XXIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Химия ароматов: исследование процесса получения аромамасел методом дистилляции

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Бражникова А.Д. 1

---

1МБУ Школа №94

Ульянова Д.М. 1

---

1МБУ Школа №94

Работа в формате PDF

881.4 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

В современном мире, наполненном стрессом, люди все чаще обращаются к натуральным методам улучшения самочувствия. Одним из таких методов является ароматерапия – искусство использования эфирных масел для воздействия на физическое и эмоциональное состояние человека. Интерес к эфирным маслам и ароматерапии неуклонно растет, и это не случайно, ведь концентрированные экстракты растений обладают уникальными свойствами:

• Эфирные масла способны снимать стресс, улучшать настроение, повышать концентрацию внимания, бороться с бессонницей и даже облегчать симптомы некоторых заболеваний.

• Разнообразные ароматы эфирных масел создают уютную атмосферу в любом помещении.

• Многие эфирные масла обладают антисептическими, противовоспалительными и регенерирующими свойствами, что делает их ценными компонентами косметических средств.

Тема: «Химия ароматов: исследование процесса получения аромамасел методом дистилляции».

Актуальность темы: В связи с растущей популярностью ароматерапии, возрастает и интерес к процессу изготовления эфирных масел. В начале XX века ароматерапия и изучение других полезных свойств эфирных масел, опиравшиеся на природные средства, постепенно отошли на второй план под натиском синтетических лекарственных средств. Однако, в XXI веке наблюдается возвращение к натуральным решениям: «Назад к Природе» – девиз, отражающий современные тенденции. Мы вновь открываем для себя ценность аромамасел и их широкие возможности в медицине, быту и парфюмерной промышленности. Поэтому исследование этой темы является актуальным и практически значимым, поскольку помогает нам воссоединиться с традиционными знаниями о целебных свойствах эфирных масел. Данное исследование позволяет не только изучить химические и технологические аспекты процесса получения аромамасел, но и найти полученным продуктам области применения.

Объекты исследования:

1. Эфирные масла, произведенные в школьной лаборатории;

2. Сырье, используемое для изготовления аромамасел.

Предмет исследования: процесс выделения эфирных масел методом дистилляции, изучение состава с помощью метода тонкослойной хроматографии.

Цель работы: выделить ароматические масла из цитрусового растительного сырья в школьной лаборатории, подобрать оптимальные условия для полного и количественного выделения, а также изучить возможные области применения полученных продуктов.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Изучить литературные источники об истории, свойствах, процессах получения и применении эфирных масел.

2. Подготовить сырье из цитрусовых растений для изготовления эфирных масел. Исследование различных способов подготовки.

3. Разработать технологию производства ароматического масла и определить оптимальные условия процесса дистилляции, которые позволят получить цитрусовые эфирные масла с сохранением их полезных свойств.

4. Изучить химический состав полученные аромамасел с использованием метода тонкослойной хроматографии.

5. Найти области применения полученным цитрусовым эфирным маслам.

Гипотеза исследования: мы предполагаем, что, используя доступные в школьной лаборатории метод дистилляции и натуральное растительное сырье, можно получить высококачественные цитрусовые ароматические масла с выраженными терапевтическими и ароматическими свойствами.

Методы: теоретический анализ литературных данных, эксперимент, поисково-аналитический и сопоставительно-сравнительный методы.

Практическая значимость: исследовательская работа «Химия ароматов: исследование процесса получения аромамасел методом дистилляции» имеет практическую значимость в нескольких аспектах. Во-первых, глубокое понимание процесса дистилляции позволяет оптимизировать его параметры, чтобы получить аромамасла более высокого качества, с сохранением ценных лечебных свойств и минимизацией примесей. Во-вторых, изучение химического состава аромамасел помогает разработать более эффективные методы контроля качества, что повышает безопасность их использования. В целом, данное исследование имеет практическую значимость как для производителей и потребителей аромамасел, так и для образовательной сферы, способствуя развитию наука и повышению качества жизни.

1. Теоретическая основа исследования

1.1 Общая характеристика и состав аромамасел

Эфирное масло – это концентрированная смесь летучих ароматических веществ, полученных из различных частей растений: цветов, листьев, стеблей, корней, плодов, семян или коры [1].

Использование ароматических масел уходит корнями в глубокую древность. Уже 6000 лет назад в Египте применяли ароматические смолы и масла для религиозных обрядов, косметических целей и бальзамирования. Древние цивилизации Китая, Индии и Греции также использовали ароматические растения для лечения различных заболеваний и создания приятных ароматов. В средние века арабский ученый Авиценна внес огромный вклад в развитие методов получения и использования эфирных масел: великий ученый открыл дистилляционный аппарат, а также оставил подробные описания приемов массажа с применением масел [2].

