ეთერზეთების მიღების ძირითადი პრინციპები და განსაზღვრებები

ეთერზეთების, ტექნოლოგია, ეთერზეთი

ეთეროვანი ზეთები სპეციფიური არომატის მქონე და ადვილად აქროლად ნივთიერებათა რთული ნარევია. სახელწოდება წარმოიშვა ადვილად აქროლადობის თვისებიდან, ისე როგორც ეთერისა, ხოლო გარეგნულად ცხიმზეთებთან მსგავსებით.

ეთერზეთების შემადგენლობაში გვხვდება სხვადასხვა ნაერთი: ალდეჰიდები, კეტონები, სპირტები, ეთერები, ფენოლები, ტერპენები.

ეთეროვან ზეთებს მხოლოდ მცენარეები წარმოქმნიან. მათი დიდი ნაწილი გამოირჩევა თავისი სუნით და გემოთი, ამიტომ ეთერზეთებს მრავალმხრივი გამოყენება აქვთ პარფიუმერიაში, კოსმეტიკურ, საკონდიტრო და უალკოჰოლო სასმელების წარმოებაში, ფარმაცევტულ მრეწველობაში.

უკანასკნელ წლებში კვების მრეწველობაში სულ უფრო ფართოდ იყენებენ ეთერზეთებს მშრალი სანელებლების ნაცვლად.

ეთეროვანი ზეთები წარმოადგენენ ორგანული ნივთიერებების რთულ ნარევს, რომელთაგან ძირითადს ტერპენები (ტერპენოიდები) წარმოადგენენ. ტერპენები ეთეროვან ზეთებში იმყოფებიან სპირტების, ალდეჰიდების, კეტონებისა და სხვა ნივთიერებების წარმოებულების სახით. ეთერზეთების შემადგენლობაში შედიან აგრეთვე არომატული და ფენოლური ნაერთები, გოგირდისა და აზოტის შემცველი ნივთიერებები.

მცენარე ეთეროვან ზეთს შეცავს ვეგეტატიურ და გენერაციულ ნაწილში (ყვავილში, ფოთოლში, ნაყოფში, კანში, თესლში, ფესვში). ეთერზეთოვან ნედლეულს აჯგუფებენ იმის მიხედვით, თუ რომელ ნაწილში შეიცავს მცენარე ამ ნივთიერებებს დიდი რაოდენობით.

ეთეროვანი ზეთის მაღალი ხარისხი და მაღალი გამოსავალი შესაძლებელია მიღწეულ იქნას ნედლეულის ოპტიმალურ პირობებში დამზადების შემთხვევაში. რაც თავის მხრივ გულისხმობს ამ ნივთიერებების მაქსიმალური შემცველობის უზრუნველსაყოფად მცენარის ბიოლოგიურ მზადყოფნას, ნედლეულის უდანაკარგოდ ტრანსპორტირებას და ოპტიმალურ პირობებში შენახვას.

ეთერზეთის შედგენილობისა და მცენარეულ ნედლეულში მისი ლოკალიზაციის  ხასიათიდან გამომდინარე ანსხვავებენ მათი გამოყოფის (გამოწვილვა) შემდეგ მეთოდებს:

→ წყლის ორთქლთან ერთად გამოხდა;
→ ექსტრაქცია გამხსნელებით (აქროლადი, არააქროლადი);
→ მექანიკური (დაწნეხა, გამოწურვა);
→ სორბციული (შთანთქმა).

ეთეროვანი ზეთები ნედლეულში იმყოფებიან თავისუფალი ან ბმული ფორმით. ბმული ფორმის შემთხვევაში ეთეროვანი ზეთი დაკავშირებულია სხვა რომელიმე ნაერთთან გლიკოზიდური კავშირით. თავისუფალი ეთერზეთების მისაღებად პირველი ოთხი მეთოდი გამოიყენება, ხოლო შეკავშირებულის შემთხვევაში  – ფერმენტაცია და შთანთქმის მეთოდი.

წყლის ორთქლთან ერთად გამოხდა ეთერზეთების მიღების ერთ-ერთი ყველაზე უფრო გავრცელებული მეთოდია, რომელიც ითვალისწინებს კომპონენტების ორთქლის მდგომარეობაში გადაყვანას და შემდგომ კონდენსაციას. კომერციული ეთეროვანი ზეთების 90%-ზე მეტი ორთქლთან ერთად გამოხდით მიიღება. ეთეროვანი ზეთის წყლის ორთქლით გამოხდის ორ ხერხს არჩევენ: ჰიდროდისტილაცია და მწვავე ორთქლით გამოხდა. ჰიდროდისტილაციის დროს ნედლეული ჩატვირთულია მადუღარი წყლის მოცულობაში. ხოლო გადადენის დროს კი მწვავე ორთქლი მიეწოდება ნედლეულით წინასწარ დატვირთულ გადამდენ აპარატში (კუბი). მცენარეული ნედლეულიდან  ეთეროვანი ზეთების გამოხდისათვის საჭიროა გამოსახდელი აპარატი, ანუ კუბი, რომელშიც ნედლეული თავსდება, მაცივარი  და კონდენსატის მიმღები.

