ΑΡΩΜΑΤΙΚΑ ΚΑΙ ΦΑΡΜΑΚΕΥΤΙΚΑ ΦΥΤΑ

Transcript

1 ΑΡΩΜΑΤΙΚΑ ΚΑΙ ΦΑΡΜΑΚΕΥΤΙΚΑ ΦΥΤΑ Παραλαβή & Εφαρµογές Αιθερίων Ελαίων ΗΜΟΚΡΙΤΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΡΑΚΗΣ Τµήµα Αγροτικής Ανάπτυξης Αθανάσιος Κυµπάρης Επίκουρος Καθηγητής Ιστορία & Πηγές Αιθερίων Ελαίων Ορισµός: Τι είναι αιθέριο έλαιο Αιθέριο έλαιο, είναι ένα πτητικό µίγµα οργανικών ενώσεων (συνήθως µη υδατοδιαλυτό) που παραλαµβάνεται µε φυσικούς τρόπους από ένα φυτικό υλικό (κυρίως) που µυρίζει. Ειδικότερα ένα αιθέριο έλαιο προέρχεται από µια βοτανική πηγή (συνήθως Αρωµατικό Φαρµακευτικό Φυτό) µετηνοποίασυµφωνείκαικατάόνοµακαικατάτηνοσµή. Χηµικά, τα συστατικά των αιθερίων ελαίων ανήκουν στην κατηγορία των τερπενοειδών (µονο, σεσκι και σπανιότερα διτερπενίων) όπως και βενζενοειδών, φαινυλοπροπανοειδών κλπ. Παράγονται και χρησιµοποιούνται από τα φυτά είτε ως φορείς πληροφορίας (χηµειοεπικοινωνία ), αµυντικά όπλα εναντίων εχθρών είτε για την προσέλκυση άλλων εντόµων-εχθρών αυτών που τους επιτίθενται κλπ.

2 Ιστορία & Πηγές Αιθερίων Ελαίων Τα τερπένια συντίθενται συνήθως κατά το βιοσυνθετικό µονοπάτι του µεβαλονικού οξέος ενώ οι αρωµατικές ενώσεις όπως του φαινυλοπροπενίου παράγονται συνήθως στο βιοσυνθετικό µονοπάτι του σικιµικού οξέος. Τα µέρη του φυτού στα οποία συγκεντρώνονται κατά κύριο λόγο τα αιθέρια έλαια είναι ειδικά κύτταρα, που λειτουργούν ως φυσικοί αποθηκευτικοί χώροι για το φυτόκαιονοµάζονταιελαιογόνοιαδένες. Εξαίρεση αποτελεί το άρωµα του ρόδου (Rosa spp.) ή και του γιασεµιού (Jasminumsambac), όπου τα λουλούδια τους παράγουν και άµεσα απελευθερώνουν τα πτητικά συστατικά από τα πέταλα τους. Στην περίπτωση αυτή απαιτούνται ιδιαίτερες τεχνικές για την παραλαβή των πτητικών συστατικών. Οι οικογένειες των φυτών που κυρίως περιέχουν αιθέρια έλαια είναι Apiaceae (Umbelliferae), Asteraceae (Compositae), Lαmiaceae (Labiateae), Lauraceae, Myrtaceae, Pinaceae και Rutaceae. Ιστορία & Πηγές Αιθερίων Ελαίων

3 Ιστορία & Πηγές Αιθερίων Ελαίων Ιστορία & Πηγές Αιθερίων Ελαίων Οι αρχαίοι Έλληνες και οι Ρωµαίοι: χρήση αρωµατικών φυτών σαν αρτύµατα και για τον αρωµατισµό του κρασιού. Η εµπορία των αιθερίων ελαίων ξεκίνησε από την Ασία, πριν από χρόνια, από τους Κινέζους και συνεχίστηκε από τους Άραβες οι οποίοιτοµετέφερανστηνευρώπη. Η µέθοδος της απόσταξης για την παραγωγή και αποµόνωση των αιθερίων ελαίων, εφαρµόστηκε για πρώτη φορά από ανατολικούς λαούς και ιδίως από τους Ινδούς, Πέρσες και Αιγυπτίους. Το πρώτο αιθέριο έλαιο, που αποστάχθηκε µε πρωτόγονο τρόπο, ήταν το τερεβινθέλιο που βγαίνει από το ρετσίνι των κωνοφόρων δένδρων. Για να εξάγουν τα αιθέρια έλαια από τα άνθη, τα φύλλα και τις ρίζες, τοποθετούσαν τα φυτικά αυτά τµήµατα µέσα σε δοχεία, που περιείχαν λίπος εκλεκτής ποιότητας και τα άφηναν στον ήλιο για κάποιο χρονικό διάστηµα. Με την αφαίρεση του λίπους, το προϊόν που παρέµενε ήταν µια αρωµατική αλοιφή.

