Prof. dr Zoran Maksimović Katedra za farmakognoziju ... Prof. dr Zoran Maksimović Katedra za farmakognoziju, Farmaceutski fakultet Univerziteta u Beogradu Etarska ulja: dobijanje,

Prof. dr Zoran Maksimović

Katedra za farmakognoziju,

Farmaceutski fakultet

Univerziteta u Beogradu

Etarska ulja: dobijanje, sastojci, primena

Lekovite biljke su najbogatiji biološki resurs lekova koji se

koriste u tradicionalnim sistemima medicine, ali i za izradu

savremenih lekova, nutraceutika, dijetetskih suplemenata,

poluproizvoda za potrebe farmaceutske industrije ili polaznih

sirovina za sintetske lekove.

Aromatične biljke su izvor mirisnih supstanci, aroma, i tzv.

kozmeceutika.

Lekovite i aromatične biljke (LAB - MAPs) su i važan činilac

BNP mnogih zemalja; u velikoj količini ih, kao droge, proizvode

zemlje u razvoju (jedna od strategija borbe protiv siromaštva);

ali ne samo one.

Lekovite i aromatične biljke kao resurs

Poslednjih decenija i godina, potražnja za lekovitim biljnim

sirovinama i proizvodima brzo raste, posebno u razvijenim

zapadnoevropskim zemljama, SAD i Kanadi.

Evropska unija predstavlja najveće jedinstveno svetsko

komercijalno tržište LAB, sa uvozom od oko 120 hiljada tona za

period od 1991 – 2000. Stopa godišnjeg rasta se procenjuje na

5 do 10%.

Procenjuje se da je najmanje 2000 vrsta predmet trgovinske

razmene, od čega je približno 2/3 (1200-1300) vrsta autohtono

za kontinent. U okviru EU, Nemačka je daleko najveći uvoznik,

sa oko 38% (preko 45 hiljada tona) godišnje na tržištu; slede

Francuska sa 17%, i Italija sa 9% ukupnog uvoza.


Najvažniji snabdevači LAB EU (procenat ukupnog uvoza) su

SAD (15,8%), Indija (8,0%), Kina (7,45%), Bugarska (6,44%),

Egipat (5,47%) i, sve više, Turska.

Evropska unija je, ujedno, i najveći proizvođač LAB na svetu, sa

ukupno 62.700 hektara pod ovim kulturama, gde najveći udeo u

proizvodnji imaju Francuska, Španija i Nemačka.

Bivša SFRJ je bila glavni snabdevač EU LAB.

Države koje su proizašle iz SFRJ - danas uglavnom imaju

minornu ulogu u ovoj vrsti delatnosti.

– Srbija i Crna Gora: 0,43% zajedničkog udela u ukupnom uvozu LAB u EU.

Tržišta koje je ranije imala SFRJ, zauzele su istočnoevropske

zemlje (Bugarska, Poljska, Mađarska, Slovačka i Albanija).


Tržište LAB u Srbiji se snabdeva sakupljanjem LAB iz prirode,

gajenjem i uvozom. Sakupljanje i gajenje zadovoljavaju najveći

deo potražnje, a uvoze se uglavnom vrste koje ne rastu na

našem području.

Teško je steći uvid u tržišne tendencije jer se, za svaku biljnu

vrstu posebno, otkrivaju složene i vrlo promenljive situacije.

Tržište je nestabilno i zavisno od političkih, socijalnih i

ekonomskih promena. Uz to, teško je doći do pouzdanih

podataka koji se odnose na lokalno sakupljanje, proizvodnju i

preradu LAB.

Više faze prerade LAB, kao što su proizvodnja odgovarajućih

ekstrakata i etarskih ulja nisu zastupljene u zadovoljavajućoj

meri.


Domaći proizvođači uglavnom nisu prisutni na svetskom tržištu,

ne raspolažu stabilnom proizvodnjom i ponudom,

odgovarajućom opremom, kao i propratnom dokumentacijom o

kvalitetu.

Proizvodnja ekstrakata i etarskih ulja u Srbiji je prilično

nestabilna i jako varira iz godine u godinu, u zavisnosti od

raspoloživog biljnog materijala, cene i drugih faktora.

Smatra se da ukupna godišnja proizvodnja etarskih ulja u Srbiji

iznosi svega oko 10.000 kg.


Gajenje lekovitog bilja u Srbiji vezuje se za početak XX veka.

