1.4.2. Технологія отримання ефірних олій


Повернутися на початок книги
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 
15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 
30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 
45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 
60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 
75 76 77 78 79 80 81 82 83 

Загрузка...

Залежно від походження рослинної сировини та властивос-тей ефірних олій їх вилучають методом, за якого можна отрима-ти найбільший вихід продукції високої якості.

Існують такі способи одержання ефірних олій:

Технологія парфумерно-косметичних продуктів

—        відгонка з водяною парою;

—        механічний, з використанням пресів різної конструкції, ін-ших пристроїв та машин;

—        вилучення ефірних олій леткими (екстракція), або нелетки-ми розчинниками (мацерація);

—        поглинання ефірних олій тваринними жирами та рослинни-ми оліями (анфлераж), а також деякими іншими рідкими й твердими сорбентами (сорбція).

Використання того чи іншого способу залежить від морфо-лого-анатомічних особливостей сировини, кількості та складу ефірної олії та інших складових.

Кількість ефірної олії в сировині коливається в досить широ-ких межах: у квіткових бруньках гвоздики — 2,3 %, а в квітках фіалки — близько 0,004 %. До того ж ефірні олії — нестійкі сполу-ки, при нагріванні з ними відбуваються різні хімічні перетворен-ня. Розглянемо методи отримання деяких ефірних олій найбільш поширених в Україні.

Перегонка з водяною парою

Перегонка з водяною парою — найстародавніший і досі один з найбільш розповсюджених способів одержання ефірних олій. Використовують у всіх випадках, коли сировина містить порівня-но багато ефірної олії і коли температура перегонки (близько 100 °С) не впливає на якість ефірної олії.

Температура кипіння окремих компонентів ефірних олій ко-ливається в межах 150–350 °С. Наприклад, пінен кипить при 160 °С, лімонен — при 177 °С, гераніол — при 229 °С, тимол — при 233 °С і т.д. Але всі ці речовини за наявності водяної пари переганяються при температурі нижчій ніж 100 °С.

Теоретичні основи процесу перегонки водяною парою вип-ливають із закону Дальтона про парціальні тиски, згідно з яким суміш рідин (взаємно нерозчинних і хімічно один на одного не діючих) закипає тоді, коли сума парціальних тисків їх пари дося-гає атмосферного тиску.

За законом Дальтона, загальний тиск суміші дорівнює сумі пар-ціального тиску компонентів. В результаті тиск пари суміші дося-гає атмосферного тиску ще до кипіння води. Наприклад, суміш скипидару і води при атмосферному тиску буде переганятися при 95,5 °С, тоді як пінен — основний компонент скипидару — ки-пить при 160 °С.

Перегонку з водяною парою здійснюють у перегонних кубах або в безперервно діючих перегонних апаратах.

Перегонка (дистиляція) — це процес, який складається із пе-ретворення рідини або суміші рідин на пару в одному апараті та конденсації цієї пари шляхом охолодження в іншому апараті.

Процес перегонки ускладнюється, якщо рідина складається з двох або більше компонентів.

Ефірні олії зазвичай малорозчинні у воді, тому перегонка ефір-ної олії з водяною парою розглядається як один із випадків пе-регонки двох взаємно нерозчинних і не діючих хімічно одна на одну рідин (хоча це і не зовсім так, оскільки ефірні олії частково розчиняються у воді і не завжди реагують з нею). Відгонка ефір-них олій при підвищеному тиску має перевагу в тому, що парці-альний тиск багатьох компонентів ефірних олій зростає з підви-щенням температури відгонки більше, ніж пружність водяної пари. Завдяки цьому при підвищенні тиску в апараті відносний вміст ефірної олії в дистиляті збільшується. При виробництві ефірної олії трапляються такі види парової відгонки:

—        відгонка ефірної олії водяною парою із сировини;

—        видалення ефірних олій, розчинених у вторинних дистиля-ційних водах шляхом дистиляції (когобації);

—        очищення ефірних олій перегонкою з водяною парою (рек-тифікація), яка здійснюється як при атмосферному, так і при зниженому тиску (вакуумі);

—        зневоднення (сушка) ефірних олій відгонкою води у вакуумі;

—        видалення з ефірних олій окремих компонентів фракцій-ною перегонкою.

