Исследовательская работа «Выделение эфирных масел лаванды и лавандина путем дистилляции»

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ГОРОДА МОСКВЫ

«ШКОЛА № 000»

(ЮЗАО, Академический район)

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

«ВЫДЕЛЕНИЕ ЭФИРНЫХ МАСЕЛ ЛАВАНДЫ И ЛАВАНДИНА ПУТЕМ ДИСТИЛЛЯЦИИ»

Научный руководитель:

,

учитель биологии

Научный консультант:

,

доктор биологических наук,

главный научный сотрудник

лаб. ароматических и

лекарственных культур НБС

Москва 2017

Содержание

Введение	4
Глава 1.	Теоретическая часть………………………………………	6
1.1	Что такое эфирные масла……………………………………	6
1.2	Лаванда. Ботаническое описание …………………………..	6
1.3	Происхождение и районы произрастания………………….	7
1.4	Лавандин.  Ботаническое описание …………………………	8
1.5	Районы возделывания………………………………………..	9
1.6	Сравнение лаванды и лавандина………………………….	9
Глава 2.	Практическая часть………………………………………	9
2.1	Способы получения эфирных масел………………………	9
2.2	Описание устройства дистиллятора………………………...	10
2.3	Постановка  эксперимента…………………………………..	11
Анализ полученных результатов…………………………….	11
	Выводы………………………………………………….........	13
Список информационных ресурсов………………………	14
Приложения…………………………………………………..	16

Аннотация

Эфирное масло лаванды представляет собой  универсальное природное лекарственное средство и имеет широчайший спектр действия. Однако, начиная 1920 года существует ее гибрид лавандин, который менее требователен к условиям выращивания и дает больше эфирного масла. Что лучше: лаванда или лавандин? Можно ли использовать масло лавандина вместо более дорогостоящего лавандового масла?  Ботаническое описание и районы возделывания лаванды и лавандина, описание методов получения эфирных масел, выделение эфирных масел этих двух растений в домашних условиях методом паровой дистилляции. Сравнение количества и свойств полученных эфирных масел.

Введение

Летом 2017 года мы выезжали на биологическую практику в Никитский ботанический сад в Крыму. Сегодня Никитский Ботанический сад – одно из самых популярных мест Крымского полуострова и одно из старейших научно-исследовательских учреждений России.  Сад был основан в 1812 году для селекции, акклиматизации и распространения в южных районах страны различных плодовых, цветочных, лекарственных и других полезных растений.

Особенное впечатление на меня произвел отдел технических культур и биологически активных веществ.  Здесь выращиваются растения, обладающие лекарственными свойствами, а также эфиромасличные культуры, такие, как лаванда. Пройти мимо участка, на котором растет лаванда, невозможно. И дело не только в красоте ее роскошных лиловых кустов, но и в том характерном приятном аромате, который окружает это место.

Эфирное масло лаванды представляет собой универсальное природное лекарственное средство  и имеет широчайший спектр действия. Оно оказывает успокаивающее действие, нормализует сон, обезболивающе действует при головных болях [3]. Масло широко используется при различных кожных заболеваниях, активно способствует регенерации и является незаменимым средством от ожогов. Также обладает сильным антисептическим и противомикробным свойствами, проявляет активность против  многих вирусов и бактерий, в том числе стрептококка и стафилококка, возбудителей пневмонии. Лавандовое масло является сырьем для лечения гнойных ран и гангрен [5].

Проблема исследования: главная путаница, которая существует относительно лаванды, заключается в том, что, начиная с 1920 года, выращивается ее гибрид «лавандин», полученный в результате скрещивания настоящей лаванды и лаванды широколистной – другого вида этого растения. Тогда как настоящая лаванда растет только в высокогорной местности (около 600 метров  - примерно 2000 футов над уровнем моря), лавандин обильно и благополучно растет на более низких участках земли (400- 600 метров), что делает это растение более легким для культурного выращивания [11].