4 Ιστορία & Πηγές Αιθερίων Ελαίων Ιστορία & Πηγές Αιθερίων Ελαίων Η πρώτη λεπτοµερής περιγραφή απόσταξης αιθερίων ελαίων, ανήκει στον Καταλανό γιατρό Arnald de Villanova ( ). Η απόσταξη σαν µέθοδος παραλαβής του αιθερίου ελαίου από τα φυτά, µε τη βοήθεια της θερµότητας, πραγµατοποιήθηκε από τον Ελβετό Bombastus Paracalsus von Honhehheim ( ). Μέχρι τον 18ο αιώνα αρκετοί ερευνητές, κυρίως φαρµακοποιοί, ασχολήθηκαν και περιέγραψαν τις µεθόδους παραλαβής και την φύσητωναιθερίωνελαίων. Ο 18ος αιώνας µπορεί να χαρακτηριστεί ως ο αιώνας των Άγγλων βοτανολόγων.

5 Ιστορία & Πηγές Αιθερίων Ελαίων Τα αιθέρια έλαια χρησιµοποιούνταν κυρίως στην αρωµατοποιία αλλά και στην ιατρική. Ήταν ήδη διαδεδοµένη η χρήση τους για την αντιµετώπιση µιας µεγάλης ποικιλίας σωµατικών και ψυχικών δυσαρµονιών, τόσο από τους βοτανολόγους όσο και από τους γιατρούς, πουδιατηρήθηκεµέχριτατέλητου 19ουαιώνα. Ιστορία & Πηγές Αιθερίων Ελαίων Συνήθως χρησιµοποιούνταν αρωµατικά φυτά για θεραπευτικούς σκοπούς και τα πιο διαδεδοµένα ήταν το χαµοµήλι, η κανέλλα, το θυµάρι, το δενδρολίβανο, η δάφνη, ο µάραθος κ.α. Μέχρι το 1940 ο κύριος ρόλος των αιθερίων ελαίων ήταν στο να αρωµατίζουν τα σύνθετα (χηµικά φάρµακα), τα οποία είχαν αντικαταστήσει τα παραδοσιακά βότανα.

6 Παραγωγή & Χηµεία Αιθέριων Ελαίων - Φυσικές Ιδιότητες Τα αιθέρια έλαια βρίσκονται σε υγρή µορφή, σε θερµοκρασία περιβάλλοντος, αλλά γίνονται πτητικά σε θερµοκρασίες βρασµού (µεταξύ ο C). Λόγω της πτητικότητας τους έχουν χαρακτηριστικό άρωµα. Η πλειονότητα των αιθερίων ελαίων είναι σχεδόν άχρωµα και έχουν υψηλό δείκτη διάθλασης, µε εξαίρεση το αιθέριοέλαιοτηςαρτεµισίας. Είναι διαλυτά στους περισσότερους οργανικούς διαλύτες αλλά έχουν πολύ µικρή διαλυτότητα στο νερό. Επίσης έχουν χαµηλότερη πυκνότητα από το νερό γεγονός που επιτρέπει το διαχωρισµό τους κατά την υδροαπόσταξη, µε εξαίρεση τα αιθέρια έλαια της κανέλας, του γαρύφαλλου κ.α. Παραγωγή & Χηµεία Αιθέριων Ελαίων -Ταξινόµηση Η σύσταση των αιθερίων ελαίων αρωµατικών φυτών (χηµειότυπος) σχετίζεται µε το περιβάλλον στο οποίο φύονται τα φυτά και συνδέεται συνήθως µε κάποιο µορφολογικό χαρακτηριστικό. Είναι δυνατό η ποιοτική και ποσοτική σύσταση του αιθέριου ελαίου ενός φυτικού είδους να είναι τόσο χαρακτηριστική που να χρησιµοποιηθεί γιαταξινόµησητόσοωςπροςτοείδοςόσοκαιπροςτουποείδος. Χαρακτηριστικό παράδειγµα διάκρισης υποείδους µέσω του αιθερίου ελαίου είναι η περίπτωση της ρίγανης (Origanum vulgare) που χωρίζεται σε τρία υποείδη ssp. hirtum, ssp.vulgare, ssp.viridulum. Εκ των οποίων το πρώτο (Origanum vulgare ssp. hirtum) είναι γνωστό ως ελληνική ρίγανη και έχει µεγάλη εµπορική αξία λόγω της περιεκτικότητας σε καρβακρόλη (σε ορισµένες περιπτώσεις φτάνει µέχρι το 80%, µεγαλύτερη τιµή που έχει αναφερθεί σε αιθέρια έλαια) που δίνει το χαρακτηριστικό άρωµα.