На практиці частіше відгонка ефірних олій проводиться дво-ма способами: гідродистиляцією та паровою відгонкою.

При гідродистиляції джерелом водяної пари є вода, залита в апарат разом із сировиною (ефірною олією або ефіроолійною сировиною). Тривала дія киплячої води на ефірні олії призводить до погіршення їх якості, наприклад омилення ліналілацетату в ла-вандовій ефірній олії, тому цей спосіб використовують в основ-ному для перероблення квіток троянди та іншої сировини, ефір-на олія якої не реагує з водою при підвищеній температурі.

Технологія парфумерно-косметичних продуктів

У більшості випадків для відгонки ефірних олій використо-вується гостра пара, яка подається в апарат від пароутворюва-ча, цей процес називається паровою відгонкою. Сутність методу полягає в тому, що при обробленні сировини парою компоненти ефірних олій переходять у парову фазу і в суміші з парами води направляються на конденсацію, а потім — на відокремлення від води. Кількість пари, яка подається в апарат, тобто швидкість відгонки, залежить від виду ефіроолійної сировини та типу апа-рата. Тиск пари на магістралі перед пуском в апарат для більшості ефіроолійних культур має бути не менше ніж (29-49) х 104 Па. При зниженні тиску пари збільшується олійність відходів.

Конденсація пари (суміш пари води та ефірної олії) та охо-лодження дистиляту проходить у холодильнику внаслідок віддачі тепла охолоджуючому середовищу

Розділення первинної ефірної олії і дистиляту проходить у спеці-альних ємностях — відстійниках, які називаються флорентинами. Процес виділення первинної олії ґрунтується на різниці густини олії та води, на їх взаємній нерозчинності. Швидкість виділення залежить від температури середовища, конструкції та розмірів флорентмн.

Рекуперація ефірної олії з дистиляційних вод необхідна тому що дистилят частково виносить із собою ефірну олію в розчине-ному стані або у вигляді емульсій. У середньому в дистиляті міс-титься 5-6 % ефірної олії. Виняток: вміст трояндової олії в дис-тиляті — до 95 %, а базилікової — до 50 %.

Для рекуперації ефірних олій використовують метод відгонки ефірних олій з парою води — когобацію (проводять у дистиля-ційних кубах, обладнаних ректифікаційною колоною, дефлегма-тором та холодильником). Застосовують і сорбцію ефірних олій за допомогою сорбентів (при переробленні троянди).

Якість вторинної когобаційної олії може істотно відрізнятися від якості основної (первинної), що пов’язано з різною розчин-ністю компонентів ефірних олій. У багатьох випадках вони не ку-пажуються (не змішуються).

Надання ефірним оліям товарного вигляду полягає у відсто-юванні, зневодненні та фільтрації.

Ректифікація ефірних олій потрібна для очищення їх від ком-понентів з неприємним запахом і фарбуючих речовин, оскільки деякі з них мають різкий запах і більш темний колір. Вакуум-сушіння проводять у сушильних апаратах під вакуу-мом 13,30 кПа (100 мм рт. ст.) та — температури 70 °С. Вакуум-сушіння застосовують для того, щоб у висушеній масі залиша-лося не більше ніж 0,2 % вологи.

Перероблення квіток троянди гідродистиляцією

Квітки троянди забороняється зберігати на відкритих майдан-чиках, щоб запобігти втратам ефірної олії.

