Olejki eteryczne stanowią najczęściej wieloskładnikową mieszaninę związków mono-, seskwi- i diterpenowych lub pochodnych fenylopropanu (fenole). Mają one postać węglowodorów, alkoholi, aldehydów, ketonów, estrów bądź eterów. Poza tym niektóre olejki mogą zawierać również substancje siarkowe, azotowe czy kumaryny. Procentowy udział poszczególnych składników jest zmienny i zależy od wielu czynników, tj. ontogenezy rośliny, warunków uprawy i zbioru, sposobu przechowywania oraz przygotowania do dalszej obróbki.

Olejki eteryczne w roślinach
    Komórki roślinne wytwarzają wiele grup związków chemicznych. Do substancji wydzielniczych zaliczamy olejki eteryczne, żywice, gumy, śluzy oraz wodę. Występują one jako składniki fizjologiczne bądź uboczne produkty przemiany materii, które mogą być usuwane na zewnątrz lub gromadzone w specjalnych komórkach. Wydzieliny, do których należą olejki eteryczne, zlokalizowane są w tkankach wydzielniczo-wydalniczych, które dzieli się na gruczoły zewnętrzne (egzogenne) – hydatody, miodniki, włoski gruczołowe, kosmki gruczołowe oraz układy wewnątrztkankowe (endogenne) – komórki olejkowe, zbiorniki wydzielnicze i przewody wydzielnicze. Znajomość cech anatomiczno-morfologicznych rośliny pozwala na właściwe zaplanowanie sposobu destylacji olejków eterycznych. Na fot. 1 i 2 przedstawiono gruczoły na dolnej powierzchni płatków korony dyptamu jesionolistnego.

Fot. 1 i 2. Gruczoły na dolnej powierzchni płatków korony dyptamu jesionolistnego Dictamnus albus L. [Weryszko-Chmielewska i wsp., 1998]

Analityczne metody otrzymywania
    Oznaczanie zawartości olejku eterycznego w materiale roślinnym stanowi podstawę jego kwalifikacji dla wykorzystania w przemyśle farmaceutycznym. W Farmakopei Polskiej znajdują się normy, które musi spełniać substancja roślinna celem potwierdzenia jej jakości. Wraz z postępem nauk fitochemicznym rekomendowane metody analityczne ulegają jednak zmianom. W Farmakopeach Polskich – VI (2002) i aktualnej IX (2011) – występują różnice w stosowanych aparatach do destylacji olejku eterycznego. Przez wiele lat w naszym kraju wykorzystywany był aparat wg. Derynga, podczas gdy farmakopee w różnych krajach do analizy zalecały aparat typu Clevengera. Ujednolicenie norm poprzez wprowadzenie Farmakopei Europejskiej spowodowało konieczność dostosowania w Polsce wymagań dotyczących oznaczania zawartości olejku eterycznego. Farmakopea Polska VII (2006) wprowadziła aparat typu Clevengera, jednak dopiero w FP VIII (2008) podała stosowne wymagania dla substancji roślinnych olejkowych. Przygotowując plan hydrodestylacji olejów eterycznych należy pamiętać, że w niektórych przypadkach zawartość i skład substancji chemicznych może się różnić w zależności od zastosowanych urządzeń. Na rys. 1. przedstawiono farmakopealne aparaty Derynga i typu Clevengera.

Alternatywne sposoby ekstrakcji
    Obok wyżej opisanych metod destylacji olejków eterycznych wyróżnić można jeszcze kilka innych, które opracowano w ostatnich latach.

Wytłaczanie na zimno
    Metoda ta wykorzystywana jest głównie w przemyśle spożywczym i perfumeryjnym dla surowców cytrusowych. Olejek uwalniany jest ze zbiorników olejkowych pod wpływem działającego ciśnienia i zbierany do kolektora. Taki sposób działania ogranicza wpływ temperatury na proces ekstrakcji. Otrzymany olejek w dużej mierze pozbawiony jest związków, które mogły ulec transformacji pod wpływem wysokiej temperatury stosowanej podczas hydrodestylacji.

