Ćwiczenie nr

- Chemia w kosmetologii dla liceum - Surowce kosmetyczne Ćwiczenie 4
Temat: Olejki eteryczne. Otrzymywanie i charakterystyka.
Cel ćwiczenia: Poznanie metod otrzymywania olejków eterycznych z surowców roślinnych.
I. Część teoretyczna
I. 1. Zapach i substancje zapachowe
Najbardziej czułym zmysłem jest zmysł węchu. Do komórek węchowych zewsząd
docierają dziesiątki bodźców, z których świadomie rozpoznajemy niewiele z nich.
Uzasadnione jest zatem stwierdzenie, że świat zapachów otacza nas bez przerwy.
W ocenie odbierania bodźców zapachowych istotne znaczenie ma wielkość zwana
progiem wyczuwalności. Próg wyczuwalności określany też jako minimalne stężenie
wyczuwalne przez zmysł powonienia, jest to takie stężenie, przy którym zapach jest
wyczuwalny przez 50% członków grupy reprezentatywnej dla populacji.
Charakterystyczne zapachy roślin (kwiatów, liści, pędów) są związane z obecnością
lotnych olejków eterycznych. Mogą one występować w różnych częściach rośliny; często
gromadzą się w łodygach, liściach, kwiatach i nasionach. Olejki eteryczne wyodrębniane z
materiałów roślinnych stanowią zazwyczaj złożone mieszaniny różnorakich substancji
(węglowodorów, ketonów, aldehydów, alkoholi, estrów). Niektóre rośliny wytwarzają jednak
olejki eteryczne szczególnie bogate w jeden określony składnik, który warunkuje
charakterystyczny aromat przypraw takich jak np. goździki, kminek, wanilia. Najczęściej
jeden lub dwa składniki dominują w kompozycji związków chemicznych danego olejku.
Nie zawsze jednak o charakterystycznym zapachu decyduje składnik, który występuje
w przeważającej ilości. Główny składnik powszechnie znanego olejku różanego cytronellol
(stanowiący 38 % olejku) ma próg wyczuwalności 40 ppm (part per milion czyli jedna część
na milion), podczas gdy damascenon, stanowiący zaledwie 0,14 % olejku, ma próg
wyczuwalności 0,009 ppm i to on w głównej mierze decyduje o zapachu olejku (70 % udziału
w zapachu). Udział cytronellolu w zapachu określono na poziomie 4.3 %. Kolejny składnik -jonon ma również bardzo niski próg wyczuwalności – 0,007 ppm, dlatego też mimo bardzo
niskiej zawartości w olejku – ok. 0,03 % jego udział w zapachu jest określany na 20 %.
Aby cząsteczka związku chemicznego była nośnikiem zapachu, musi zawierać w
swej budowie charakterystyczne grupy funkcyjne, zwane grupami osmoforowymi.
Zasadniczo możemy wyodrębnić dwa rodzaje grup osmoforowych:
1
- Chemia w kosmetologii dla liceum - Surowce kosmetyczne 1. odpowiedzialne za powstawanie przyjemnych zapachów: należą tutaj cząsteczki
reprezentujące następujące klasy związków: węglowodory, alkohole, estry, etery, aldehydy i
ketony;
2. odpowiedzialne za powstawanie zapachów nieprzyjemnych: są to związki zawierające takie
grupy jak merkaptanowa, tioeterowa, tioformylowa, tiokarbonylowa i aminowa.
To, czy dany zapach zostanie zakwalifikowany do zapachów przyjemnych czy też
nieprzyjemnych zależy nie tylko od budowy chemicznej, rodzaju grupy osmoforowej ale
także od stężenia substancji oraz, bardzo często, od subiektywnych odczuć danej osoby. Na
rodzaj zapachu, intensywność czy jego nutę mają wpływ często niewielkie różnice w budowie
cząsteczki. Klasycznym przykładem są tutaj: geraniol i nerol, dwa izomery geometryczne 10węglowego alkoholu terpenowego, zawierającego dwa wiązania podwójne.