Intenzivnije plantažiranje datira od 50-tih, a od 70-ih neke

lekovite i aromatične vrste se u potpunosti uvode u kulturu, što

znači da je njihovo poreklo na tržištu isključivo iz plantažne

proizvodnje (nana, timijan, odoljen, kamilica, čubar, matičnjak,

borač, neven).

U Srbiji je pod kulturom lekovitog bilja zasejano preko 3500 ha,

većinom na području Vojvodine. Najviše se gaje kamilica,

matičnjak, valerijana, nana, miloduh, timijan, korijandar, kim,

selen, artičoka, anis, beli slez, ehinacea i druge.


U odnosu na sakupljanje biljaka iz prirode, plantažno gajenje lekovitih

biljaka ima više prednosti: – gajenjem se dobija sirovina standardnog kvaliteta, posebno kada su potrebne veće

količine ujednačene droge za potrebe farmaceutske i njoj srodnih industrija (kvalitet

zavisi od genotipa, hemotipa, ekotipa - staništa, klime, godine);

– lakše se koriste prednosti već postojeće agrotehnike, tj. mehanizacije, strukture setve,

mere zaštite, dorade i prerade lekovitog bilja;

– racionalnije se koriste poljoprivredni zemljišni resursi, jer se koriste i zemljišta lošijeg

kvaliteta;

– anulira se opterećujući efekat angažovanja radne snage koja je potrebna za

sakupljanje;

– ekonomski efekti su veći u poređenju sa gajenjem standardnih ratarskih kultura;

– kvalitet sirovine lakše se može usaglasiti sa farmakopejskim i drugim standardima;

– čuvaju se retke, endemične, ugrožene vrste od iščezavanja, posebno one čije je

sakupljanje zabranjeno ili strogo ograničeno, i

– oživljavaju se neiskorišćeni resursi, nepogodni za ostale privredne i poljoprivredne

delatnosti (zemljišta brdsko-planinskog područja, plavna zemljišta, zemljišta sklona

eroziji, teritorije nacionalnih parkova i rezervata prirode.


Gajenjem LAB i preradom otpadnog materijala, koji se može koristiti

kao prirodno đubrivo u organskoj poljoprivredi (kompost i različita

biodinamička đubriva) ili stočna hrana.

Selekcijom biljnih vrsta, izborom zemljišta, klime, primenom

odgovarajuće tehnologije gajenja, sušenja i dalje prerade, mogu se

dobiti droge boljeg i znatno ujednačenijeg kvaliteta, u poređenju sa

drogama iz samoniklog lekovitog bilja.

Iako se čak 30% proizvedene količine LAB u SAD i Italiji dobija tzv.

„organskom proizvodnjom”, kod nas postoje nejaka iskustva u ovoj

oblasti.

Proizvodnja LAB po principima organske poljoprivrede (primena

organskih đubriva, kontrola korova putem alternativnih mera

suzbijanja, plodored i druge mere) ima svoju budućnost, posebno u

brdsko-planinskim područjima, koja su ekološki potpuno prihvatljiva za

ovakvu vrstu delatnosti.


Etarska ulja:

specifični prirodni

proizvodi, složene

smese različitih

sekundarnih

metabolita,

uglavnom

terpenoida i

fenilpropanoida.

Etarska ulja

Nastaju u

specijalizovanim

sekretornim

strukturama

biljaka, koje

mogu biti spoljašnje

i unutrašnje.

Etarska ulja

Funkcija etarskih ulja je nejasna: metabolički balast ili imaju

fiziološku i ekološku funkciju?

Biološka funkcija etarskih ulja je povezana sa atraktantnim

delovanjem na insekte, čime se obezbeđuje prenošenje polena

i oprašivanje biljaka.

Etarska ulja mogu da inhibiraju klijanje semena drugih biljaka ili

drugih jedinki iste vrste, što obezbeđuje životni prostor svakoj

jedinki.

Značajna je i uloga etarskih ulja u zaštiti biljaka od napada

insekata i životinja – herbivora.

Sva etarska ulja manje ili više ispoljavaju razvoj

mikroorganizama, čime sprečavaju širenje infekcija i biljnih

bolesti biljaka u kojima nastaju.

Etarska ulja

Uglavnom su produkti viših biljaka.

Više od 50 familija sintetiše etarska ulja, a najpoznatije su Asteraceae, Lamiaceae, Rutaceae, Myrtaceae i Lauraceae.