В связи с этим у меня возникла идея попробовать получить эфирные масла с обоих этих растений и сравнить их количество и качество.

Актуальность исследования. Одним из перспективных эфирномасличных растений является лавандин (Lavandula hybrida Rev.). Основные районы его возделывания – Франция, Испания, Италия, Марокко, балканские страны. По урожаю цветочного сырья и содержанию эфирного масла лучшие клоны лавандина превосходят лаванду в 1,5-2, а по сбору эфирного масла с гектара – в 4 раза [7]. Хотя масло лавандина по запаху грубее лавандового, оно имеет более свежий травянисто-смолистый оттенок. Масло лавандина широко применяется в мыловарении, бытовой парфюмерии, медицине; в смеси с лавандовым используется для приготовления кремов, пудры, туалетных вод, лосьонов, брильянтинов [14]. Возделываемые сорта лаванды не отвечают требованиям производства по урожаю цветочного сырья, содержанию эфирного масла, зимостойкости, срокам наступления технической спелости, устойчивости к септориозу и ряду других признаков. Поэтому выведение и внедрение в производство новых высокопродуктивных сортов с улучшенными хозяйственно-ценными признаками является важной задачей [7]. 

Объект исследования: цветущие побеги лаванды и лавандина, собранные в техническом отделе Никитского ботанического сада.

Предмет исследования: количество и качество эфирных масел.

Цель: сравнить количество и качество эфирных масел лаванды и лавандина.

Задачи:

Изучить литературные источники о лаванде и лавандине, дать их ботаническое описание, выявить сходства и различия; Познакомиться со способами получения эфирных масел и выбрать из них наиболее доступный для использования в домашних условиях; Научиться обращению с дистилляционной установкой; Получить эфирное масло лаванды и лавандина,  оценить  количество и качество полученных масел; Описать полученный результат и сделать выводы о проведенном исследовании.

Гипотеза: если из одинакового количества сырья лаванды и лавандина эфирного масла лавандина получается больше, значит его можно использовать вместо масла лаванды.

Методы исследования: изучение теоретического материала, описание, сравнение, паровая дистилляция цветущих побегов.

Практическая значимость работы состоит в овладении методами паровой дистилляции, получении эфирных масел лаванды и лавандина, сравнении их свойств.

Глава 1. Теоретическая часть

Что такое эфирные масла

ЭФИРНЫЕ МАСЛА – это пахучие вещества, вырабатываемые специальными клетками различных  органов эфирномасличных растений и обусловливающие их запах. Способностью образовывать эфирные масла  обладают около 3000 видов растений. В большинстве случаев местом наибольшего накопления эфирных масел являются листья, цветки, почки, плоды, корни и корневища [1].

Полученные в чистом виде эфирные масла представляют собой летучие маслоподобные бесцветные или слабо окрашенные жидкости, нерастворимые в воде, с характерным сильным запахом и вкусом. Они хорошо растворимы в органических веществах (спирт, эфиры) и в натуральных продуктах (мед, молоко). [4]

Эфирные масла являются биологически активными веществами и имеют выраженные  лечебные  свойства.  Каждое из них представляет смесь нескольких отдельных химических соединений – терпенов и их производных терпеноидов. [1]

Лаванда. Ботаническое описание

Лаванда (лат. Lavandula) – эфиромасленичная культура, которая принадлежит к семейству яснотковых (или губоцветных), роду травянистых растений, полукустарников и кустарников. Такое название происходит от латинского слова lava, означающего «мыть» и связано с тем, что в Древнем Риме душистые цветы растения использовались как ароматизатор воды для приема ванн.  Как культурное ароматическое и лекарственное растение, лаванда стала возделываться в странах южной и юго-западной Европы с конца XVI века [13].