Технологічний процес одержання трояндової ефірної олії гідродистиляцією складається з таких операцій:

—        попередня підготовка квіток троянди перед гідродисти-ляцією (ферментація);

—        переробка квіток троянди гідродистиляцією і видалення трояндової олії із дистиляційних вод;

—        екстракція трояндової олії з активованого вугілля;

—        відгонка розчинника із місцели та одержання вторинної тро-яндової олії;

—        надання трояндовій ефірній олії товарного вигляду

Попередня підготовка троянди — ферментація дає змогу не

тільки зберегти троянду, а й підвищити її олійність.

Теплову ферментацію квіток троянди проводять в апаратах — ферментаторах 20 % розчином кухонної солі у воді.

Процес ферментації триває 2-2,5 год за температури 45-50 °С. За цей час відбувається максимальне накопичення олії. Першочергове теплове оброблення квіток троянди затримує про-цес бродіння, що дуже важливо для зберігання проферментова-ної маси перед гідродистиляцією.

За час ферментації маса відстоюється, і однорідність суміші порушується. Тому перед подачею троянди на гідродистиляцію її перемішують повторно. Після перемішування суміш квіток тро-янди і солоного розчину перекачують насосом у цех гідродисти-ляції.

Ферментовану суміш квіток троянди і розсолу завантажують в апарат періодичної дії АПР-3000 приблизно на половину його об’єму з розрахунку 500 кг квіток на 1000 л розсолу Завантаже-ний апарат герметично закривають і в його парову сорочку по-дають пару під тиском не менше як ЗхЮ5 Па. Суміш протягом 20-30 хв доводять до температури кипіння. Надходження пари

Технологія парфумерно-косметичних продуктів

регулюють так, щоб до кінця процесу відгонки олії рівень рідини в апараті становив 70–80 % початкового об’єму. Процес вва-жається завершеним після відгонки 150–180 % дистиляту від маси завантаженої троянди. Процес триває приблизно 4–4,5 год.

Дистилят, охолоджений у холодильнику до температури 28– 32 °С, надходить у герметичну флорентину для виділення первин-ної олії, яка застигає і піднімається на поверхню. Первинну олію збирають і зважують.

Для видалення розчиненої в дистиляті олії, кількість якої ста-новить 90–95 % від загальної виробки, її направляють на абсорб-цію в три послідовно з’єднані адсорбційні колони, заповнені ак-тивованим вугіллям.

Вугілля насичується в колонках трояндовою олією до 10–12 %.

Якість видалення трояндової олії із дистиляційних вод пере-віряють дією 2 % водного розчину марганцевокислого калію, який зберігає фіолетовий колір за відсутності в дистиляті трояндової олії. Ця якісна реакція досить чутлива та надійна. Через 1–2 доби вугілля передається в цех екстракції для видалення вторинної трояндової олії.

Вторинну трояндову олію видаляють із активного вугілля діе-тиловим ефіром за двома технологічними схемами.

За першою схемою екстракція вторинної трояндової олії про-водиться по накопиченню достатньої кількості насиченого вугіл-ля. Зневоднене вугілля завантажують у невеликі мішечки (ма-сою 2–3 кг), які складають в екстрактор в шаховому порядку, і заливають діетиловим ефіром до повного покриття розчинником. Тривалість першого настоювання 4–6 год, наступних — по 2 год, загальна тривалість процесу 16–18 год.

Місцела, одержана під час настоювання, піддається випаро-вуванню. Цей процес проходить у дві стадії: попереднє випаро-вування до 50–80 % концентрації трояндової олії і кінцева відгонка розчинника під вакуумом. Концентрацію місцели проводять в апаратах періодичної або безперервної дії.