7 Παραγωγή & Χηµεία Αιθέριων Ελαίων -Ταξινόµηση Τα αιθέρια έλαια χαρακτηρίζονται από ευρεία χηµική ποικιλότητα. Συγκεκριµένα, περιέχουν πτητικά συστατικά κατά 85-99%, τα οποία είναι ένα µίγµα από τερπενικές, τερπενοειδείς και άλλες αρωµατικές και αλειφατικές ενώσεις. Τα τερπένια έχουν ως βάση µία αλυσίδα πενταµελούς άνθρακα (C5), το ισοπρένιο και χωρίζονται σε µονοτερπένια (ΜΤ) (C10) καισεσκιτερπένια (C15) καιδιτερπένια (C20). Παραγωγή & Χηµεία Αιθέριων Ελαίων -Ταξινόµηση

8 Παραγωγή & Χηµεία Αιθέριων Ελαίων -Ταξινόµηση Τα ΜΤ είναι τα πιο συνηθισµένα συστατικά των αιθέριων ελαίων και ορισµένες φορές συνεισφέρουν έως και 90% στη συνολική σύσταση τους. Τα ΜΤ µπορούν να χωριστούν στις υποκατηγορίες ΜΤ υδρογονάνθρακες, MT αλκοόλες, MT κετόνες κ.α. Γνωστά αιθέρια έλαια που ανήκουν στην κατηγορία των ΜΤ υδρογονανθράκων είναι το πινένιο και το λιµονένιο που βρίσκονται σε µεγάλες συγκεντρώσεις στην οικογένεια των κωνοφόρων και στην οικογένεια των εσπεριδοειδών, στις MT αλκοόλες ανήκουν η γερανιόλη, η λιναλόλη και η βορνεόλη, ενώ χαρακτηριστικά παραδείγµαταμτκετονώνείναιηκαµφοράκαιηθουγιόνη. Τα σεσκιτερπένια απαντώνται κυρίως στις οικογένιες Zingiberaceae και Asteraceae. Παράδειγµα σεσκιτερπενίου είναι το β - εποξείδιο του καρυοφυλλενίου που βρίσκεται στο αιθέριο έλαιο του γαρύφαλλουκαιτουφασκόµηλου. Παραγωγή & Χηµεία Αιθέριων Ελαίων -Ταξινόµηση Υπάρχουν πάνω από µονοτερπένια και πιθανόν σεσκιτερπένια που έχουν προσδιοριστεί µέχρι στιγµής. Τέλος, σε µικρότερο ποσοστό στα αιθέρια έλαια συµµετέχουν οι αρωµατικές ενώσειςτηςοµάδαςτουφαινυλοπροπανίου. Τυπικά µέλη αυτής της οµάδας είναι οι κουµαρίνες στις οποίες ανήκουν οι ενώσεις ανηθόλη ή εστραγκόλ που βρίσκονται στην οικογένεια Apiaceae και Rutaceae. Άλλες τυπικές αρωµατικές είναι η ευγενόλη και η βανιλίνη.

9 Παραγωγή & Χηµεία Αιθέριων Ελαίων -Ταξινόµηση Παραγωγή & Χηµεία Αιθέριων Ελαίων -Ταξινόµηση

10 Παραγωγή & Χηµεία Αιθέριων Ελαίων -Ταξινόµηση Η χηµική ταυτότητα των αρωµατικών φυτών αυτοφυών ή καλλιεργούµενων προσδιορίζεται από : την ποσότητα του αιθερίου ελαίου που παράγουν (απόδοση σε αιθέριο έλαιο : ml/100gr ξηρού ή νωπού βάρους φυτού) από την ποιοτική και ποσοτική σύσταση αιθερίων ελαίων (δηλαδή το είδος των ενώσεων που συνιστούν το αιθέριο έλαιο και την εκατοστιαία συµµετοχή τους). Παραγωγή & Χηµεία Αιθέριων Ελαίων -Ταξινόµηση Και οι δύο παράµετροι ποικίλουν τόσο στα αυτοφυή όσο και στα καλλιεργούµενα αρωµατικά φυτά ως προς : τα διαφορετικά τµήµατα των φυτών που παράγουν αιθέριο έλαιο. Συνήθως τα άνθη και τα φύλλα παράγουν τις µεγαλύτερες ποσότητες ενώ οι βλαστοί τη µικρότερη. την εποχή συλλογής (εποχική ποικιλότητα). Όσο αφορά στην ποσότητα, κυρίως συνδέεται µε τη φάση ανάπτυξης του φυτού, πχ το φασκόµηλο παράγει διπλάσια ποσότητα αιθέριου ελαίου κατά το καλοκαίρι από την άνοιξη που είναι η εποχή ανθοφορίας του. Αλλά και η σύστασή τους διαφοροποιείται κατά τη διάρκεια του έτους. τη γεωγραφική κλιµατική ποικιλότητα. Μεγάλος βαθµός ποικιλότητας έχει καταγραφεί στους αυτοφυείς πληθυσµούς των αρωµατικών φυτώνανάλογαµετηνπεριοχήεξάπλωσήςτους.