Самыми распространенными видами считаются французская (широколистная Lavandula latifolia), английская (узколистная  Lavandula angustifolia) и гибридная голландская  лаванда, которая  является естественным гибридом узколистного и широколистного сортов.  Лаванда - очень многоликая культура. В зависимости от вида высота куста может быть от 40 до 100 см, листья могут быть узкими и тонкими или широкими и практически круглыми. Жизненная форма лаванды узколистной представляет собой многолетний вечнозеленый полукустарник высотой до 60 см. Куст имеет в среднем 400–500 полуодревесневших ветвящихся побегов. Листья супротивные, сидячие, от темного до светло-зеленого, иногда серо-зеленого цвета, линейные или ланцетовидные, опушенные, с обоих концов суженные, со слегка загнутыми вниз краями. Корень лаванды деревянистый, в верхней части довольно толстый, густомочковатый, глубоко проникающий в почву [6].

Цветы различных видов лаванды обычно мелкие, с сильным  ароматом, в природе они имеют множество оттенков, не только традиционного фиолетового, но и белого, голубого, розового, лилового. За счет интенсивного запаха и цвета лаванда является прекрасным медоносом. Все части растения лаванды содержат эфирное масло: листья — до 0,4 %, стебли — до 0,2 %, самое значительное количество его накапливается в соцветиях — 3,5–4,5 % [6].

1.3. Происхождение и районы произрастания. Лаванда — светолюбивое растение средиземноморского происхождения, она  распространена в странах Южной Европы, Ближнего Востока, Малой Азии и Северной Африки. Основные площади лаванды в настоящее время расположены во Франции. В России основные районы возделывания лаванды сосредоточены в Краснодарском крае и в Крыму. Культурные формы лаванды в качестве декоративного и ароматического растения выращиваются в садах во всём мире [2].

1.4.  Лавандин. Ботаническое описание

Лавандин (Lavandin) –  межвидовой гибрид между лавандой узколистной – Lavandula angustifolia Mill, и лавандой широколистной – Lavandula latifolia Medie – получается естественным и искусственным путями (См. Приложение 1, рис. 1).

Естественным путем лавандины возникают на границе соприкосновения ареалов их дикого произрастания. Родина лавандинов – горные районы Франции, Италии и Испании, где они встречаются  в виде диких зарослей. Искусственным путем лавандин был впервые получен в 1923 г. [8]

Это многолетний полукустарник семейства губоцветные высотой 75 – 80 см и диаметром  95 – 100 см, ветви растения образуют компактную крону сферической формы. По морфологическим признакам большинство форм  лавандина занимают промежуточное положение между родительскими видами. Листья супротивные, сидячие, удлиненно-ланцетовидные, сужающиеся к основанию, с целыми, загнутыми наружу краями. От сильного опушения листья с обеих сторон серебристо-белые, значительно шире (0,4 – 1 см) и длиннее (3,5 – 8 см), чем у лаванды узколистной. Цветоносные стебли длиной 25 – 45 см, разветвленные и неразветвленные, многочисленные (до 800 на одном растении). Соцветия крупные, плотные, длиной более 10 см.  В целом, цветы гибридной лаванды по размеру больше и имеют более глубокий цвет, чем цветы исходные родительские формы лаванды. Также они имеют более резкий аромат с выраженным оттенком камфоры. Семян лавандин  не дает [7].

Лавандин – ценная  эфирномасличная культура, которая по урожайности, выходу эфирного масла с 1 га, и получению чистой прибыли с единицы площади в 3 – 4 раза превосходит лучшие возделываемые сорта лаванды. Содержание эфирного масла у отдельных форм лавандина достигает 9–10 % на абсолютно сухое вещество. Кроме того, лавандин менее подвержен вредителям и болезням, по сравнению с лавандой [7].

Лавандин – морозоустойчивое растение, способное переносить понижение температуры до – 20 - 25˚С. Предъявляет высокие требования к свету, при недостатке освещенности резко снижается урожайность лавандина и содержание эфирного масла в соцветиях. К почвам лавандин не требователен [8].

Лавандин хороший медонос, дающий до 2 ц меда с 1 га [8]. 

1.5. Районы возделывания

В южноевропейских странах, таких как Франция, Испания, Италия, лавандин постепенно начинает занимать доминирующее положение в производстве лавандового масла, вытесняя лаванду.