Первинна трояндова олія сірого кольору містить багато води та бруду, від яких цю олію очищають нагріванням до 50–60 °С протягом 1 год. При цьому вода та бруд осідають на дно, а пер-винна олія випливає наверх, потім вона застигає і її знімають. Відстояну воду, забруднення і залишки первинної олії екстрагують

Розділ I. Парфумерне виробництво          

діетиловим ефіром. Після фільтрації ефір відганяють, а олію з’єднують з основною частиною первинної олії. Отриману при екстракції ефірну витяжку (місцелу) фільтрують, після чого ефір відганяють у вакуум-апараті при t = 60 °С і тиску (2,0-2,67)х 104 Па. Очищену первинну олію, вихід якої становить 5-10 % від за-гальної кількості олії, купажують зі вторинною олією, при якій до-сягається однорідність якісного складу олії. Загальний вихід олії 0,08-0,1 % від маси сировини. Витрата діетилового ефіру на 1 кг трояндової ефірної олії 15-25 кг, активованого вугілля 5 кг. Тро-яндову олію фасують у пляшки місткістю 0,8-1 л. Пляшки та бан-ки з трояндовою олією розміщують у банки з білої жерсті з про-кладкою з вати, лігніну або азбестового волокна і герметично закривають.

Перероблення ефіроолійної сировини методом екстракції

Екстракція має певні переваги перед паровою відгонкою ефір-них олій. Екстракційний процес проходить при більш низьких тем-пературах, тому можливість зміни хімічного складу ефірних олій різко знижується. Ефірні олії отримують 3 вищим виходом.

Метод ґрунтується на розчинності духмяних речовин рослин в органічних розчинниках або в рідкому диоксиді вуглецю. При цьому, крім ефірних олій, із сировини добувають важколеткі смо-лянисті, воскоподібні та інші речовини ліпідної природи. Цей екст-ракт називається конкретом і його запах краще передає аромат квітів у зв’язку з вилученням з нього всього комплексу духмяних речовин. Вихід конкрету більший, ніж ефірних олій.

Виробництво екстракційних ефірних олій складається з двох технологічних процесів: одержання конкретів із ефіроолійної си-ровини та вироблення абсолютних ефірних олій із конкретів.

Одержання конкретів

Цей процес включає в себе такі стадії: вилучення духмяних речовин із ефіроолійної сировини, відгонка розчинника з проек-страгованої сировини після попереднього віджиму, концентра-ція місцели шляхом відгонки частини розчинника, кінцеве випа-рювання місцели.

Технологія парфумерно-косметичних продуктів

Одержання абсолютних олій

Одержаний екстракт можна безпосередньо використовувати в парфумерії, однак частіше із конкрету одержують абсолютну олію — продукт, позбавлений баластних, нерозчинних у спирті речовин. Абсолютну олію із конкрету одержують за такою схе-мою: оброблення конкрету етиловим спиртом, охолодження і фільтрація спиртового розчину для виділення нерозчинних у спирті речовин, відгонка спирту під вакуумом з одержанням аб-солютної олії.

Технологічна система включає такі процеси:

1.         Підготовка сировини.

2.         Екстракція.

3.         Дистиляція місцели і одержання конкрету.

4.         Виділення абсолютної олії з конкрету.

Підготовка сировини полягає в її подрібнені, для чого вико-

ристовують спеціальні силосорізки або сінорізки.

Екстракцію проводять за температури 40–50 °С, при співвідно-шенні розчинника і сировини 2:1. Для цього найчастіше викори-стовують апарат колонного типу, який працює в режимі проти-току. Як розчинник використовують петролейний ефір або бензин марки А.

Екстракцію проводять так.

Сировину завантажують у колону для екстракції, в яку по-дається розчинник. При цьому конкрет переходить у розчинник, утворюється розчин — місцела, що містить 0,1–0,3 % речовин, які екстрагуються.

Розчинник із місцели відділяється в дві стадії: на першій стадії відгонка відбувається під атмосферним тиском до концентрації місцели 8–30 %; на другій стадії повне вилучення розчинника відбувається під вакуумом. Далі розчинник регенерується. Зали-шок після відгонки розчинника і є конкрет.