11 Παραγωγή & Χηµεία Αιθέριων Ελαίων Μέθοδοι Παραλαβής Τα αιθέρια έλαια παραλαµβάνονται µε απόσταξη και εκχύλιση Απόσταξη (Distillation) Απλή, οικονοµική και ευρέως χρησιµοποιούµενη µέθοδος παραλαβής των αιθερίων ελαίων. Με την απόσταξη παραλαµβάνεται το αιθέριο έλαιο και η υδατική φάση που είναι εµπλουτισµένη µε το φυτικό άρωµα. Εκχύλιση (Extraction) Προτιµάται όταν η απόσταξη προκαλεί αλλοιώσεις σε ορισµένα συστατικά ή τη διάσπαση ορισµένων χηµικών οµάδων των συστατικών, µε αποτέλεσµα το αιθέριο έλαιο να παραλαµβάνεται µε υποδεέστερα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά. Η απόσταξη ανάλογα µε τον τρόπο που γίνεται διακρίνεται σε: Υδροαπόσταξη (water distillation) Απόσταξη µε νερό και υδρατµούς (water & steam distillation) Απόσταξη µε υδρατµούς (steam distillation)

12 Υδροαπόσταξη (water distillation) Το φυτικό υλικό φορτώνεται στον άµβυκα όπου υπάρχει νερό και θερµαίνεται. Ιδιαίτερο χαρακτηριστικό: το φυτικό υλικό βρίσκεται σε άµεση επαφή µετονερόπουβράζει. Το υλικό ανάλογα µε το ειδικό του βάρος ή επιπλέει ή βρίσκεται βυθισµένο στο νερό. Έτσι η µέθοδος αυτή εφαρµόζεται σε υλικά όπως τρίµµατα αµυγδάλων, ροδοπέταλα, άνθη πορτοκαλιάς. Άλλα υλικά που σχηµατίζουν συµπαγείς µάζες δεν µπορούν να αποσταχθούν διότι δεν µπορεί να διεισδύσει ο ατµός. Υδροαπόσταξη

13 Υδροαπόσταξη Σηµεία που πρέπει να δοθεί προσοχή: Η σωστή πλήρωση του άµβυκα Η ταχύτητα της απόσταξης Να αποφεύγεται υπερθέρµανση του φυτικού υλικού Ο άµβυκας που χρησιµοποιείται προτιµάται να είναι µικρού ύψους και µεγάλης διαµέτρου ώστε να παρέχει µεγάλη επιφάνεια εξατµίσεως Πλεονέκτηµα της µεθόδου: Απλή, οικονοµική, χρησιµοποιείται εύκολα. Μειονέκτηµα της µεθόδου: Μεγαλύτερος χρόνος απόσταξης Απόσταξη µε νερό και υδρατµούς (water & steam distillation) Τονερόδενέρχεταισεάµεσηεπαφήµετοφυτικόυλικό. Το φυτικό υλικό τοποθετείται σε πλέγµα που βρίσκεται λίγο πιο ψηλά από την επιφάνεια του νερού. Η απόσταξη πραγµατοποιείται µε τους ατµούς του νερού, γεγονός που αποτελεί και το πλεονέκτηµα της µεθόδου. Οατµόςπουδιέρχεταιαπότοφυτικόυλικόείναικορεσµένος (σευγρασία) και χαµηλής πίεσης. Έτσι, δεν είναι ποτέ υπερθερµασµένος και το φυτικό υλικόδενέρχεταιποτέσεεπαφήµετονερόπουβράζει. Μειονέκτηµα: σχετικά µεγάλη διάρκεια απόσταξης και µικρότερη απόδοση σεαιθέριοέλαιοσεσχέσηµετηµέθοδοµευδρατµούς.

14 Απόσταξη µε νερό και υδρατµούς Απόσταξη µε υδρατµούς (steam distillation) Ο κατεξοχήν εφαρµοζόµενος τρόπος παραγωγής αιθερίων ελαίων στη βιοµηχανία. Χρησιµοποιούνται άµβυκες 2-3 τόνων (φυτικού υλικού). εν εισάγεται καθόλου νερό στον άµβυκα. Εισάγεται ατµός, που παράγεται από ατµογεννήτρια. ιοχετεύεται υπό πίεση µεγαλύτερης της ατµοσφαιρικής. Η διοχέτευση γίνεται µέσω σωλήνωσης, από τον πυθµένα του άµβυκα, που φέρει πολλές οπές για να κατανέµεται οµοιόµορφα στο φυτικό υλικό, το οποίο συγκρατείται από µεταλλικό πλέγµα λίγο πιο πάνω από τον πυθµένα Η πίεση του ατµού, ρυθµίζεται κατάλληλα σε κάθε απόσταξη, ανάλογα µε το φυτικό υλικό.

15 Απόσταξη µε υδρατµούς Απόσταξη µε υδρατµούς

16 Απόσταξη µε υδρατµούς Πλεονέκτηµα της µεθόδου: Σε σχέση µε τις δύο άλλες µεθόδους, το λαµβανόµενο αιθέριο έλαιο είναι καλύτερης ποιότητας και µε µεγαλύτερη σχετικά απόδοση. Μειονέκτηµατηςµεθόδου: Μεγαλύτερη δυσκολία εγκατάστασης και µετακίνησής του.