CH3
CH3
CH3
OH
H3C
CH3
H3C
OH
Geraniol (INCI: geraniol)
(izomer trans)
Nerol (cis Geraniol)
(izomer cis)
o zapachu różanym
o zapachu różano-pomarańczowym
Również cytronellol (3,7-dimetylookt-6-en-1-ol) i rodinol (3,7-dimetylookt-7-en-1-ol) są
izomerami 10-węglowego alkoholu terpenowego z jednym wiązaniem podwójnym.
CH3
CH3
CH3
OH
H3C
Cytronellol (INCI: citronellol)
CH3
OH
H2C
Rodinol
Obydwa alkohole są często stosowanymi składnikami kompozycji zapachowych o
zapachu kwiatowym.
I. 2. Występowanie olejków eterycznych
Olejki eteryczne to na ogół skomplikowane mieszaniny kilkudziesięciu lub nawet
kilkuset różnorodnych pod względem chemicznym związków. Za olejkowe uważa się takie
gatunki roślin, które zawierają ponad 0,01 % olejku eterycznego. Wchodzące w skład olejków
eterycznych związki są naturalnymi produktami metabolizmu roślinnego. Odznaczają się one
2
- Chemia w kosmetologii dla liceum - Surowce kosmetyczne lotnością i na ogół przyjemnym zapachem, choć mogą znacznie różnić się budową
chemiczną.
W naszym klimacie najbardziej zasobne w olejki eteryczne rośliny to przedstawiciele
następujących rodzin:
- baldaszkowatych (Umbelliferae) – np. pietruszka, koper, selery, kminek, kolendra,
lubczyk, arcydzięgiel, dzięgiel, biedrzeniec, fenku, mikołajek, jarzmianka większa i inne.
- krzyżowych (Cruciferae) - lewkonia, maciejka, miesiącznica, rukiew i kapusty.
- liliowatych (Liliaceae) - lilie, liliowce, tulipany, hiacynt wschodni, szachownica,
konwalia, zimowit, aloes i inne.
- różowatych (Rosaceae) - głóg, czeremcha, jarząb, róża, tawuła. Do rodziny
różowatych należy większość drzew i krzewów owocowych uprawianych w Polsce.
- wargowych (Labiatae) - szałwia, mięta, lawenda, majeranek i inne.
- złożonych (Compositae) - nawłoć pospolita, rumian żółty, margerytka, mlecz
zwyczajny, cykoria podróżnik, gazania ogrodowa, nagietek polny, jastrun wczesny, podbiał
pospolity i inne.
Z czego uzyskujemy najcenniejsze składniki perfum?
1 kg esencji jaśminu uzyskuje się z 2,5 ton kwiatów
1 kg esencji różanej uzyskuje się z 4 ton płatków
100 gram absolutu z irysa uzyskuje się z 40-50 ton świeżych kłączy
1 kg esencji ylang-ylang uzyskuje się z 50 kg kwiatów
1 kg absolutu z jaśminu uzyskuje się z 7-8 tysięcy kwiatów
1 litr olejku lawendowego uzyskuje się z 85-110 kg suchych kwiatów
1 kg esencji z zielonej mandarynki uzyskuje się z ok. 180 kg płatków kwiatów
1 kg absolutu z narcyza uzyskuje się z ok. 3 ton kwiatów
I. 3. Właściwości olejków eterycznych i metody wyodrębniania składników.
Gęstość większości olejków eterycznych jest mniejsza niż gęstość wody. W
temperaturze pokojowej olejki mają zwykle konsystencję płynną, oleistą, rzadziej mazistą.
W wyjątkowych przypadkach mogą się zestalać (np. olejek anyżowy). Temperatury
wrzenia mieszczą się w zakresie 150 – 300 oC. W temperaturze poniżej 0 oC mogą
wydzielać niektóre składniki w postaci stałej. W ten sposób z olejku miętowego można
otrzymać czysty mentol, z olejku kamforowego – kamforę a z anyżowego – anetol.