Конкрет у парфумерії не використовується, тому що він містить воскоподібні і смолянисті речовини. Ці речовини не роз-чиняються в етанолі і тому з конкрету не можна одержати про-зорі парфумерні рідини. Для застосування у виробництві пар-фумерних рідин з конкрету виділяють розчинені в спирті речовини (ефірні олії), які називаються абсолютною олією (аб-солют). Видалення проводять так: екстракт розчиняють в етанолі при кімнатній температурі. Розчин охолоджують і витримують для кристалізації нерозчинних у спирті речовин і потім фільтрують. Із фільтрату під вакуумом відганяють етанол, у залишку — абсо-лют. Тверді речовини, які отримані із залишку при кристалізації, використовують у косметичному виробництві та інших галузях.

Методом екстракції вилучається на 10–30 % більше ефірної олії, ніж при перегонці з водяною парою.

Екстракція диоксидом вуглецю

Перспективним методом екстракції є екстракція рідким ди-оксидом вуглецю. Цей метод все ширше застосовується в про-мисловості і тому асортимент СО2-екстрактів постійно збіль-шується.

Метод ґрунтується на тому, що при збільшені тиску до 5,8 МПа диоксид вуглецю зріджується при 20 °С і тому екстракцію можна проводити без нагрівання, за кімнатної температури. Для деякої ефіроолійної сировини вихід ефірної олії в 1,5–2 рази більший, ніж при екстракції леткими розчинниками. При цьому і якість олії вища, оскільки вона зберігається від зайвого термічного оброб-лення і тому містить біологічно активні речовини, що дуже важ-ливо при виготовлені парфумерно-косметичних та фармацевтич-них препаратів.

Екстракції рідким СО2 підлягає тільки суха, в основному квітко-ва, сировина. Особливі вимоги до сировини — це її тонке под-рібнення, яке здійснюється на спеціальних дробарках з наступ-ним обробленням на плющильних вальцях; при цьому отримують пелюстки товщиною 0,12–0,80 мм.

Процес екстракції проводиться в екстракторах-автоклавах, розрахованих на тиск 7 МПа. Рідкий СО2 надходить в екстрактор під тиском 5,8 МПа, і за температури 20 °С відбувається екстрак-ція. Екстракція проводиться періодично. З екстрактора місцела надходить на фільтр, а потім у випарник, що підігрівається гаря-чою водою до 50 °С.

При цьому СО2 випаровується і направляється в холодильник-конденсатор, який охолоджується розсолом до 0–10 °С і повер-тається на екстракцію. У випарному апараті залишається місце-ла. У цій замкнутій системі тиск не менше ніж 5,8 МПа. Перед

Технологія парфумерно-косметичних продуктів

Сировина

Подрібнення

Плющення до 0,12-0,80 мм

Екстракція

Рідкий СО2

 

Фільтрування

1

 

Твердий залишок

Випаровування

/    _Д

Ефірна олія

Конденсація

Рис. 2. Схема екстракції рідким диоксидом вуглецю

зливом місцели з випарника тиск у ньому знижується до атмос-ферного. При цьому з місцели випаровуються залишки диокси-ду вуглецю. Екстракт — чиста ефірна олія без конкрету, оскільки воски і смоли рідким СО2 не екстрагуються. Схематично цей про-цес представлено на рис. 2.

Методом екстракції рідким СО2 отримуються дуже цінні ефірні олії гвоздики, липи, насіння петрушки, ромашки, звіробою та інших рослин.

Мацерація

Мацерація — це метод вилучення ефірних олій нелеткими розчинниками.

Мацерація в перекладі з французької — витяжка або настою-вання. Цей метод був попередником екстракції леткими розчин-никами і є одним з найдавніших способів видобування ефірних олій з рослин, але зараз він майже не застосовується. Метод мацерації використовується для видалення ефірних олій виключно з кольорової сировини. Розчинниками в цьому випадку слугують переважно яловичий та свинячий жири або рідкі олії — частіше оливкова, мигдальна. Олії не повинні містити сто-ронніх домішок і не мати сильного запаху.

Технологія мацерації полягає в ось у чому. Мацерація здій-снюється при нагріванні з використанням твердих розчинників (тваринні жири) і без нагріву, якщо розчинниками є рідкі олії. Максимальна температура — 60–70 °С.