17 Πλεονεκτήµατα και µειονεκτήµατα των παραπάνω µεθόδων Απόσταξη µε νερό ή νερό και υδρατµούς Για µικρής κλίµακας αποστάξεις ή για κινητά αποστακτικά συγκροτήµατα. Απλούστερη κατασκευή του εξοπλισµού Αποτέλεσµα: καλή απόδοση και καλής ποιότητας αιθέριο έλαιο Μπορούνναεφαρµοστούνκατευθείανστοναγρό. Η απόσταξη µε νερό είναι πιο κατάλληλη για άνθη και γενικά για λεπτοκονιοποιηµένο υλικό ενώ αντενδείκνυται για υλικά µε υψηλού σηµείου ζέσεως ή υδατοδιαλυτά συστατικά. Πλεονεκτήµατα και µειονεκτήµατα των παραπάνω µεθόδων Απόσταξη µε νερό ή νερό και υδρατµούς Στην απόσταξη µε νερό το φυτικό υλικό πρέπει να καλύπτεται πλήρως από το νερό. Στην απόσταξη µε νερό και υδρατµούς πρέπει να στοιβαχτεί έτσι ώστε να µην δηµιουργούνται «κανάλια ατµού» µέσα από το φυτικό υλικό, ελαττώνοντας την απόδοση σε αιθέριο έλαιο. Σε αυτές τις δύο µεθόδους η πίεση µέσα στον αποστακτήρα είναι η ατµοσφαιρική µε αποτέλεσµα και η θερµοκρασία µέσα στον άµβυκα είναιπερίπου 100 o C.

18 Πλεονεκτήµατα και µειονεκτήµατα των παραπάνω µεθόδων Απόσταξη µε υδρατµούς Για µεγάλης κλίµακας αποστάξεις και για µόνιµα αποστακτικά συγκροτήµατα. Υπό τις κατάλληλες συνθήκες, που µπορούν κάθε στιγµή να ελέγχονται, η ποιότητα, η απόδοση και ο ρυθµός παραλαβής του αιθερίου ελαίου είναι ανώτερα σε σχέση µε τις προηγούµενες µεθόδους. Πλεονεκτήµατα και µειονεκτήµατα των παραπάνω µεθόδων Απόσταξη µε υδρατµούς

19 Πλεονεκτήµατα και µειονεκτήµατα των παραπάνω µεθόδων Απόσταξη µε υδρατµούς Η θερµοκρασία ελέγχεται, οπότε µπορούν να αποστάζονται εύκολα στην ίδια µονάδα φυτικά υλικά µε αιθέρια έλαια υψηλού ή χαµηλού σηµείου ζέσεως. Ενδείκνυται για υλικά µε υψηλού σηµείου ζέσεως ή υδατοδιαλυτά συστατικά και ειδικότερα για καρπούς ρίζες και ξυλώδη υλικά. Προσοχή και εδώ: καλή στοίβαξη του υλικού στον άµβυκα για να µη δηµιουργούνται «κανάλια ατµού» µε αποτέλεσµα τη µειωµένη απόδοση σε αιθέριο έλαιο. Στην απόσταξη µε υδρατµούς η θερµοκρασία και η πίεση µπορεί να µεταβάλλεται ανάλογα µε το είδος του φυτικού υλικού που αποστάζει. Εκχύλιση Η µέθοδος έγκειται στη διαβροχή του φυτικού υλικού, µε τα κατάλληλα εκχυλιστικά µέσα (διαλύτες και άλλα). Από το εκχυλισµένο υλικό, το αιθέριο έλαιο επανακτάται µε διάφορους τρόπους συµβατούς µε τη φύση και τη σταθερότητα των εµπεριεχόµενων συστατικών και αποτελεί την «κονκρέτα» Γιατηνεκχύλισηχρησιµοποιούνται: α) οργανικός διαλύτης αρκετά πτητικός (πετρελαϊκός αιθέρας) ο οποίος στη συνέχεια αποµακρύνεται β) έλαιο ή λίπος, όπου η επανάκτηση γίνεται µε εκπλύσεις του εκχυλίσµατος µε αιθανόλη.

20 Εκχύλιση µε διαλύτες Ο διαλύτης εισέρχεται στους ιστούς του φυτικού υλικού και παραλαµβάνει τα πτητικά συστατικά του φυσικού αρώµατός του. Επίσης παραλαµβάνονται κηροί και χρωστικές ουσίες. Το εκχύλισµα διοχετεύεται σε εξατµιστήρα και συµπυκνώνεται σε χαµηλή θερµοκρασία υπό κενό. Το προϊόν που παραλαµβάνεται και περιέχει κατά κύριο λόγο το αιθέριο έλαιο, ονοµάζεται κονκρέτα. Τα εκχυλισµένα αιθέρια έλαια αντιπροσωπεύουν το πραγµατικό άρωµα του φυτικού υλικού από το οποίο προέρχονται. Εκχύλιση µε διαλύτες Σταθερό εκχυλιστικό συγκρότηµα Κυλινδρικά ψηλά δοχεία τοποθετούµενα κάθετα στο έδαφος. Στο εσωτερικό εισάγονται, κάθετα προς τον άξονα, διάτρητοι δίσκοι που φέρουν το φυτικό υλικό. Στη συνέχεια εισάγεται ο διαλύτης. Οι εγκαταστάσεις αποτελούνται από συστοιχίες τριών εκχυλιστήρων ώστε ο διαλύτης να εκχυλίζει και να εµπλουτίζεται από περισσότερο υλικό διερχόµενος από τον ένα στον άλλο εκχυλιστήρα.