Сегодня ароматерапия и применение эфирных масел переживают новый расцвет, становясь популярным способом улучшения самочувствия и создания атмосферы. Эфирные масла обладают разнообразными свойствами:

1. Ароматические свойства

2. Терапевтические свойства

3. Косметические свойства

4. Репеллентные свойства

Согласно литературным данным в состав ароматического масла апельсина и лимона входят [3]:

Таблица 1 – Типичный состав апельсинового и лимонного эфирных масел.

Продолжение Таблицы 1.

1.2 Изготовление ароматических масел

Существует несколько способов изготовления эфирных масел, каждый из которых имеет свои особенности и применяется в зависимости от типа сырья и желаемого результата. Основные методы изготовления эфирных масел [4]:

1. Дистилляция паром – это один из наиболее распространенных методов получения эфирных масел из растений. Сырье помещается в дистилляционный аппарат, где под действием пара происходит выделение эфирных масел. После этого пар конденсируется, и полученное масло отделяется от воды.

2. Экстракция – этот метод заключается в извлечении ароматических веществ из растений с использованием растворителя, например, спирта или глицерина. Растительное сырье вымачивается в растворителе, после чего происходит отделение экстракта от растительных остатков.

3. Холодное отжимание – данный метод используется для получения масел из цитрусовых плодов, таких как лимон, апельсин или грейпфрут. Суть метода заключается в механическом отжиме кожуры плодов, что позволяет получить ценные цитрусовые масла.

4. Мазерация – этот метод подразумевает выдерживание растительного сырья в нерастворимом масле (например, оливковом) для извлечения ароматических веществ. Процесс мазерации может занимать от нескольких дней до нескольких недель.

5. Суперкритическая экстракция – это современный метод получения эфирных масел, который основан на использовании сверхкритических жидкостей (углекислый газ) для извлечения ароматических веществ из растений. Этот метод позволяет сохранить большую часть полезных свойств растений.

Каждый из этих методов имеет свои преимущества и недостатки, и выбор оптимального способа зависит от конкретных условий производства и требований к качеству ароматического масла

2. Практическая часть

В качестве объектов для выделения эфирных масел были выбраны цитрусовые растения: апельсин и лимон. Кожура данных растений содержит большое количество эфирного масла, что позволило далее количественно выделить его методом дистилляции. Правильная подготовка сырья влияет на количественный выход эфирного масла, поэтому на начальном этапе исследования основная задача состояла в том, чтобы определить, какой способ подготовки сырья позволит обеспечить наибольший выход масла при дистилляции паром. Было подготовлено четыре варианта корок апельсина с различной предобработкой. Каждый вид подготовленного сырья далее был подвергнут процессу дистилляции, после чего определен выход полученного эфирного масла.

Таблица 2 – Способы подготовки исходного сырья.

После подготовки всех четырех видов сырья был проведен процесс дистилляцию. Каждое сырье было помещено в установку для дистилляции, представленную на рисунке 1.

Рисунок 1 – Установки для дистилляции (А, Б), извлеченное эфирное масло (В).

В емкость-колбу с апельсиновыми корками помещали 200 мл воды, после чего начинали процесс нагревания. Образующийся водяной пар, проходя через апельсиновые фрагменты, захватывает ароматические соединения, ответственные за характерный запах апельсина. Собранный пар с маслами попадал в конденсатор, где происходило его охлаждение и конденсация обратно в жидкую фазу. В результате образовывалась эмульсия (рис.1В), состоящая из апельсинового масла и воды. Ключевым аспектом данного процесса является разница в плотности: плотность апельсинового масла меньше, чем плотность воды. Это физическое свойство позволяет маслу всплывать на поверхность, что облегчает его отделение от водной фазы в делительной воронке. Таким образом, дистилляция представляет собой эффективный метод получения чистого и концентрированного апельсинового аромата. Температура и время дистилляции были стандартными для в сех проб, что позволило определить оптимальные условия для выделения аромамасла из плодов апельсина.

Также для выделения эфирного масла апельсина была проведена дистилляцию паром в пароварочной машине: на нижнем слое была налита вода, которая в ходе нагревания превращалась в пар и проходила через корки апельсинов. На верхний слой пароварочной машины была помещена вата, образующаяся эмульсия масла и воды должна была конденсироваться на ней.

Вывод: сравнив выход масла из каждого приготовленного сырья, было установлено, что измельчение исходного сырья с помощью блендера является наиболее эффективным способом подготовки цитрусового материала для получения эфирного масла. Процесс дистилляции лучше вести в специальной установке, так как в пароварочной машине апельсиновые корки сварились, и эфирное масло выделить не удалось.