Lokalizovana su u različitim delovima biljaka.

Etarska ulja

Sadržaj etarskih ulja je obično nizak i retko kada prelazi 1 %. Retki su

primeri droga koje sadrže značajno veću količinu (npr. pupoljak

karanfilića koji sadrži > 15 %).

Etarska ulja

Fizičke osobine:– Na sobnoj temperaturi, obično tečnosti, ređe viskozne ili

polučvrste materije.

– Lipofilna su, rastvaraju se u nepolarnim organskim rastvaračima, etanolu, mastima i masnim uljima.

– Generalno, nerastvorljiva su u vodi; tačnije: samo mali broj sastojaka je hidrosolubilan.

– Kao tečnosti, definisana su relativnom gustinom (obično < 1, mada postoje i ulja teža od vode), indeksom refrakcije i uglom skretanja ravni polarizovane svetlosti (parametri kvaliteta).

– Kao složene smese, nemaju tačno definisanu temperaturu ključanja: svaka klasa sastojaka ključa u svom intervalu. Etarska ulja frakciono ključaju u intervalu od 150 – 350 oC...

Etarska ulja

Tradicionalni načini proizvodnje:

– Destilacija

Vodom

Vodom i parom

Parom

– Ekspresija (ceđenje)

– Ekstrakcija solvensima (čvrstim i tečnim).

Moderni (netradicionalni) načini:

– Headspace trapping, Solid phase extraction,

ekstrakcija superkritičnim fluidima itd.

Etarska ulja

Destilacija vodom.

– Biljni materijal je potpuno

potopljen u vodu koja se

direktno zagreva, vatrom ili

na neki drugi podesan

način.

– Postupak je prilično

“empirijski”, pa je potrebno

uraditi probu na

laboratorijskoj veličini

uzorka.

Etarska ulja

Destilacija vodom.

– Prednosti:

Oprema je jednostavna i nije skupa.

Omogućava rad na terenu.

Omogućava rad sa sprašenim biljnim materijalom.

– Nedostaci:

Potpuno iscrpljivanje materijala je nemoguće.

Postupak je spor i manje ekonomičan.

Termolabilne supstance se lako degradiraju.

Fenolski sastojci se delimično rastvaraju u vodi.

Etarska ulja

Destilacija vodom i parom.

– Para se generiše ili u priključnom kotlu, ili unutar samog

suda za destilaciju.

Etarska ulja

Prednosti, u odnosu na destilaciju vodom.

– Veći prinos etarskog ulja.

– Sastojci ulja su manje izloženi hidrolizi i polimerizaciji

(kontrola vlažnosti na dnu destilatora utiče na hidrolizu, dok

termalna provodljivost zidova destilatora utiče na

polimerizaciju).

– Ukoliko se refluks kontroliše, gubitak polarnih komponenata

je minimalizovan.

– Kvalitet ulja je daleko bolji, a postupak je reproducibilniji.

Postupak je brži i energetski efikasniji.

Etarska ulja

Nedostaci.

– Zbog niskog pritiska pare, etarska ulja visokog raspona

ključanja zahtevaju veću količinu pare za evaporaciju, samim

tim znatno dužu destilaciju.

– Biljni materijal je natopljen vodom, što usporava proces

destilacije.

Etarska ulja

Destilacija parom.

– Para se generiše van destilatora i uvodi u destilator.

Etarska ulja

Prednosti.

– Količina i pritisak pare se lako kontrolišu.

– Minimalna termička dekompozicija sastojaka.

– Podesna za industrijsku proizvodnju na veliko.

Nedostaci:

– Mnogo viša kapitalna ulaganja za pokretanje

proizvodnje nego u prethodna dva slučaja.

Etarska ulja

Dobijanje etarskih ulja ekspresijom.

– Ekspresija ili hladno ceđenje se koristi za dobijanje etarskog

ulja citrusa.

– Izraz “ceđenje” se odnosi na bilo kakav fizički proces kojim

se šizolizigene šupljine u perikarpu ploda citrusa otvaraju,

čime se ulje oslobađa iz njih.

Spugna

Scodella - Ecuelle

Pellatrice

Sfumatrice

Etarska ulja

Ekstrakcija solvensima.

– Za potrebe parfimerijske industrije, sirov ili osušen biljni materijal se obrađuje nepolarnim organskim rastvaračima.

Dobija se “konkre” ili “rezinoid”.

Konkre je ekstrakt karakterističnog mirisa koji se dobija iz sirovog biljnog materijala.