Ekstrakcja rozpuszczalnikiem w stanie nadkrytycznym (SFE)
    Najczęściej stosowanym płynem w stanie nadkrytycznym jest dwutlenek węgla, który w powyższych warunkach zachowuje się jak organiczny rozpuszczalnik. Wykazuje on bardzo niską toksyczność i małą lepkość, co umożliwia lepszą penetrację rozpuszczalnika w głąb struktury surowca oraz stosunkowo niskie parametry krytyczne.
    Otrzymany metodą SFE olejek eteryczny jest dobrej jakości. Jego wysoki odzysk zapewnia dopasowanie czasu analizy i innych parametrów, tj. ciśnienie i temperatura. Z uwagi na mechanizm procesu ekstrahowane mogą być także związki mniej lotne, które nie występują w olejku otrzymanym podczas hydrodestylacji. Do pozostałych zalet metody SFE zaliczyć można m.in. regulację rozpuszczalności poszczególnych składników w zależności od temperatury i ciśnienia oraz możliwość prowadzenia procesu w niskiej temperaturze i bez dostępu powietrza – chroni to izolowane substancje przed utlenianiem. Niestety, prowadzenie ekstrakcji w stanie nadkrytycznym wymaga jednak zastosowania drogiej wysokociśnieniowej aparatury oraz ponoszenia znacznych nakładów na sprężenie rozpuszczalnika.
    Technika SFE może być stosowana do usuwania najbardziej lotnych związków z substancji roślinnych (dezodoryzacja). W warunkach bardzo niskiej temperatury i ciśnienia krytycznego rozpuszczalnika wydzieleniu ulegają tylko substancje najbardziej lotne, o małej masie cząsteczkowej. Związki te zwykle nadają aromat substancji. Przykładem tego typu ekstrakcji może być odzysk aromatu cytryny.

Rys. 1.
Farmakopealne aparaty do destylacji olejków eterycznych: A – aparat Derynga [FP VI, 2002], B – aparat typu Clevengera [FP IX, 2011]

Przyśpieszona ekstrakcja rozpuszczalnikiem (ASE)
    Metoda ta dzięki zastosowaniu podwyższonego ciśnienia pozwala na przeprowadzenie procesu ekstrakcji nawet w temperaturze znacznie przewyższającej temperaturę wrzenia danego rozpuszczalnika pod ciśnieniem atmosferycznym. Znacznie ogranicza ona ilość potrzebnego do procesu rozpuszczalnika oraz znacznie skraca czas analizy, zaś otrzymane wyniki są porównywalne z metodą hydrodestylacji. ASE może mieć jednak wpływ na związki termolabilne, dlatego też należy zachować ostrożność przy doborze rozpuszczalnika do ekstrakcji.

Ekstrakcja bez użycia rozpuszczalników (SFME)
    W literaturze coraz częściej ukazują się prace poświęcone zastosowaniu do ekstrakcji metabolitów wtórnych z substancji roślinnych promieni mikrofalowych. Ciekawą propozycją jest ekstrakcja olejków eterycznych bez użycia rozpuszczalników (syn. solvent-free microwave extraction - SFME). W metodzie tej materiał roślinny umieszczany jest w reaktorze mikrofalowym bez wody czy rozpuszczalników organicznych. Ogrzewanie substancji odbywa się poprzez generowanie polem mikrofalowym wzrostu temperatury cząsteczek wody znajdujących się w materiale roślinnym. Powoduje to jego rozpęcznianie, a następnie pękanie zbiorników olejkowych. Uwolnione olejki eteryczne zostają porwane przez odparowywaną in situ wodę z materiału roślinnego w procesie destylacji azeotropowej. Zaletą jest krótki czas ekstrakcji oraz brak konieczności stosowania rozpuszczalników.
    W literaturze publikowane są prace porównujące skład olejku eterycznego otrzymanego metodą SFME oraz przez hydrodestylację. Z przedstawianych danych wynika, iż oba sposoby mogą być komplementarne pod względem składu jakościowego.

Destylacja wspomagana falami ultradźwiękowymi (UAHD)
    W Katedrze i Zakładzie Farmakognozji z Pracownią Roślin Leczniczych UM w Lublinie został opracowany oraz opatentowany sposób i układ do otrzymywania olejku eterycznego wspomagany falami ultradźwiękowymi (Ultrasound Acceletated Hydrodistillation – UAHD). Jak opisano na początku artykułu, olejek eteryczny często zlokalizowany jest na powierzchni substancji roślinnych w specjalnych strukturach wydzielniczych. W procesie destylacji pod wpływem temperatury struktury te zostają rozerwane, a olejek unosi się z parą wodną do rurki odbieralnika. Opatentowana metoda oprócz czynnika termicznego, do rozerwania i uwolnienia związków lotnych wykorzystuje ultradźwięki. Dotychczasowe próby ich zastosowania sprowadzały się do użycia ultradźwięków we wstępnym etapie przed rozpoczęciem destylacji. Uzyskiwano w ten sposób rozerwanie struktur komórkowych w substancjach roślinnych, ale konieczność przeniesienia kolby ekstrakcyjnej z łaźni ultradźwiękowej i ponowne zamontowanie w układzie destylacyjnym powodowało straty w zawartości składników. Opracowany układ pozwala na możliwość zastosowania fal ultradźwiękowych w dowolnym momencie destylacji, jak również podczas całego jej procesu. Analiza pokazała, że uzyskane w ten sposób olejki eteryczne wykazywały wyższe zawartości niektórych składników lotnych w porównaniu z tymi otrzymanymi metodą klasyczną, co może mieć wpływ na ich potencjalne właściwości terapeutyczne.