В Россию лавандины впервые были завезены Никитским ботаническим садом из Франции в 1931 г. В результате большой селекционной работы сотрудниками Никитского ботанического сада были  получены новые  сорта лавандина, приспособленные к климатическим условиям юга России. Широко известны «Восторг» и «Октябрь», а так же сорт «Темп», устойчивый против болезней, холодных зим и сильной засухи [7].

1.6. Сравнение лаванды и лавандина

В то время как настоящая лаванда растет только в высокогорной местности (около 600 метров – примерно 2000 футов над уровнем моря), лавандин обильно и благополучно растет на более низких участках земли (400 – 600 метров), что делает это растение более легким для культурного выращивания.

Урожайность лавандина в разы превосходит урожайность лаванды, лавандин менее подвержен вредителям и болезням [12].

Лавандин даёт больше эфирного масла, чем могут дать с поля такой же площади другие виды лаванды. - По внешнему виду цветки лаванды и лавандина отличаются (см. Приложение 1, рис. 2 – 3) [13].

Глава 2. Практическая часть

2.1. Способы получения эфирных масел

Натуральные эфирные масла получают различными способами. Одни из них известны уже очень давно, другие появились недавно и используют современные технологии. Существует несколько основных способов выделения эфирных масел: прессование (отжим), дистилляция, анфлераж, динамическая сорбция, экстрагирование органическими растворителями [9].

Дистилляция (лат. distillatio — стекание каплями)  является самым простым и распространённым методом производства эфирных масел. Этот метод является также одним из самых старых и известен уже не одно тысячелетие. Эфирные масла некоторых растений, таких как ромашка и тысячелистник, могут быть получены только путем дистилляции [9].

Метод дистилляции состоит в том, что растительный материал подвергается термической обработке горячей водой или паром. При этом эфирные масла высвобождаются и улетучиваются вместе с горячим водяным паром  Если  растительное сырье помещают в воду, то процесс получения масла называется прямой дистилляцией, а если через него пропускают пар, то это называется дистилляцией паром. Нагревание проводится на слабом огне, чтобы сохранить  ароматические и целебные качества полученного масла [10].

В результате получают смесь водяного пара и эфирных масел. Эту смесь охлаждают,  получая жидкость, на поверхности которой образуется масляный слой [10].

2.2 Описание устройства дистиллятора

В домашних условиях эфирное масло лаванды и лавандина  может быть получено путем дистилляции. В нашей работе мы использовали метод паровой дистилляции на установке типа аламбик.

Аламбик пердставляет собой медный перегонный куб особой конструкции (См. Приложение 2, рис.1). Подобные конструкции были известны еще в Древнем Египте и Древней Греции. В Европе в современном виде аламбик появился, очевидно, в VII-VII веках в эпоху арабских завоеваний. С его помощью арабы перегоняли воду и разнообразные смолы с целью получения целебных и косметических масел. С развитием в XV в. алхимии, аламбик получил широкое распространение в Европе и  постепенно превратился в основной аппарат для производства парфюмерии [9].

Основными деталями аламбика как любого дистилляционного устройства являются:

- обогреваемый контейнер (куб), в который заливается вода;

- охлаждаемый конденсатор (холодильник); 

- соединяющий их паропровод (пароотводная трубка).

В конструкцию аламбика также включена колонна, в которую загружается растительное сырье. Дно этой колонны сделано в виде сита, через отверстия которого водяной пар поднимается вверх и проходит сквозь массу сырья и увлекает с собой летучие компоненты эфирного масла.  Пар охлаждают проточной водой в холодильнике, и жидкая смесь воды и эфирного масла поступает  в сосуд приемник (стеклянная колба).

