Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2008 №4

Схема экстракции растительного сырья для получения конкрета.

_{A. Выход экстракта}

_{B. Вход для свежего растворителя}

_{1. Клапан-конденсатор}

_{2. Конденсаторы}

_{3. Экстракторы}

_{4. Отстойник}

_{5. Выпарная установка}

_{6. Емкость для свежего или регенерированного растворителя}

_{7. Емкость для первого настоя}

_8. Емкость для второго настоя

_{9. Насос}

Если говорить более точно, то конкреты и абсолю не являются истинными ("чистыми") эфирными маслами. Это скорее растворы эфирных масел в "собственных соках" растений, главным образом, растительных жирах, которые присутствуют в больших количествах в растительном материале для экстракции и которые легко извлекаются органическими растворителями наряду с эфирными маслами.

В лабораторных условиях для экстракции эфирных масел из растений используют аппараты Сокслета.

Для этого в колбу на 0.5–1 л (В) наливают 100 мл растворителя легче воды (пентан, диэтиловый эфир, петролейный эфир, гексан). В колбу С помещают из мельченный растительный материал, упакованный в марлевый мешочек. Растворитель поддерживают в кипящем состоянии. Через трубку D пары растворителя поступают в холодильник А, где конденсируются и падают по каплям сверху на растительный материал. По мере подъема уровня растворителя он насыщается эфирны ми маслами. После того, как уровень растворителя достигнет верхнего уровня сифона Е он сливается через него в колбу В и, продолжая кипение, вновь начинает поступать в экстрактор С. Процесс экстракции может продолжать сколь угодно долго. Обычно 12–24 часа. После окончания экстракции растворитель сливают из колбы В в подходящую емкость и упаривается до остаточного объема, пригодного для дальнейшей работы.

Конечно, в полученном конкрете всегда присутствуют остатки растворителя, который желательно удалить как можно полнее.

При выборе растворителя следует учитывать его чистоту, летучесть и нейтральность. В растворителе не должны присутствовать токсичные вещества, а также вещества, обладающие запахом (которые будут изменять аромат эфирного масла). Летучесть растворителя определяет температуру, при которой происходит экстракция. Чем ниже температура кипения растворителя, тем в более "нежных" условиях происходит процесс извлечения эфирного масла и дальнейшего удаления растворителя из конкрета. Нейтральность растворителя не позволяет проходить химическим реакциям в процессе выделения эфирного масла. Например, такой, казалось бы "чистый" растворитель, как этиловый спирт способен в заметных количествах этерифицировать содержащиеся в растительных тканях органические и жирные кислоты. При этом образуются весьма пахучие этиловые эфиры, способные сильно изменить аромат эфирного масла. Обычно применяются диэтиловый эфир и петролейный эфир удовлетворяют большинству требований к экстракции.

Для экстракции также применяют сжиженные газы (углекислый газ и фреоны). Они позволяют проводить процесс экстракции и получения конкрета значительно более эффективно, но для этого требуется проводить большую подготовительную работу с сырьем, часто несовместимую с сохранением ее парфюмерного качества. В случае пряно-ароматического сырья применение СО₂– экстракции наиболее перспективно. Экстракты сохраняют яркий аромат, вкус и биологически ценные компоненты, присущие растениям (витамины группы Е, ди- и тритерпены). Они стерильны и обладают антиокислительными свойствами. Подобраны условия для выделения концентратов из свежих фруктов (яблоки, груши, апельсины), пряностей (черный перец, гвоздика, корица) и пряно-ароматических растений (аир, кардамон, майоран).

При экстракции по методу Сокслета обычно приходится решать две основные проблемы: во время почти всего периода экстракции экстракт находится при температуре кипения растворителя, что может привести к разложению термически неустойчивых анализируемых веществ, и получаемый экстракт обычно сильно разбавлен растворителем. Концентрируют экстракт, как правило, испаряя избыток растворителя в токе инертного газа, но (как указывалось ранее) это приводит к потере летучих компонентов. По указанным причинам применение низкокипящих растворителей является предпочтительным.

Если экстракция по методу Сокслета проводится с использованием низкокипящих растворителей, например фреона 12 (дифтордихлорметана), аммиака или диоксида углерода, аппарат Сокслета необходимо поместить в камеру высокого давления, чтобы давление внутри и вне аппарата было одинаковым. Из числа перечисленных экстракционных агентов особый интерес представляет диоксид углерода.