Zwykle są bezbarwne, ale niektóre mogą być żółte, brunatne lub zielonkawe. Składniki
3
- Chemia w kosmetologii dla liceum - Surowce kosmetyczne olejków to typowo hydrofobowe cząsteczki chemiczne, stąd ich bardzo mała
rozpuszczalność
w
wodzie,
natomiast
stosunkowo
łatwo
rozpuszczają
się
w
rozpuszczalnikach organicznych (eter, chlorek metylenu, chloroform,) tłuszczach oraz
innych olejkach eterycznych. Olejki są czynne optycznie.
Metody
otrzymywania
olejków
eterycznych
oraz
wyodrębniania
z
nich
pojedynczych składników w dużej mierze zależą zarówno od właściwości surowca
(świeży, wysuszony), części rośliny poddawanej przeróbce (twarda kora, pień czy miękkie
skórki, liście, pędy)
jak też od trwałości składników, ich odporności na wysoką
temperaturę itp. Do metod stosowanych obecnie należą:
Destylacja z parą wodną całych roślin lub ich części. Produktem ubocznym tej metody
są hydrolaty, które zawierają rozpuszczalne w wodzie części składowe rośliny i ok. 0,51% olejku eterycznego.
Tłoczenie na zimno (np. ze skórek owoców cytrusowych), poprzez które otrzymuje się
nie tylko olejek eteryczny, ale i zawarte w skórce woski. Tego typu olejki nazywane są
esencjami. Zaletą tej metody jest otrzymanie produktu bez domieszek jakichkolwiek
dodatkowo wprowadzonych substancji np. rozpuszczalników. Tłoczenie na zimno
wymaga użycia dużej siły nacisku. Przeznaczone do tłoczenia części rośliny umieszczane
są między dwoma płaskimi fragmentami blachy, na które wywierana jest duża siła
nacisku, dzięki temu wyciska się ciekłe składniki zawarte w skórkach.
Ekstrakcja jest metodą stosowaną często przy żywicach i kwiatach niedających się pozyskać
poprzez destylację. Żywica mieszana jest z rozpuszczalnikiem, pod wpływem ciepła
ekstrahowana i filtrowana. Otrzymana mieszanina jest destylowana w celu usunięcia
rozpuszczalnika (śladowe jego ilości mogą jednak pozostać). Powstała substancja nazywa się
resinoid.
Podobnie postępuje się przy kwiatach, wynikiem czego jest barwna, pachnąca pasta zwana
concréte. Następnie concréte mieszana jest z alkoholem, ogrzewana i filtrowana. Poprzez
drugą destylację zostaje usunięty alkohol, otrzymany produkt to absolut.
Olejki otrzymuje się także w postaci tzw. wyciągów. Są to ekstrakty, w których
pozostawiono cały lub większość rozpuszczalnika użytego do ekstrakcji. Dotyczy to
przede wszystkim ekstraktów wodnych, alkoholowo-wodnych lub alkoholowych,
glicerynowych, glikolowych lub olejowych.
4
- Chemia w kosmetologii dla liceum - Surowce kosmetyczne Enfleurage to metoda, która jest najbardziej pracochłonną metodą pozyskiwania olejku
eterycznego. Płyty szklane pokryte cienko tłuszczem (tłuszcz wieprzowy lub wołowy)
wykłada się kwiatami. Po ok. 12 godzinach kwiaty zostają usunięte, a ich miejsce
zastępują nowe, świeże. Ta czynność powtarzana jest do 36 razy. Następnie z owej
pomady, poprzez użycie alkoholu, zostają uwolnione substancje aromatyczne. W
końcowej fazie alkohol jest odparowywany. Tego typu olejek robiony jest ręcznie, dlatego
też jego produkcja jest bardzo droga (w obecnych czasach praktykowana zwłaszcza w
krajach dalekiego wschodu).