Rezinoid se dobija iz osušenog biljnog materijala.

Etarska ulja

Anfleraž-postupak

– Za dobijanje veoma finih ulja cvetova koristi se tzv. anfleraž-

postupak (enfleurage), koji može biti hladni, ili topli.

– Proizvod anfleraž-postupka je tzv. “pomada”, koja se dobija

difuzijom mirisnih materija u specijalne masne podloge, ili

rastopljenu masnu podlogu.

– Apsolut se dobija alkoholnom ekstrakcijom konkrea, pomade

ili rezinoida na sobnoj temperaturi. Hladjenjem, iz apsoluta

se izdvajaju voskovi, a etanol otpari destilacijom.

Etarska ulja

Ekstrakcija superkritičnim fluidima.

– Najčešće se koristi CO2 pri pritisku od 73 bara i

temperaturi od 31 oC, kada prelazi u tečno

agregatno stanje.

– Finim podešavanjem pritiska i temperature,

postiže se visoka selektivnost.

– Dobijaju se proizvodi vrlo bliski onima koji se

nativno nalaze u biljnom materijalu.

Etarska ulja

Delovanje i terapijska primena aromatičnih droga i etarskih ulja

– Aromatične droge često imaju farmakološku aktivnost različitu u odnosu na izolovano etarsko ulje.

– Aktivnost ulja je rezultanta aktivnosti njegovih komponenata.

Najznačajnija dejstva:– Antimikrobno (dezinficijentno, antiseptičko)

– Spazmolitičko

– Iritirajuće na kožu ili sluznice.

Etarska ulja – oksidacija i antioksidansi

Oksidacija je proces transfera elektrona sa atoma donora na atom akceptora i predstavlja suštinski deo aerobnog metabolizma. U ovom sistemu, kiseonik je jedini akceptor elektrona koji vodi stvaranju energije sadržane u hemijskim vezama adenozin-trifosfata (ATP).

Međutim, ukoliko dođe do transfera nesparenih elektrona, sistem generiše slobodne radikale (reaktivne - toksične oblike kiseonika): superoksid (O2•-), peroksil- (ROO•), alkoksil- (RO•), hidroksil-(NO•) i azotni oksid (NO•) radikale.


U kontaktu slobodnih radikala sa drugim molekulima, pokreće se lančana reakcija koja neprekidno generiše druge slobodne radikale koji iniciraju dalja oštećenja.

Izrazit primer je autooksidacija masnih kiselina (lipidna peroksidacija).

Nezasićene masne kiseline, prisutne u lipidnim membranama ćelija, lako podležu procesu peroksidacije pod uticajem aktiviranih oblika kiseonika, pri čemu nastaju oštećenja membrane i poremećaji njenog permeabiliteta, što prouzrokuje smrt ćelije.


Reakciju započinju slobodni radikali, koji odvajaju atom vodonika iz metilenske grupe između dve dvogube veze nezasićenih masnih kiselina, pri čemu nastaje slobodan kiselinski radikal.

On se stabilizuje formiranjem konjugovanog diena koji brzo reaguje sa kiseonikom, dajući peroksidni radikal.

Nastali radikal lako reaguje sa novim molekulom masne kiseline i odvaja atom vodonika iz njene metilenske grupe.

Rezultat ove reakcije je kiselinski hidroperoksid i novi slobodni radikal.

Lančana reakcija se zaustavlja kada dva slobodna radikala međusobno reaguju, dajući proizvod koji nije radikal.


Generalno je prihvaćeno da, u in vivo uslovima, slobodni radikali imaju nekoliko uloga.

Neke su pozitivne: učestvuju u energetskim procesima ćelije, fagocitozi, regulaciji rasta ćelije, rasprostiranju međućelijskih signala i sintezi biološki važnih jedinjenja.

Radikali kiseonika mogu da budu i veoma štetni, jer reaguju sa lipidima ćelijskih membrana, proteinima tkiva ili enzimima, ugljenim hidratima i DNK, izazivajući oštećenja ćelijskih membrana i lizu ćelija, modifikaciju proteina i enzima, oksidaciju ugljenih hidrata i oštećenja DNK.