Используя при экстракции по методу Сокслета вместо традиционных растворителей жидкий диоксид углерода, можно получать более концентрированные пробы и полнее извлекать низкокипящие компоненты, а также получать биологические экстракты, сенсорная или биологическая активность которых вполне соответствует аналогичным характеристикам исходного образца.

Промышленностью выпускается экстракционный аппарат, позволяющий работать при высоких давлениях и использовать для экстракции по обычному методу Сокслета низкокипящие растворители, в частности сухой лед. Однако поступающий в продажу сухой лед чаще всего загрязнен большим количеством летучих соединений, и чтобы определить его пригодность, необходим холостой опыт. Результаты будут более надежными, если вместо сухого льда применять диоксид углерода высокой чистоты, выпускаемый в баллонах.

Следует отметить, что состав экстрактивных эфирных масел (конкретов и абсолю) может сильно отличаться от состава дистилляционных эфирных масел, полученных из одного и того же растительного источника. Особенно это касается растительного сырья, где эфирные масла находятся в связанных формах. В этом случае в составе экстрактивного эфирного масла будут отсутствовать компоненты, получение которых требует присутствия пара или горячей воды. Например, в составе ромашкового конкрета будут отсутствовать хамазулен, образующийся только при паровой дистилляции ромашки, но будет входить матрицин — предшественник хамазулена, растворимый в органических растворителях. Если ромашковый конкрет обработать горячей водой, то в нем образуется хамазулен. С другой стороны, экстрактивные эфирные масла обогащены компонентами, легко разрушающихся водяным паром.

Выпускаемый промышленностью прибор, предназначенный для экстракции жидким диоксидом углерода при высоком давлении, модифицированный Симсом с тем, чтобы можно было использовать оба типа баллонов.

Дозирующую трубку для диоксида углерода можно изготавливать из полужесткого тефлона. Если уровень жидкости достигает нижний конец трубки (выходящий из аппарата газ при этом теряет прозрачность), в аппарате содержится необходимое количество диоксида углерода.

В зависимости от типа трубки, питающей выпускной клапан, из баллона можно подавать жидкий или газообразный диоксид углерода. В предложенном Симсом новом устройстве используются оба типа баллонов и несколько видоизмененная экстракционная камера (рис.) Аппарат Сокслета с гильзой, содержащей пробу, помещают в камеру, систему герметизируют и из нее откачивают воздух, но эта операция приемлема не для всех проб. Сначала в системе поднимают давление с помощью газообразного диоксида углерода, затем через клапан А систему подключают к источнику жидкого диоксида углерода. При открытом клапане А медленно приоткрывают клапан Б, через который газ начинает выходить. Когда граница жидкости достигнет нижнего конца трубки, соединенной с клапаном Б, выходящий через него бесцветный газ теряет прозрачность. Далее оба клапана закрывают, прибор помещают в неглубокую водяную баню (35–50 °C) и через пальцевый холодильник пропускают воду (0-10 °C). Длительность экстракции в зависимости от природы пробы может составлять 2–3 ч или несколько больше. В отдельных случаях сначала проводят 24-часовую экстракцию, а затем повторяют ее на различных аликвотных объемах той же пробы, каждый раз сокращая длительность экстракции вдвое, пока не начнет снижаться степень извлечения.

Использование для экстракции жидкого диоксида углерода вместо сухого льда может уменьшить содержание примесей в эфирных маслах; сухой лед в основном готовят из промышленного диоксида углерода, получаемого микробиологической ферментацией, и поэтому он загрязнен разнообразными летучими соединениями.

В конце экстракции весь прибор помещают в неглубокий контейнер с сухим льдом или лучше жидким азотом. Когда давление по показаниям манометра снижается до минимума, клапан А сначала только приоткрывают, а затем, после падения давления, открывают полностью. При резком понижении давления может произойти разброс содержимого экстракционной гильзы по всему внутреннему пространству камеры. Даже при медленном снижении давления заметна выходящая из выпускного клапана струя газа, содержащего сублимированный твердый диоксид углерода, образовавшегося в экстракционном аппарате. Болты, крепящие крышку прибора, отвинчивают постепенно (на один оборот каждый болт, прежде чем вывернуть его полностью), затем аппарат открывают. Анализируемые вещества распределены в бруске твердого диоксида углерода. Этот брусок помещают в морозильное отделение лабораторного холодильника на время сублимации диоксида углерода, после чего остается не разбавленная растворителем проба.