I.4. Trwałość i zastosowanie olejków aromatycznych.
Przechowywanie i trwałość olejków
 Olejki eteryczne są bardzo wrażliwe na ciepło i światło, dlatego też powinny być
przechowywane w szklanych buteleczkach, które nie będą przepuszczać światła
(brązowe, fioletowe, niebieskie, czarne, mleczne) i w temperaturze 15-22 stopni C.
 Najmniej trwałymi olejkami są olejki cytrusowe, które można przechowywać między
12-18 miesięcy, a przedłużyć nieco ich ważność poprzez trzymanie w chłodnym
miejscu (np. lodówka). Olejki drzewne, żywiczne i korzenne są najtrwalsze, są trwałe
3-4 lata, zaś pozostałe około 2 lat.
 Kolejną ważną sprawą jest szczelność, olejki bardzo szybko ulatniają się, po czym
mogą zmienić zapach, dlatego też opakowanie musi być szczelnie zamknięte. Olejki,
które z biegiem czasu stały się mętne (mleczne) nie nadają się już do użycia.
Olejki eteryczne są szeroko wykorzystywane w przemyśle kosmetycznym, spożywczym,
farmaceutycznym i innych. Wiele olejków charakteryzuje się działaniem bakteriobójczym,
bakteriostatycznym,
antydepresyjnym,
stymulującym
trawienie,
znieczulającym,
uspokajającym, pobudzającym, ułatwiającym oddychanie, łagodzącym depresje itp. Z uwagi
na wysoki koszt pozyskiwania niektórych olejków obecnie w wielu wyrobach i to zarówno
tych powszechnych jak i luksusowych często stosuje się syntetyczne zamienniki. Niektórych
składników olejków eterycznych w ogóle nie można wyodrębnić, np. nie ma skutecznej
metody pozyskiwania pięknie pachnących olejków konwaliowych, stąd w wielu wyrobach
charakteryzujących się konwaliowym zapachem stosowane składniki są całkowicie
syntetyczne.
5
- Chemia w kosmetologii dla liceum - Surowce kosmetyczne II. Część doświadczalna
Sprzęt:
Odczynniki:
Ilość
Nazwa
Skórki pomarańczy, cytryny lub
mandarynki
Susz roślinny (np. suszona
lawenda)
Świeże części np. mięty, szałwii
itp.
Olejki handlowe
Chlorek metylenu
Alkohol etylowy
Nazwa
Ilość
-
Moździerz porcelanowy
3 szt.
-
Probówki
5 szt.
Zlewki 25 cm3
3 szt.
Pipety Pasteura
3 szt.
Tarka jarzynowa
1 szt.
Po 10–20
kropli
10 cm3
10 cm3
Wykonanie ćwiczeń
Ćwiczenie 1 Pędy suszonej lawendy poddać badaniom organoleptycznym. Rozetrzeć
pęd i sprawdzić jego zapach. Sporządzić wyciąg wodny i alkoholowy z lawendy. W tym celu
w dwóch wąskich i wysokich zlewkach umieścić rozdrobnione pędy lawendy. Do jednej
zlewki dodać ciepłej wody (nie gorącej), do drugiej - alkoholu etylowego. Zawartość obu
zlewek pozostawić na co najmniej godzinę co jakiś czas mieszając bagietką. Następnie
zdekantować wyciągi do dwóch małych zlewek. Sprawdzić, czy w obu wyciągach
wyczuwalny jest zapach lawendy.
Ćwiczenie 2 W moździerzu umieścić rozdrobnione, np. na tarce jarzynowej lub
posiekane, skórki owoców cytrusowych (pomarańczy lub cytryny). Za pomocą „młotka”
wycisnąć zawarte w skórce substancje płynne dodając porcjami ok. 7-8 cm3 chlorku
metylenu. Zawartość moździerza przenieść na szklany lejek wyłożony gazą i odsączyć ciecz
do małej parowniczki, wyciskając lekko gazę. Zawartość parowniczki delikatnie odparować
uważając, aby nie przegrzać. Parowniczkę odstawić do ochłodzenia. Scharakteryzować
otrzymany produkt: barwę, zapach i jego intensywność, mieszanie się z wodą i alkoholem.