Analiza składu frakcji olejkowej
    Do analizy związków chemicznych wchodzących w skład frakcji olejkowej najczęściej stosuje się chromatografię gazową (GC) sprzężoną z różnymi detektorami. Najczęściej stosowany jest detektor płomieniowo-jonizacyjny (FID), który jest czuły prawie na wszystkie związki organiczne. Nie wykrywa on obecności związków nieorganicznych, a także niektórych związków węgla (CO, CO₂, CS₂, HCOOH, COCl₂). Analiza jakościowa identyfikuje piki odpowiadające poszczególnym składnikom próbki i opiera się na wielkościach retencyjnych. Porównuje się czas retencji piku identyfikowanej substancji z czasem retencji piku wzorca, przy zachowaniu jednakowych warunków prowadzonej analizy.
    Badając składniki olejku eterycznego warto wspomnieć o technice mikroekstrakcji do fazy stałej (syn. solid phase microextraction – SPME). Nie jest to metoda otrzymywania, a jedynie analizy składników związków lotnych. Zasada oznaczenia polega na sorpcji mikroilości związków organicznych w cienkiej, cylindrycznej warstwie fazy stacjonarnej, która pokrywa włókno szklane lub kwarcowe. W analizie stosuje się najczęściej technikę nadpowierzchniową (head space - HS-SPME), w której włókno umieszcza się nad badaną próbką na określony czas, po którym włókno chowane jest do igły. Sorpcja związków lotnych zależy od ich powinowactwa do fazy stacjonarnej. Najpowszechniej stosowaną grupą są fazy silikonowe. Następnym etapem jest desorpcja analitu do fazy gazowej, która następuje po umieszczeniu włókna w dozowniku chromatografu gazowego.
    Przykładowy chromatogram GC przedstawia rys. 2.

Rys. 2.
Chromatogram GC olejku eterycznego otrzymanego z nadziemnych części hyzopu lekarskiego [Baj i wsp. 2010]

Właściwości i zastosowanie olejków eterycznych
    Olejki eteryczne, niezależnie od sposobu ich otrzymywania, są szeroko stosowane w przemyśle farmaceutycznym. Wielokierunkowość ich aktywności farmakologicznych jest imponująca. Fakt ten odnosi się do całej grupy związków, jak również do pojedynczych olejków.
    Jako dobry przykład posłużyć może olejek miętowy (Oleum menthae piperitae). Zastosowany miejscowo podrażnia zakończenia czuciowe receptorów zimna, wywołując na skórze i błonach śluzowych uczucie chłodzenia. Zmniejsza także wrażliwość innych zakończeń czuciowych i działa miejscowo znieczulająco. Cechuje go również działanie przeciwświądowe oraz przeciwbakteryjne. Stosowany jest w chorobach skóry przebiegających z uczuciem swędzenia, pieczenia, pokrzywką. W nerwobólach, bólach głowy i bólach reumatycznych przynosi subiektywne odczucie zniesienia dolegliwości. Stosowany wewnętrznie działa rozkurczowo i obniża napięcie mięsni gładkich jelit oraz dróg żółciowych i moczowych. Dzięki temu przywraca prawidłowe ruchy perystaltyczne jelit, co umożliwia odpowiednie przemieszczanie się treści pokarmowej. Zapobiega wzdęciom oraz zastojom żółci w pęcherzyku żółciowym.
    Działanie przeciwskurczowe (spazmolityczne) wykazuje wiele innych olejków, m.in. kolendrowy, kminkowy czy tatarakowy. Liczne olejki eteryczne, drażniąc kanaliki nerkowe, powodują zwiększenie diurezy i wydzielania moczu (remedia diuretica). Należą do nich olejki: arcydzięglowy, lubczykowy, jałowcowy oraz pietruszkowy.
    Olejki eteryczne działają także drażniąco (miejscowo) na skórę, powodując jej lepsze ukrwienie, co wywołuje zaczerwienienie (remedia rubefacientia) (rozmarynowy, terpentynowy, lawendowy, jałowcowy, gorczycowy). Z drugiej strony oddziałują przeciwzapalnie (rumiankowy i krwawnikowy).
    Z kolei olejki anyżowy, tymiankowy, sosnowy i eukaliptusowy pobudzają czynność wydzielniczą błon śluzowych, wyściełających górne drogi oddechowe. Dodatkowo wzmagają ruchy nabłonka rzęskowego, co ułatwia wydalanie zalegającego śluzu, który towarzyszy stanom zapalnym, co ogólnie daje efekt wykrztuśny. Szereg wymienionych olejków eterycznych działa dodatkowo przeciwbakteryjnie.