Oksidativni stres (oštećenja izazvana slobodnim radikalima) direktno je povezan sa procesom starenja (naročito kože i vezivnih tkiva) i razvojem nekih degenerativnih oboljenja, kao što su reumatoidni artritis, oboljenja srca i krvnih sudova (ishemija miokarda, hipertenzija, arterioskleroza), degenerativne očne bolesti (katarakta), kognitivna disfunkcija i različiti neurodegenerativni procesi (senilna demencija), multipla skleroza, astma, dijabetes i neki oblici karcinoma.


U organizmu čoveka postoje antioksidativni sistemi čiji je osnovni zadatak zaštita od negativnih efekata slobodnih radikala.

Ove sisteme čine antioksidansi: supstancije koje, u niskim koncentracijama, značajno odlažu ili sprečavaju oksidaciju odgovarajućih supstrata pod određenim uslovima.

Neki antioksidansi se sintetišu u organizmu (endogeni), a drugi (egzogeni) unose ishranom.


Prvu grupu čine enzimi (superoksid-dismutaza, katalaza i Ѕe-glutation peroksidaza) koji metabolišu superoksid-radikal, vodonik peroksid i lipidne perokside, sprečavajući na taj način najvećim delom formiranje visokoreaktivnog NO•-radikala.

Drugu čine neenzimski molekuli (glutation, histidin-peptidi, transferin i feritin, dihidrolipoinska kiselina, redukovani oblik koenzima Q, melatonin, urati i protein-tioli plazme). Drugoj grupi pripadaju i elementi cink i selen.

Ovi sistemi su međusobno komplementarni, jer deluju sinergistički protiv različitih radikala u različitim ćelijskim prostorima.


Odbrambeni sistemi dopunjeni su reparativnim antioksidansima, uglavnom enzimima (proteaze, lipaze, transferaze i enzimi koji repariraju DNK).

Zbog ograničene efikasnosti endogenih odbrambenih sistema i postojanja nekih patofizioloških faktora (zagađenje vazduha, pušenje, UV-zračenje, ishrana bogata polinezasićenim masnim kiselinama, inflamatorni procesi, ishemija/reperfuzija itd.) koji doprinose povećanom stvaranju slobodnih radikala, neophodno je hranom uneti egzogene antioksidanse koji će umanjiti kumulativni efekat oksidativnih oštećenja tokom života.


Najpoznatiji i najznačajniji dijetarni, egzogeni antioksidansi su vitamini C, E, A i karotenoidi.

Pored njih, i neki drugi sastojci jestivog bilja, prisutni praktično u svim vrstama voća i povrća (nekad i u velikim količinama), značajno doprinose ukupnoj zdravstvenoj koristi koju konzumiranje ovih namirnica pruža.

To su, pre svih, fenoli: jednostavni fenoli (sastojci etarskih ulja), flavonoidi, fenolkarbonske kiseline, tanini i lignani. Drugi, veoma važan izvor ovih jedinjenja je lekovito bilje.


Antioksidativna aktivnost in vivo se odvija:

– supresijom stvaranja reaktivnih vrsta kiseonika, bilo

inhibicijom odgovornih enzima, bilo građenjem helatnih

kompleksa sa metalima uključenim u generisanje slobodnih

radikala;

– "hvatanjem" slobodnih radikala; i

– zaštitom odbrambenih antioksidativnih mehanizama.

Za polifenolne sastojke lekovitog i jestivog bilja je

utvrđeno da ispunjavaju gotovo sve navedene

kriterijume.


Stoga je efekat njihove primene dvojak:

– Polifenoli inhibiraju enzime odgovorne za sintezu

superoksid-anjona, kao što su ksantin-oksidaza i protein-

kinaza C. Takođe, inhibiraju ciklooksigenazu, lipoksigenazu,

mikrozomalnu monooksidazu, glutation-Ѕ-transferazu,

mitohondrijalnu sukcinat-oksidazu i NADH-oksidazu.

– Zbog niskog redoks-potencijala, polifenoli su u

termodinamičkom smislu sposobni da, donacijom atoma

vodonika, redukuju vrlo reaktivne slobodne radikale

(superoksid, peroksil-, alkoksil- i hidroksil-radikale) sa znatno

višim redoks-potencijalom. Stvoreni aroksil (PF-O•) radikal

dalje može da reaguje sa nekim drugim radikalom,

obrazujući stabilnu hinoidnu strukturu.

Documents

Prof. dr Zoran Maksimović Katedra za farmakognoziju ... Prof. dr Zoran Maksimović Katedra za farmakognoziju, Farmaceutski fakultet Univerziteta u Beogradu Etarska ulja: dobijanje,