2. Перегонка с водяным паром

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.

1)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. 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.  

2)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.

Схема установки для паровой дистилляции:

 

 

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

3)Деструктивная дистилляция. Иногда для получения эфирного масла различные древесные материалы 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. 

Основные методы очистки биологически активных веществ

1)Диализ. Диализ — освобождение коллоидных растворов и растворов высокомолекулярных веществ от растворённых в них низкомолекулярных соединений при помощи полупроницаемой мембраны. При диализе молекулы растворенного низкомолекулярного вещества проходят через мембрану, а неспособные диализировать (проходить через мембрану) коллоидные частицы остаются за ней. Простейший диализатор представляет собой мешочек из коллодия(полупроницаемого материала), в котором находится диализируемая жидкость. Мешочек погружают в растворитель (например в воду). Постепенно концентрации диализирующего вещества в диализируемой жидкости и в растворителе становятся равными. Меняя растворитель, можно добиться практически полной очистки от нежелательных примесей. Скорость диализа обычно крайне низка (недели). Ускоряют процесс диализа увеличивая площадь мембраны и температуру, непрерывно меняя растворитель. Процесс диализа основан на процессах осмоса и диффузии, что объясняет способы его ускорения.

Диализ применяют для очистки коллоидных растворов от примесей электролитов и низкомолекулярных неэлектролитов. Диализ применяют в промышленности для очистки различных веществ, например в производстве искусственных волокон, при изготовлении лекарственных веществ.Материал, прошедший через мембрану, называется диализат.

2) Обратный осмос. Обратный осмос — процесс, в котором с помощью давления принуждают растворитель (обычно вода) проходить черезполупроницаемую мембрану из более концентрированного в менее концентрированный раствор, то есть в обратном для осмоса направлении. При этом мембрана пропускает растворитель, но не пропускает некоторые растворённые в нём вещества. Обратный осмос более экономичный процесс для повышения концентраций пищевых жидкостей, например фруктовых соков, чем термические процессы. Преимущество заключаются в низкой стоимости эксплуатации и возможности избежать термической обработки, что делает процесс пригодным для термочувствительных веществ, таких как белки и ферменты, в большинстве пищевых продуктов. Обратный осмос широко используется в молочной промышленности для производства порошков сывороточного белка и для концентрации молока — уменьшаются транспортные расходы.

3) Микрофильтрация(МФ). Микрофильтрация позволяет удалять частицы в диапазоне приблизительно 0,1-1 мкм. В целом, взвешенные частицы и крупные коллоидные частицы задерживаются, в тоже время макромолекулы и растворенные твёрдые частицы проходят через МФ мембрану. МФ применяется для удаления бактерий, хлопьевидных материалов или общей взвеси. Рабочее давление обычно составляет около 0.7 бар.

4) Ультрафильтрация(УФ). Ультрафильтрация позволяет удалять частицы в диапазоне приблизительно от 20 до 1000 Ангстрем (до 0.1 мкм). Все растворенные соли и более мелкие молекулы проходят через мембрану. Вещества, задерживаемые мембраной, включают коллоиды, белки, микробиологические загрязнения и крупные органические молекулы. Большая часть УФ мембран имеет рейтинг по молекулярной массе между 1000 и 100 000 Ангстрем. Рабочее давление обычно составляет около 1- 7 бар.

5) Нанофильтрация(НФ).Нанофильтрация позволяет удалять частицы в размером в нанометры, отсюда и термин "нанофильтрация". Нанофильтрация представляет собой средний процесс между ультрафильтрацией и обратным осмосом. Молекулы органических веществ с молекулярной массой 200-400 задерживаются. Кроме того, задерживаются растворенные соли на 20-98%. Соли, содержащие одновалентные ионы (например, хлорид натрия или кальция), задерживаются на 20-80%, в то время как соли с двухвалентными анионами (например, сульфат магния), задерживаются в большей степени (90-98%). НФ используется для удаления цветности и общего органического углерода из поверхностных вод, удаления жёсткости или радия из артезианской воды, общего снижения содержания растворенных веществ. Рабочее давление обычно составляет около 3.5 - 16 бар.

6) Сорбция. Сорбция — поглощение твёрдым телом либо жидкостью различных веществ из окружающей среды. Поглощаемое вещество, находящееся в среде, называют сорбатом (сорбтивом), поглощающее твёрдое тело или жидкость — сорбентом.

7) Адсорбционно - хроматографический медод – это метод разделения и определения веществ, основанный на распределении компонентов между двумя фазами – подвижной и неподвижной. Неподвижной (стационарной) фазой служит твердое пористое вещество (часто его называют сорбентом) или пленка жидкости, нанесенная на твердое вещество. Подвижная фаза представляет

собой жидкость или газ, протекающий через неподвижную фазу, иногда

под давлением.

Компоненты анализируемой смеси (сорбаты) вместе с подвижной

фазой передвигаются вдоль стационарной фазы. Ее обычно помещают в

стеклянную или металлическую трубку, называемую колонкой. В зависимости от силы взаимодействия с поверхностью сорбента (за счет адсорбции или по какому-либо другому механизму) компоненты будут перемещаться вдоль колонки с разной скоростью. Одни компоненты останутся в верхнем слое сорбента, другие, в меньшей степени взаимодействующие с сорбентом, окажутся в нижней части колонки, а некоторые и вовсе покинут колонку вместе с подвижной фазой (такие компоненты называются неудерживаемыми, а время их удерживания определяет “мертвое время” колонки).

Таким образом происходит быстрое разделение сложных смесей компонентов. Следует подчеркнуть следующие достоинcтва хроматографических методов:

1. Разделение носит динамический характер, причем акты сорбции-

десорбции разделяемых компонентов повторяются многократно. Этим

обусловлена значительно большая эффективность хроматографического

разделения по сравнению со статическими методами сорбции и

экстракции.

2. При разделении используют различные типы взаимодействия

сорбатов и неподвижной фазы: от чисто физических до хемосорбционных.

Это обуславливает возможность селективного разделения широкого круга

веществ.

3. На разделяемые вещества можно накладывать различные

дополнительные поля (гравитационное, электрическое, магнитное и др.),

которые, изменяя условия разделения, расширяют возможности

хроматографии.

4. Хроматография – гибридный метод, сочетающий одновременное

разделение и определения нескольких компонентов.

8) Гель-фильтрация. Гель-фильтрация – разделение веществ при помощи гелей, основанное на различиях в размере молекул. Наиболее часто для этой цели применяют органические полимеры с трехмерной сетчатой структурой, придающей им свойства гелей.

9) Гидрофобная хроматография - жидкостная хроматография на неполярных сорбентах, в которой п качестве подвижной фазы используются водные или водно-органические буферные растворы и разделение смеси веществ происходит в результате различия в их взаимодействии с гидрофобными группами сорбента в условиях убывающего градиента солей в элюенте.

10) Аффинная хроматография — разновидность лигандной. В основе последней лежит реакция взаимодействия разделяемых примесей с лигандом, связанным с инертным носителем. В случае аффинной хроматографии в роли примесей выступают биологически активные вещества (белки, ферменты), вступающие с лигандом (тоже, как правило, органическим ) в специфическое биохимическое взаимодействие. Например: антитело-антиген, гормон-рецептор и т. д. Именно высокая специфичность подобного взаимодействия обуславливает высокую эффективность аффинной хроматографии и её широкое (по сравнению с другими видами лигандной хроматографии) распространение.