Ćwiczenie 3 W moździerzu umieścić rozdrobnione listki i pędy świeżej mięty.
Rozetrzeć, dodając 5-6 cm3 alkoholu etylowego. Następnie na lejku wyłożonym gazą
6
- Chemia w kosmetologii dla liceum - Surowce kosmetyczne odsączyć ciecz od stałych pozostałości. Scharakteryzować otrzymany ekstrakt podając jego
barwę, zapach, mieszanie się z wodą.
Ćwiczenie 4. Scharakteryzować komercyjne olejki eteryczne dostępne w ćwiczeniu.
Sprawdzić mieszanie się ich z wodą. Określić ich zapach w stosunku do produktów
otrzymanych w ćwiczeniu 1 i 3.
III. Sprawozdanie
Scharakteryzować otrzymane produkty. Zwrócić uwagę na postać, barwę, zapach,
rozpuszczalność w wodzie i rozpuszczalnikach organicznych.
Wyszukać w literaturze i/lub Internecie i podać główne składniki badanych olejków
eterycznych. Podać główne właściwości tych składników (np. poprzez Karty Charakterystyki)
wzór chemiczny, czynność optyczna, temperatura topnienia, wrzenia, zapłonu). Podać w
sprawozdaniu źródła pochodzenia informacji.
IV. Wymagania teoretyczne
Ogólna charakterystyka substancji zapachowych. Grupy osmoforowe. Surowce dla
pozyskiwania olejków eterycznych. Występowanie i izolacja olejków eterycznych. Skład
chemiczny olejków eterycznych. Zastosowanie olejków eterycznych. Syntetyczne substancje
zapachowe. Teoretyczne podstawy ekstrakcji: prawo podziału, współczynnik podziału.
Rodzaje destylacji. Destylacja z parą wodną – aparatura, technika pracy i zastosowanie.
V. Utylizacja
Po zakończeniu ćwiczenia roztwory zawierające chlorek metylenu zlać do pojemnika
oznaczonego literą F. Pozostałe roztwory rozcieńczyć wodą i wylać do kanalizacji. Resztki
stałe wyrzucić do pojemnika na odpady komunalne.
VI. Zalecana literatura
1. W. Malinka, Zarys chemii kosmetycznej, Volumed, Wrocław, 1999.
2. M. Dziankowski, Chemia surowców kosmetycznych, Zakład Wydawnictw CZSP,
Warszawa 1975.
3. A. Marzec, Chemia kosmetyków – surowce, półprodukty, preparatyka wyrobów, Dom
organizatora, Toruń 2001.
4. R. Glinka, Receptura kosmetyczna, Oficyna Wydawnicza MA, Łódź 2003.
5. R. Glinka, W. Brud, Technologia kosmetyków, Oficyna Wydawnicza MA, Łódź 2003.
7
- Chemia w kosmetologii dla liceum - Surowce kosmetyczne 6. A. Jabłońska – Trypuć, R. Czerpak, Surowce kosmetyczne i ich składniki, Wyższa Szkoła
Kosmetologii i Ochrony Zdrowia w Białymstoku, Białystok 2007.
7. W. Brud, I. Konopacka-Brud, Pachnąca apteka. Tajemnice aromaterapii, Oficyna
Wydawnicza, Łódź 2008.
8. K. Jędrzejczak, B. Kowalczyk, B. Balcer, Rośliny kosmetyczne, Śląska Akademia
Medyczna, Katowice 2006.
VII. Opracowanie ćwiczenia i instrukcji: Danuta Kroczewska (grudzień 2008)
8