Квітки, які підлягають екстракції, завантажують у мішки з тка-нини і вміщують в апарат, залитий розчинником. Настоюються тут квіти протягом 48 год. Після цього їх вивантажують і заміняють свіжими. Заміна квітів повторюється до 25 разів, після вивантажу-вання останньої їх партії квітів розчинник фільтрують, сушать суль-фатом натрію і ще раз фільтрують для виведення останнього.

Якщо для мацерації використовують тверді жири, то одержу-ють продукт твердий, який називається квітковою помадкою; якщо використовувалась олія, то одержують рідкий продукт під назвою антична олія.

Із отриманого розчинника ефірну олію видаляють етанолом. Метод ґрунтується на нерозчинності в етанолі жирів і розчинності ефірних олій. Видалення ефірної олії відбувається аналогічно роз-діленню конкрету на ефірну олію і тверді продукти (смоли, вос-ки). В розчинник додають етанол, потім їх розділяють, спирто-вий розчин кристалізується в холодильниках, фільтрується (вакуум), з місцели потім відганяється етанол і отримують ефір-ну квіткову олію, але це не абсолют, отриманий екстракцією рідки-ми розчинниками.

Вона відрізняється тим, що містить супутні жирам речовини, які розчиняються в етанолі. Тому одержаний продукт має тверду консистенцію. Жири, які використовувалися як розчинники для екстракції ефірної олії, можна використовувати в косметичному виробництві, оскільки вони містять духмяні та інші корисні речо-вини з ефіроолійної сировини.

Часто квіткову помадку і античну олію не екстрагують етано-лом, а використовують безпосередньо в косметиці.

Метод мацерації майже не використовується, оскільки, по-перше, він дорогий, потребує значних витрат високоякісних

Технологія парфумерно-косметичних продуктів

жирів і квіткової сировини; по-друге, трудомісткий; по-третє, вихід олії нижчий, ніж при екстракції. Але в умовах малих підприємств при виробництві косметичної продукції (або сиро-вини для неї) його ще застосовують, при чому останню опера-цію — екстракцію етанолом не проводять, а використовують жири, насичені проекстрагованими речовинами квіткової або іншої сировини. Застосування цього методу може бути виправ-даним за наявності досить дешевої квіткової, трав’яної (або іншої) ефіроолійної сировини.

Механічний метод видалення ефірних олій

Цей метод найчастіше використовується для видалення ефір-них олій із шкірки і плодів цитрусових — лимона, мандарина, бергамота, помаранча).

Ефірні олії цитрусових знаходяться в шкірці плодів, тому пер-шою операцією є зняття зовнішнього шару цедри з цих плодів. Для цього використовують апарати, які зрізають верхню частину шкірки плодів у вигляді стрічки.

Для вилучення ефірної олії необхідно зруйнувати клітини шкірки. Це проводиться механічним способом — проколюван-ням або розтиранням і пресуванням.

Згідно з першим методом, шкірка розтирається спеціальни-ми ложками із зазубреними краями або проколюється метале-вим диском з великою кількістю тупих голок. В обох випадках олія витікає і фільтрується.

Згідно з другим методом, цедра пресується, ефірна олія стікає в спеціальні резервуари, а потім фільтрується.

Можливе пресування і цілих плодів, без попереднього зняття шкірки. Створено автоматичні лінії, на яких одночасно отримують фруктовий сік, ефірну олію та жом. Використовують гвинтові або гідравлічні преси. Цю схему перероблення наведено на рис. 3. Перевага механічного методу полягає в тому що олію одержу-ють високої якості, оскільки вона не піддається дії розчинників і нагріванню.

Вихід олії з апельсинових шкірок — 0,35 % маси, з лимона — 0,6, мандарина — 0,35 % маси. Плід

Пресування

Жом

Фільтрація

Рідка емульсія

Ефірна олія

Суперцентрифугування

Сік

Рис. 3. Схема перероблення сировини механічним методом