Отработанная технология обработки сырья и проведения процесса дистилляции была опробована на корках лимона. Выход лимонового масла составил 5, 7 мас.%, что соответствует литературным данным о том, что в лимоны более обогащены эфирными маслами по сравнению с апельсинами.

Полученные эфирные масла (апельсиновое и лимоновое) сравнили по органолептическим свойствам с покупными аромамаслами. Выделенные в школьной лаборатории эфирные масла обладают более ярким, насыщенным и более стойким ароматом, чем купленные в магазине. Однако срок годности таких масел ограничен, так как в их составе отсутствуют специальные консерванты, продлевающие срок жизни эфирных масел.

Для изучения примерного состава выделенных эфирных масел были использованы методы хроматографии. Для начала было решено посмотреть разделение аромамасла апельсина с помощью тонкослойной хроматографии. Для проведения анализа использовали неподвижную фазу на основе силикагеля, в качестве элюента взяли смесь толуол – этилацетат (19:1), проявляли пластинки обработкой 1% раствором ванилина в серной кислоте с последующим прокаливанием. Полученная хроматограмма представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Тонкослойная хроматография эфирного масла апельсина

Как видно из данных рисунка 2, тонкослойная хроматография не позволяет эффективно разделить все компоненты анализируемого масла. Исходное пятно разделилось на три отдельных компонента, но так как расстояние между разделенными пятнами маленькое, то данная методика не может использована для определение качественного состава масла.

Далее для установления состава был выбран метод газовой хроматографии. Данный метод оказался более эффективным. Хроматограмма показана на рисунке 3.

Рисунок 3 – Хроматограмма эфирного масла апельсина, полученного методом газовой хроматографии.

Удалось установить, что пронумерованные пики принадлежат следующим веществам: 1 – α-пинен; 2 – β-пинен; 3 – лимонен; 4 – оцимен. Полученные результаты полностью соответствуют литературным данным.

На дальнейшем этапе работы мы хотели бы найти применение выделенным эфирным маслам. По нашим предположения, они могут быть использованы в кулинарии в качестве ароматизаторов, могут обладать высокими репеллентными свойствами, а также могут быть составной частью различной натуральной декоративной косметики [5].

Заключение

Проект «Химия ароматов: Исследование процесса получения аромамасел методом дистилляции» позволил нам углубиться в увлекательный мир ароматов, познакомиться с принципами и практикой получения эфирных масел из цитрусового сырья. Цитрусовые (апельсины, лимоны, мандарины) являются популярным продуктом питания на всей территории Российской Федерации, которая значительно удалена от районов их выращивания. Проблема утилизации отходов их реализации и потребления остается актуальной. Эти отходы представляют собой ценный ресурс для получения эфирного масла, однако их доступность ограничена, а время сбора непредсказуемо.

В ходе проекта мы изучили химические основы ароматерапии, разобрались в молекулярной структуре ароматических соединений и их влиянии на человеческий организм. Эксперимент с дистилляцией дал практическое представление о процессах экстракции ароматических веществ из растений. В ходе исследовательской работы было установлено, что количественный выход эфирного масла может быть достигнут при полном измельчении исходного сырья блендером.

Эксперименты подтвердили важность и эффективность дистилляции как метода получения аромамасел, подчеркнули ее простоту и доступность для самостоятельного выполнения. Кроме того, обработка сырья паром обеспечивает большую стерильность эфирного масла, чем при прессовании, что позволяет использовать его в пищевой промышленности.

В заключение, проект дал авторам работы ценный опыт и знания, которые могут быть применены в дальнейших исследованиях и экспериментах. Авторы планируют продолжить изучение эфирных масел, углубиться в свойства различных аромамасел и их практическое применение в косметологии, медицине и других областях.

Список использованных литературных источников

1. Кустова С.Д. Справочник по эфирным маслам. М., 1978. 208 с.

2. Сикорская С. В., Бельченко Е. Н. Парфюмерия без секретов. М., 1991.

3. Lemes R. S. et al. Chemical composition and antibacterial activity of essential oils from Citrus aurantifolia leaves and fruit peel against oral pathogenic bacteria //Anais da Academia Brasileira de Ciências. – 2018. – Т. 90. – №. 02. – С. 1285-1292.

4. Гуринович Л. К., Пучкова Т. В. Эфирные масла: химия, технология, анализ и применение. М.: Школа косметических химиков, 2005.

5. Демакова Е.А., Смирнова Е.В. Потребительские свойства и возможности использования апельсинового масла в производстве товаров народного потребления // Проблемы формирования рынка потребительских товаров и услуг г. Красноярска: Мат. науч.-практич. конф. Ч. II. Красноярск, 1996. С. 176.