Получение эфирных масел перегонкой с водяным паром (паровой дистилляцией)

ПОЛУЧЕНИЕ ЭФИРНЫХ МАСЕЛ ПЕРЕГОНКОЙ С ВОДЯНЫМ ПАРОМ (ПАРОВОЙ ДИСТИЛЛЯЦИЕЙ)

Перегонка с водяным паром используется чаще всего тогда, когда эфирных масел в растении достаточно много. Кроме того, в некоторых случаях только перегонка с водяным паром позволяет получить эфирные масла определенного качества, например, содержащие азулены (ромашка, тысячелистник).  

 

Дистилляционные методы включают простую дистилляцию (гидродистилляция), дистилляцию с паром и фракционную дистилляцию. Все указанные процессы могут осуществляться при атмосферном или пониженном давлении, однако при дистилляции с паром степень понижения давления ограничена. Дистилляцию растений обычно проводят при атмосферном давлении, так как этот метод и его аппаратурное оформление наиболее просты; однако при такой обработке пробы состав ее иногда меняется. Например, в процессе дистилляции при атмосферном давлении может теряться от 30 до 90% исходного количества некоторых эфиров терпеновых спиртов и, кроме того, могут образовываться новые продукты. В  пробах лиметтовых масел, перегнанных при пониженном и атмосферном давлении установлено, что в последних почти полностью отсутствуют α-туйен, α-и β-цитрали, но содержатся α-фелландрен и α-и β-терпинеолы.

Гидродистилляция. Простейший вариант заключается в отгонке воды в присутствии растительного материала. В промышленности применяется достаточно редко, например, при получении розового масла. Часто используется в лабораторных и домашних условиях. 

Простейшая схема получения эфирного масла гидродистилляцией из растения в домашних условиях состоит из колбы, прямого холодильника и приемного устройства. Колба "В" и холодильник "D" соединяются между собой широким шлифом (не менее 30 мм в диаметре или даже более). Применение в качестве соединения резиновой пробки недопустимо, так как эфирные масла легко растворяют резину, в результате чего эфирное масло будет содержать компоненты резины и неприятно пахнуть.  

В качестве приемного устройства используют приемник Гинзберга "С". 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 "B" на 1 литр помещают не менее 100 грамм измельченного до размеров 2-4 мм садовым секатором растения и заливают его водой так, чтобы поверхность воды закрыла  растительный материал. Колбу устанавливают на электроплитку "A".  

Приемник Гинзберга укрепляют следующим образом. В верхней части "Гинзберга" завязывают тонкую белую нитку со свободной длиной не менее 10 см. Далее держа за конец нитки  аккуратно опускают "Гинзберг" в колбу на 2-3 см от верха и не сильно фиксируя, прижимают нитку с внешней стороны к горлышку ладонью. Другой рукой вставляют холодильник в колбу так, чтобы кончик холодильника вошел в "Гинзберг", но не плотно, а с промежутком 2-3 мм. Окончательно вставляют холодильник, оставляя висеть "Гинзберг" над поверхностью воды и под холодильником. Таким образом шлиф держит нитку, не давая упасть "Гинзбергу". Герметичность соединения колба-холодильник вполне достаточная. После этого холодильник надо закрепить на штативе и пустить охлаждающую воду из крана.

После начала закипания образующийся пар увлекает с собой частицы эфирного масла и поступает в холодильник, где охлаждается и конденсируется в жидкость, состоящую из воды и мелких капель эфирного масла. Эта смесь скапывает в приемник Гинзберга "С". Интенсивность кипения должна быть такая, чтобы из холодильника скапывало 2-3 капли в секунду. В противном случае может наступить "захлебывание" холодильника и выброс.  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% содержащегося в растении эфирного масла. 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 материала менее 100 грамм не рекомендуется, так как сложно отобрать полученное эфирное масло со слоя воды. Некоторые растения, например, мелисса содержат очень мало эфирного масла (менее 0.05%), поэтому, чтобы получить ощутимое количество эфирное масла, надо взять не менее 500 грамм растения (а лучше 1 кг). Соответственно, колба должна быть объемом не менее 2 литров (все остальное остается тем же самым) 

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 (лучше - одноразовый) на 0.5 мл, которым отбирают эфирное масло.  Эфирное масло удобно поместить в маленькую пробирку на 0.8 мл (в таких пробирках иногда продают эфирные масла) и хранить в холодильнике.  Полученное эфирное масло содержит иногда до 10% воды, которая придает эфирному маслу  мутный вид и может испортить масло. Эту воду следует отделить. Для этого в пробирку насыпают взятый на кончике ножа безводный сульфат натрия (глауберова соль, прокаленная) и встряхивают. Через некоторое время муть исчезает и масло становится прозрачным.

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

 

Процесс гидродистилляции эфирных масел можно использовать для получения ароматной воды. Для этого в колбу "В" помещают, например, лепестки розы (на 2/3 объема), заливают наполовину водой и кипятят в течение 5-8 часов. Пар через трубку "С" поступает в холодильник "D", который охлаждается водой из крана. Охлажденный конденсат скапывает в колбу "Е". Хранить ароматную воду следует в холодильнике.  

 

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.    

 

Паровая дистилляция. Наиболее экономичный и технологически удобный способ отгонки заключается в использовании перегретого пара (пара высокого давления). 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.

Образующийся 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.  

  

 

А-флорентийская склянка для эфирных масел легче воды

Б-флорентийская склянка для эфирных масел тяжелее воды

1- Слив воды, 

2-Выход эфирного масла  

 

 

  

 

 

 

Универсальная система 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.

Некоторые эфирные масла частично растворимы в воде и при дистилляции с паром часть их уносится в растворенном виде с дистилляционными водами. Наибольшей растворимостью обладают масла, содержащие фенолы и терпеновые спирты, меньшей – эфиры и практически нерастворимы терпеновые углеводороды. При одновременном содержании и хорошо растворимых и мало растворимых происходит вымывание из получаемого эфирного масла фенолов и терпеновых спиртов. При экономической и технологической необходимости эту часть эфирного масла можно выделить и использовать. Выделение из дистиллята растворимых компонентов эфирного масла называется когобацией.

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.  

 

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

Ромашка 100-120

Кориандр 625-650

Укроп 360-450

Фенхель 175-200

Лаванда 150-200

Мята перечная 400-500

Шалфей 300

Пижма 540 

 

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

  

 

1. Вход внутреннего пара

2. Вход внешнего пара  для нагрева воды

3. Выход внешнего 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 

 

 

 

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 вещества, 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 компонентов растений - аминокислот и углеводов. И хотя содержание этих веществ очень мало, они могут оказать сильное влияние на запаховую тональность эфирного масла.

В некоторых случаях (роза) малый выход масла позволяет получить из растения в процессе водяной перегонки только ароматическую воду. Ее используют как туалетную.

Ряд эфирных масел 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.