2.3 Постановка эксперимента

Оборудование:

дистилляционная установка типа аламбик мерная колба  объемом 250 мл шприц для сбора масла 5 мл весы электронные

Материалы:

побеги лаванды побеги лавандина (3 вида) цветки лаванды

Ход работы:

Растительное сырье измельчалось до размеров 10-15 мм и взвешивалось с точностью до 1 г. Определялась масса емкостей для сбора эфирного масла (пенициллиновые флаконы). В перегонный куб заливалась очищенная вода из расчета 1:10. В колонну загружалось измельченное сырье, собранный дистиллятор устанавливался на плиту (Приложение 2, рис. 2 – 4). Нагревание велось на сильном огне с контролем температуры по термометру. При температуре 100-105°С  появлялись первые капели дистиллята, после этого огонь устанавливался на минимум. Процесс дистилляции проводился в течение 40-50 минут, за это время в приемной колбе образуется 250-260 мл дистиллята. Как показали первые опыты, в течение этого времени эфирное масло полностью извлекается из растительного сырья. Дальнейшая дистилляция приводила к получению только гидролата. Эфирное масло собиралось при помощи медицинского шприца, измерялся его объем (См. Приложение 2, рис. 5 – 6) Эфирное масло помещалось в подготовленные пенициллиновые флаконы. Определялась масса эфирного масла с точностью до 0,1 г. (См. Приложение 2, рис.7). По результатам эксперимента вычислялся выход эфирного масла в процентах. Результаты заносились в таблицу (См. Приложение 3, таблица 1)

Анализ полученных результатов:

В результате проделанной работы мы выяснили, что лавандин (в зависимости от  сорта) дает в 2,3- 2,5 больше эфирного масла, чем лаванда.  С 1 гектара посевной площади можно получить от 8 до 30 кг масла лаванды. Лавандин же с такой площади даёт до 220 кг эфирного масла. Поэтому масло это значительно дешевле!

Лавандин гораздо более эффективен в декоративных целях, его аромат более стойкий, резкий.

При прекрасных промышленных свойствах лавандина, его масло обладает более низкими потребительскими качествами.

Применение лавандина в качестве лекарственного растения ограничено из-за химического состава, несколько отличающегося от химического состава его "родителей". Эфирное масло лавандина содержит такие действующие вещества, которые не дают возможность полноценно использовать его и в ароматерапии.

Эфирное масло лавандина широко используют в парфюмерно-косметическом и медицинском производстве. Однако более высокое содержание камфоры заметно ухудшает его парфюмерные качества по сравнению с маслом лаванды. 

Главный же недостаток  масла лавандина заключается в том, что его нельзя применять при ожогах, тогда как масло лаванды – первое средство в таких случаях.

Следовательно, моя гипотеза подтверждается частично. Выход масла лавандина действительно значительно больше, но заменить им масло лаванды нельзя, так как они имеют разные целебные и ароматические свойства.

Выводы

Изучен теоретический материал о лаванде и лавандине, дано их ботаническое описание, выявлены сходства и различия; Получены эфирные масла лаванды и лавандина методом паровой дистилляции, приведено сравнение их количества и свойств. Покупая лаванду, лавандовое масло или парфюмерно-косметическую продукцию с содержанием "лаванды", следует понимать, для каких целей она нужна. Никаких неприятностей не принесет букет или саше для белья или мыло с лавандином, напротив, аромат будет более долгим и сильным. Если же пользоваться свойствами лаванды в лечебных, ароматерапевтических, пищевых или косметических целях, то, лучше пользоваться маслом из лаванды. Растение лавандин выгоднее, так как оно дает масло, похожее на масло лаванды, и при этом его легче выращивать. Его эфирное масло не обладает свежестью лавандового, но оно сильнее пахнет, и поэтому хорошо подходит для производства мыла и пудры – в этом его главное преимущество перед более дорогостоящим лавандовым маслом. Оно также является недорогим источником линалоола, незаменимого в парфюмерии. Лавандин – это вовсе не дешевый аналог лаванды, а другое растение, не менее полезное и прекрасное!

