцию 27 марта 2003 г.