    Nie sposób wymienić wszystkich typów działań tych związków. Ważne jest to, że dzięki swoim właściwościom farmakologicznym i zastosowaniu w przemyśle farmaceutycznym pomagają w leczeniu wielu chorób.

Literatura:
[1] Baj T., Głowniak K., Wolski T., Kowalski R., Zięba K. „Sposób i układ do otrzymywania olejku eterycznego”, Pat. Pol. 386341, (2010).
[2] Baj T., Głowniak K., Wolski T., Kowalski R., Zięba K. „Sposób otrzymywania olejku eterycznego”, Pat. Pol. 386340, (2010).
[3] Baj T.: Panacea 4(29), 2009, 8-9.
[4] Baj T., Kowalski R., Świątek Ł. i wsp.: Annales UMCS, sect. DDD Pharmacia, 23(3), 2010, 55-62
[5] Bayramoglu B., Sahin S., Sumnu G.: Journal of Food Enginerring 88(4), 2008, 535-540.
[6] Dawidowicz A.L., Rado E., Wianowska D. i wsp.: Talanta 76(4), 2008, 878-884.
[7] Farmakopea Polska VI, Urząd Rejestracji Produktów Leczniczych, Wyrobow Medycznych i Produktów Biobójczych, Warszawa, 2002.
[8] Farmakopea Polska VII, Urząd Rejestracji Produktów Leczniczych, Wyrobow Medycznych i Produktów Biobójczych, Warszawa, 2006.
[9] Farmakopea Polska VIII, Urząd Rejestracji Produktów Leczniczych, Wyrobow Medycznych i Produktów Biobójczych, Warszawa, 2008
[10] Farmakopea Polska XI, Urząd Rejestracji Produktów Leczniczych, Wyrobow Medycznych i Produktów Biobójczych, Warszawa, 2011.
[11] http://www.pharma-cosmetic.com.pl/?strona,doc,pol,glowna,1344,0,230,1,1344,ant.html (on Line 30.07.2012)
[12] http://www.spectro-lab.com.pl/download/uploads/Spectro-Lab_katalog.pdf (on line 30.07.2012)
[13] Janiszewska E., Witrychowa-Rajchert D.: Żywność.Nauka.Technologia.Jakość 4(45), 2005, 5-16.
[14] Lucchesi M.E., Chemat F., Smadja J., J Chrom. A, 1043 (2), 2004, 323-327.
[15] Ożarowski A., Jaroniewski W. „Rośliny lecznice i ich praktyczne zastosowanie”. IWZW, Warszawa, 1987.
[16] Strzelecka H., Kowalski J. „Encyklopedia zielarstwa i ziołolecznictwa”. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2000.
[17] Weryszko-Chmielewska E., Baj T., Wolski T.: Herba Polonica, 44(4), 1998,361-370
[18] Wolski T., Najda A., Hoderna-Kędzia E.: Postępy Fitoterapii 3, 2004, 119-125.

Fot.: Katedra i Zakład Farmakognozji z Pracownią Roślin Leczniczych, Uniwersytet Medyczny w Lublinie

Autor: prof. dr hab. n. farm. Kazimierz Głowniak, dr n. farm. Tomasz Baj, mgr farm. Jarosław Widelski – Katedra i Zakład Farmakognozji z Pracownią Roślin Leczniczych, Uniwersytet Medyczny w Lublinie

Artykuł został opublikowany w magazynie "Przemysł Farmaceutyczny" nr 4/2012