Список информационных ресурсов

Литература:

Биологический энциклопедический словарь. М.: Сов. Энциклопедия, 1986. Основы производства парфюмерии и косметики. М.: «Агропромиздат». 1988. 287 с. роматерапия: профессиональное руководство в мире запахов. Изд. «Феникс», 2003. , и др. Эфирные масла – аромат здоровья. Симферополь. Изд. «Таврида». 2001. 176 с. , Профилактика и лечение заболеваний эфирными маслами. Симферополь. Изд. «Таврида». 2003. 192 с. , Современное состояние таксономии, морфологии и селекции лаванды // Научно-технический бюллетень ВНИИМК. 2013. Вып. 2 (155-156). С. 108-113. , Лавандины и их классификация // Природничий альманах. УДК 633.812:575.222.7 № 12. С. 197-202. ,   Изучение клонов лавандина на возможность возделывания в Краснодарском крае // Научно-технический бюллетень ВНИИМК. 2016. Вып. 4 (168). С. 108-113.

Интернет-ресурсы:

Защита персональных данных пользователей и сотрудников библиотеки [Электронный ресурс]. – Режим доступа:  https:///category/sposoby-polucheniya-efirnyx-masel/ (Дата обращения: 3 октября 2017 г.) Защита персональных данных пользователей и сотрудников библиотеки [Электронный ресурс]. – Режим доступа:  http://mgok. mskobr. ru/files/lekciya_4_firnye_masla. pdf/ (Дата обращения: 5 октября 2017 г.) Защита персональных данных пользователей и сотрудников библиотеки [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www. aromazona. ru/  (Дата обращения: 5 октября 2017 г.) Защита персональных данных пользователей и сотрудников библиотеки [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://mir-masel. narod. ru/reference/refer. html  (Дата обращения: 8 октября 2017 г.) Защита персональных данных пользователей и сотрудников библиотеки [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www. activestudy. info/lavanda-nastoyashhaya/ (Дата обращения: 8 октября 2017 г.) Защита персональных данных пользователей и сотрудников библиотеки [Электронный ресурс]. – Режим доступа:  https://www. livemaster. ru/topic/1215477-efirnye-masla-i-ih-pravilnoe-ispolzovanie  (Дата обращения: 8 октября 2017 г.)

Приложение 1

Рисунок 1. Схема селекции лавандина (с преодолением стерильности)

Приложение 1

Рис. 2. Цветки лаванды и лавандина

  а  б  в

Рис. 3. Микроморфология цветков лаванды узколистной:

а – верхушка соцветия в фазе бутонизации

б - сухая чашечка с мелкими светлыми эфиромасличными желёзками

в – макроизображение поверхности чашечки с ветвистыми клетками эпидермиса (опушения) и сферической эфиромасличной желѐзкой

  Приложение 2

Рис. 1.  Устройство дистиллятора типа аламбик

Рис. 2 Перегонный куб  Рис. 3. Измельченное сырье в колонне

Рис. 4. Собранный дистиллятор

Рис. 5. Эфирное масло  Рис. 6. Медицинский шприц с маслом

Рис. 7. Пенициллиновые флаконы с образцами эфирных масел

Приложение 3

Таблица 1. «Получение эфирного масла лаванды и лавандина»

№ опыта	Сырье	Масса сырья (сухого), г	Выход масла, мл	Выход масла, г	Выход масла, % по весу	Свойства масла
Плотность г/мл	Цвет	Запах
1	Лавандин № 1	139	4,3	4,2	3,02	0,98	прозрачный бледно-желтый	простой, мало похож на запах лаванды
2	Лавандин № 2	140	4,4	3,9	2,79	0,89	прозрачный светло-желтый	резкий, чувствуется запах камфоры
3	Лавандин № 3	140	4,9	4,5	3,21	0,91	прозрачный бледно-желтый	сильный, приятный
4	Лаванда	149	1,9	1,7	1,14	0,89	прозрачный желтый	тонкий, приятный,  характерный запах
5	Лаванда цветки	43	1,05	1,0	2,32	0,95	прозрачный ярко-желтый	насыщенн-ый, интенсив-ный запах лаванды