21 Εκχύλιση µε διαλύτες Κινητό εκχυλιστικό συγκρότηµα Μεγάλα κυλινδρικά τύµπανα που περιστρέφονται γύρω από οριζόντιο άξονα στα οποία εισάγεται το φυτικό υλικό και ο διαλύτης. Κατά την περιστροφή εκχυλίζεται το υλικό. Οι σύγχρονοι εκχυλιστήρες είναι εφοδιασµένοι µε εσωτερικό διάτρητο οµόκεντρο κυλινδρικό τύµπανο στο οποίο τοποθετείται το φυτικό υλικό. Περιστρέφεται µόνο το εσωτερικό τύµπανο που περιέχει το φυτικό υλικό. Με την περιστροφή εµβαπτίζεται συνεχώς το υλικό στο διαλύτη που βρίσκεται στο κάτω µέρος του εκχυλιστήρα. Εκχύλιση µε κρύο λίπος (enfleurage) Πολύ παλιά µέθοδος αποµόνωσης πτητικών από φυτικά υλικά που είναι πολύ αρωµατικά και ευαίσθητα π.χ. γιασεµί. Ορισµένα άνθη (π.χ. γιασεµί) συνεχίζουν τις φυσιολογικές δραστηριότητες, παράγοντας και εκπέµποντας άρωµα, ακόµη και µετά τη συλλογή τους. Το λίπος διαθέτει µεγάλη ικανότητα να απορροφά και να συγκρατεί τα πτητικά συστατικά ενός φυτικού υλικού.

22 Εκχύλιση µε κρύο λίπος (enfleurage) Τα φρέσκα συγκοµισθέντα άνθη, στρώνονται καθηµερινά σε επιφάνειες ενός λεπτού στρώµατος λίπους που βρίσκεται πάνω σε πλάκες γυαλιού. Αφήνονται για 24 h και στη συνέχεια αφαιρούνται µε µεγάλη προσοχή, για να µην αποµακρύνεται µε τα άνθη και λίπος. Προστίθενται νέα άνθη που µόλις έχουν συλλεχθεί. Στο τέλος της διαδικασίας, το λίπος που δεν έχει ανανεωθεί, είναι κορεσµένο από τα πτητικά συστατικά. Τα πτητικά παραλαµβάνονται εκχυλίζοντας το λίπος µε αλκοόλη. Εκχύλιση µε κρύο λίπος (enfleurage)

23 Εκχύλιση µε κρύο λίπος (enfleurage) Εκχύλιση µε ζεστό λίπος (maceratio) Χρησιµοποιείται για φυτικά υλικά που σταµατούν την παραγωγή αρώµατος µετάτησυλλογήτους (π.χ. τριαντάφυλλα, άνθηπορτοκαλιάς, ακακίας, µιµόζας, βιολέτας κλπ). Τα άνθη βυθίζονται σε ζεστό λίπος σε κυλινδρικούς ανοξείδωτους εκχυλιστήρες. Στον εκχυλιστήρα εισάγεται ζεστό λίπος (80 o C) και στη συνέχεια 20 Kg άνθη πουθερµαίνονταιγιαµισήώραστους 80 o C. Η εµβροχή υπό συνεχή ανάδευση, συνεχίζεται και κατά την ψύξη. Με συνεχείς προσθήκες φυτικού υλικού (8-10 φορές) το λίπος κορένεται από τα πτητικά. Το περιεχόµενο διηθείται και το διήθηµα (pomade) επεξεργάζεται µε αλκοόλη για την παραλαβή των πτητικών.

24 Εκχύλισηµευπερκρίσιµαυγρά (CO 2 ) Ο εκχυλιστής µπορεί να υπάρχει ως στερεό, υγρό ή αέριο. Κάτωαπόειδικέςσυνθήκεςµπορείνασχηµατιστείυγρό CO 2 Τουγρό CO 2 έχειπαρόµοιαπολικότηταµετοεξάνιοκαιτοπεντάνιο. Τα πλεονεκτήµατά του έναντι των άλλων διαλυτών είναι: µπορεί εύκολα να διαχωριστεί από οποιοδήποτε συστατικό έχει εκχυλίσει (πολύ πτητικό), είναι απολύτως µη τοξικό, δεν επιβαρύνει το περιβάλλον, δεν είναι εύφλεκτο και είναι πολύ φθηνό. Το µειονέκτηµα είναι ότι η εγκατάσταση εκχυλιστήρα µε υπερκρίσιµα υγρά είναι πολύ ακριβή. Εκχύλισηµευπερκρίσιµαυγρά (CO 2 )

25 Παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη πριν την αγορά αποστακτικού συγκροτήµατος Τεχνικοί παράγοντες Ο αριθµός των αµβύκων και η χωρητικότητα του καθενός θα εξαρτηθεί από τις ποσότητες προς απόσταξη. Ο τύπος του αποστακτήρα που θα εγκατασταθεί εξαρτάται από τα διαφορετικά είδη φυτών και των φυτικών υλικών (άνθη, ολόκληρα φυτά, σπόροι) που θα αποστάζονται. Ποια είναι η πυκνότητα του κάθε φυτικού υλικού χύµα ώστε να επιτυγχάνεται η κατάλληλη στοίβαξη. Το ποσοστό της υγρασίας του φυτικού υλικού. Ποια κατά προσέγγιση η απόδοση σε αιθέριο έλαιο % κατά βάρος του φυτικού υλικού που πρόκειται να αποσταχθεί. Παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη πριν την αγορά αποστακτικού συγκροτήµατος Οικονοµικοί παράγοντες Καύσιµα για τη λειτουργία του αποστακτήρα. Κόστος ηλεκτρικής ενέργειας (περίπτωση χρήσης ατµολέβητα) Το κόστος του ειδικευµένου και ανειδίκευτου προσωπικού Το κόστος της µεταφοράς της χορτοµάζας που έχει συγκοµισθεί σε µακρινότερη απόσταση από το αποστακτήριο. Το κόστος από την εφαρµογή των ισχυόντων περιβαλλοντικών κανονισµών (περιβαλλοντική επιβάρυνση, αποσταγµένη βιοµάζα, κατανάλωση νερού).

26 Μηχανική παραλαβή Τα αιθέρια έλαια παραλαµβάνονται µε µηχανικά µέσα (πιεστήρια). Χρησιµοποιούνται στους ξηρούς καρπούς και στους φλοιούς των εσπεριδοειδών. Τα µηχανήµατα για τους ξηρούς καρπούς είναι πιεστήρια, που µοιάζουνµεαυτάπουχρησιµοποιούνταισταελαιοτριβεία. Τα µηχανήµατα για τους φλοιούς των εσπεριδοειδών, είτε ξύνουν είτε τρυπούν τους φλοιούς µε αποτέλεσµα την απελευθέρωση των αιθερίων ελαίων, που στη συνέχεια διαχωρίζονται από το στερεό υπόλειµµα. Μηχανική παραλαβή

27 Εκχύλιση µε υπερήχους (Ultrasound Assisted Extraction, USA) Στην εκχύλιση µε υπέρηχους, το δείγµα τοποθετείται µε κατάλληλο οργανικό διαλύτη σε λουτρό υπερήχων. Η διάδοση των υπερήχων χαρακτηρίζεται από ελάχιστη συχνότητα 16kHz και προκαλεί κίνηση του υγρού λόγω συµπίεσης και αραίωσης. Με την αύξηση της πίεσης επιτυγχάνονται φαινόµενα διείσδυσης και µεταφοράς, ενώ µε την αύξηση της θερµοκρασίας επιταχύνονται φαινόµενα διάχυσης και διαλυτοποίησης. Με την χρήση των υπερήχων µειώνεται ο χρόνος εκχύλισης, χρησιµοποιούνται µικρότεροι όγκοι διαλυτών και εκχυλίζονται ταυτόχρονα πολλά δείγµατα. Η εκχύλιση µε υπέρηχους εφαρµόζεται στον προσδιορισµό και παραλαβή ενώσεων που είναι θερµικά ασταθείς. Εκχύλιση µε υπερήχους (Ultrasound Assisted Extraction, USA)

28 Εκχύλιση µε µικροκύµµατα (Microwave Assisted Extraction, MAE) Με τα µικροκύµατα υπάρχει σηµαντική µείωση στο χρόνο εκχύλισης, σε σχέση µε τις κλασσικές µεθόδους (Soxhlet). Με τις συµβατικές µεθόδους η θερµότητα µεταδίδεται από την θερµαντική πλάκα στο δοχείο θέρµανσης και από εκεί στο διάλυµα. Αντίθετα µε τα µικροκύµατα η θέρµανση ξεκινάει από το δείγµα, µιας και το δοχείο δεν απορροφά τηνακτινοβολίατωνµικροκυµάτων. Η θερµότητα, που παράγεται από τα MW, είναι εξάρτηση του διαλύµατος. Αυτό συµβαίνει µιας και υπάρχουν διαλύτες που απορροφούν τα MW (π.χ µεθανόλη) και άλλοι που δεν την απορροφούν και εποµένως δεν θερµαίνονται (π.χ εξάνιο).με την ΜΑΕ υπάρχει επίσης και σηµαντική µείωση στον όγκο δείγµατος και διαλύτη, σε σχέση µε την Soxhlet, λόγω της αποδοτικότερης εκχύλισης. Εκχύλιση µε µικροκύµµατα (Microwave Assisted Extraction, MAE)

29 Εκχύλιση µε µικροκύµµατα (Microwave Assisted Extraction, MAE) Εκχύλιση µε µικροκύµµατα απουσία διαλύτη (Solvent Free Microwave Extraction, SFME) H SFME είναι µια τεχνική που συνδυάζει την ακτινοβολία των µικροκυµάτων και την ξηρήαπόσταξη. Με την τεχνική αυτή το φυτικό µέρος τοποθετείται σε δοχείο, µέσα σε φούρνο µικροκυµάτων, χωρίς την προσθήκη νερού ή κάποιου οργανικού διαλύτη. Τα µικροκύµατα αλληλεπιδρούν µε το εγκλωβισµένο (εσωτερικό) νερό, που υπάρχει στο φυτό, προκαλώνταςτηνθέρµανσήτου. Αυτό έχει σαν αποτέλεσµα τη διαστολή των κυττάρων του φυτού, τη ρήξη των αδένων των ελαιοφόρων υποδοχέων και τελικά την απελευθέρωση του αιθέριου ελαίου. Το αιθέριο έλαιο, στη συνέχεια εξατµίζεται µαζί µε το εσωτερικό νερό και παραλαµβάνεται µε την βοήθεια ψυκτήρα.

30 Παραγωγή & Χηµεία Αιθέριων Ελαίων Βιολογική ράση Κύριες θεραπευτικές ιδιότητες των αιθερίων ελαίων Αντισηπτικές, αντιβακτηριακές, αντιικές, αντιµυκητικές Επουλωτικές Αναλγητικές, αντιφλεγµονώδεις, αντιτοξικές, υπεραιµικές Χαλαρωτικές, κατασταλτικές, αντικαταθλητπικές Σπασµολυτικές, χωνευτικές, διουρητικές Ανοσοδιεγερτικές, ορµονικές Εντοµοκτόνες, απωθητικές Αποχρεµπτικές Αποσµητικές

31 Παραγωγή & Χηµεία Αιθέριων Ελαίων Βιολογική ράση Αλληλοπάθεια Σηµαντική είναι η βιολογική δράση των αιθέριων ελαίων ως αλληλοπαθητικών δραστικών ουσιών, απωθητικών ή ως προσελκυστικών στην φυτοπαθογόνο/φυτοφάγο αλληλεπίδραση. Παρατηρήθηκε ότι γύρω από αρωµατικά φυτά, όπως ένα είδος φασκόµηλου (Ελελίφασκος ο λευκόφυλλος - Salvialeucophylla Greene) και η Αρτεµισία (Αρτεµισία η καλιφορνική - Artemisia californica Less.) δε φύτρωναν ετήσια φυτά σε διάµετρο 90cm, ενώ σε απόσταση 2-6m η παρουσία τους ήταν περιορισµένη. Αναστολείς της φύτρωσης στο εγγύς περιβάλλον των φυτών (επιφάνεια εδάφους κατά τη διάρκεια θερµών περιόδων) Παραγωγή & Χηµεία Αιθέριων Ελαίων Βιολογική ράση Αλληλοπάθεια

32 Παραγωγή & Χηµεία Αιθέριων Ελαίων Βιολογική ράση Μία ακόµη δράση που έχει παρατηρηθεί αφορά στην άµυνα και στην επούλωση πληγών σε είδη κωνοφόρων δέντρων. Σε συνδυασµό µε τις ρητίνες που εκκρίνουν τα κωνοφόρα σε περίπτωση τραυµατισµού, συντελούν στην επούλωση της πληγής και εποµένως στην πρόληψη της εισόδου σε παθογόνους παράγοντες. Παραγωγή & Χηµεία Αιθέριων Ελαίων Βιολογική ράση Επιπλέον πτητικά µονοτερπένια που εκκρίνονται κατά τη διάρκεια φυτοφάγου δραστηριότητας ή δραστηριότητας εντόµων λειτουργούν ως αποτρεπτικά ή αντιβιοτικά για τα φυτά, αλλά επίσης µπορούν να δράσουν και ως οδηγός για θηρευτές (π.χ. παρασιτικές σφήκες ή και πασχαλίτσες).

33 Παραγωγή & Χηµεία Αιθέριων Ελαίων Βιολογική ράση Φυτά σε ακραία περιβάλλοντα συχνά πρέπει να αντεπεξέλθουν σε ακραίες θερµοκρασίες. Η σύνδεση µεταξύ συγκέντρωσης ισοπρενίου (τερπένιο) και θερµοαντοχής οδήγησε στην εικασία ότι αυτά τα συστατικά αυξάνουν την αντοχή στη θερµότητα αλληλεπιδρώντας µε τις µεµβράνες των φυτών. Μία παρόµοια δράση εικάζεται και για τις φυσιολογικές και φαρµακολογικές λειτουργίες στον άνθρωπο. Στη γεωπονική επιστήµη έχουν ήδη πρακτική εφαρµογή ως προαγωγοί της άνθησης, νηµατωδοκτόνα κ.α. Παρεµπόδιση της οκταπαµίνης Παραγωγή & Χηµεία Αιθέριων Ελαίων Βιολογική ράση Παρεµπόδιση της ακετυλοχοληνεστεράσης

34 Παραγωγή & Χηµεία Αιθέριων Ελαίων Βιολογική ράση Αντιµικροβιακή δράση Εφαρµογές στα τρόφιµα Κύµινο Σκόρδο Πάπρικα Παραγωγή & Χηµεία Αιθέριων Ελαίων Βιολογική ράση Αντιµικροβιακή δράση Τρόπος δράσης (mode of action)

35 Παραγωγή & Χηµεία Αιθέριων Ελαίων Βιολογική ράση Αντιοξειδωτική δράση Τρόπος δράσης (mode of action) Παραγωγή & Χηµεία Αιθέριων Ελαίων Βιολογική ράση Συνεργισµός