არსებული შეხედულებით წყლის ორთქლით ეთერზეთის მიღების  დროს მიმდინარეობს ორი პროცესი: პირველი, ეთერზეთის გადატანა ჰიდროდიფუზიით ნედლეულის ზედაპირისაკენ და შემდგომი მისი აორთქლება  ორთქლის ნაკადში, რომელიც ეხება ნედლეულის ზედაპირს (ფაზათა გამყოფი ზედაპირი); მეორე, უშუალოდ ნედლეულის შიგთავსიდან  აორთქლება ჰიდროდიფუზიის  ფაზის გაუვლელად. ამ პროცესების მიმდინარეობაზე მოქმედი ფაქტორები განსაზღვრავენ მცენარეული ნედლეულიდან ეთეროვანი ზეთის გამოხდის სიჩქარეს და სელექტურობას. ნაკადის ინტენსივობა დამოკიდებულია მისი ლოკალიზაციის ხასიათზე მცენარეულ ნედლეულში, წყალში ხსნად და უხსნადი კომპონენტების რაოდენობაზე და სხვა ფაქტორებზე. ეთეროვანი ზეთის გამოსავალზე გავლენას ახდენს ნედლეულის დაქუცმაცების (დაჭყლეტის) ხარისხი, რაც პროცესის დინამიურ განვითარებას უწყობს ხელს. მაგალითად ევკალიპტის ფოთლის შემთხვევაში 15 – 20 %-ით არის შესაძლებელი ეთერზეთის გამოსავალის გაზრდა. ასევე ინტენსიფიცირდება მცენარეულის ნედლეულიდან ეთერზეთის კომპონენტების ჰიდროდიფუზია. პროცესის მიმდინარეობაზე გავლენას ახდენს ხანგრძლივობა და ორთქლის წნევა.     შეიძლება ითქვას, რომ  მცენარეული ნედლეულიდან ეთერზეთის გამოხდა, ზოგადი შეხედულებით, ეს არის მყარი ფაზიდან თხევადი ფაზის მოცილების პროცესი ჰიდროდიფუზიის და აორთქლების გზით.

მწვავე ორთქლით ეთეროვანი  ზეთის  გამოხდის მეთოდის გამოყენების დროს აპარატში  ჩატვირთული  ნედლეული მუშავდება მწვავე ორთქლით. პროცესის მიმდინარეობის დროს ორთქლი კონდენსირდება, აღწევს   ნედლეულის შიგთავსში, ახდენს ეთერზეთების კომპონენტების ექსტრაქციას ზედაპირისაკენ, რომლებიც წარიტაცებიან ორთქლის ახალი ნაკადით. ეთეროვანი ზეთებისა და წყლის ორთქლის ნარევი შემდეგ მიეწოდება მაცივარში, სადაც ხდება ეთეროვანი ზეთისა და დისტილატის დაყოფა. მიმღებში გროვდება  ე.წ. პირველადი ზეთი, ხოლო დისტილატი მიეწოდება გადასადენად (კოგობაცია). ამ ოპერაციის მიზანია ზეთის ხსნადი ნაწილის გამოწვილვა, რის შედეგად  მიიღება ე.წ. მეორადი ზეთი. იგი განსხვავდება პირველადი ზეთისაგან ჟანგბადის შემცველი კომპონენტების მეტი რაოდენობით. პირველადი ზეთი მოითხოვს გაწმენდას, გაკეთილშობილებას მისი ორგანოლეპტიკური მაჩვენებლების გაუმჯობესების მიზნით. ზოგიერთ შემთხვევაში ახდენენ მის ფრაქციონირებას შემადგენელ ნაწილებად სასურველი ფრაქციის ან ცალკეული კომპონენტების მისაღებად. მეორადი ზეთი, შედგენლობისაგან დამოკიდებულებით, შეიძლება გამოყენებული იქნას, როგორც დამოუკიდებელი პროდუქტი, ან საკუპაჟედ პირველად ზეთთან.

პროცესი ხორციელდება პერიოდული და უწყვეტი მოქმედების აპარატების გამოყენებით. როგორც წესი ნაკლები მოცულობის ნედლეულის გადასამუშავებლად გამოიყენება პერიოდული ქმედების აპარატები. უწყვეტი ქმედების აპარატები აღჭურვილია შნეკებით, რომლებიც უზრუნველყოფენ ჩატვირთვა-განტვირთვის და საკუთრივ ტექნოლოგიური პროცესის უწყვეტობას ნედლეულის გადამუშავების დროს. ეს აპარატები გამოიყენებიან დიდი რაოდენობით სწრაფფუჭადი ნედლეულის გადასამუშავებლად.

ნედლეულის გადამუშავების პროცესში გადასადენ აპარატში წარმოქმნილი  ეთეროვანი ზეთებისა და წყლის ორთქლების ნარევი მაცივარში კონდენსირდება. მიღებულ დისტილატში ეთეროვანი ზეთი იმყოფება ჭეშმარიტი ხსნარისა და ემულსიის სახით. ზეთსა და წყალს შორის კუთრი წონების სხვაობა უდევს საფუძვლად მათი ერთმანეთისაგან განცალკავების ოპერაციას სპეციალურ ზეთგამყოფი მოწყობილობის გამოყენებით.

ემულსიის დაყოფის ეფექტიანობაზე გავლენას  ახდენს დისტილატის ტემპერატურა ზეთგამყოფში. ოპტიმალურად ითვლება 35 – 400C ტემპერატურა, ხოლო შემდგომი ზრდა საგრძნობლად ზრდის დანაკარგებს ნივთიერებათა ნაწილის აორთქლების გამო. ეთეროვანი ზეთის მნიშვნელოვანი ნაწილი თან მიყვება დისტილირებულ წყალს, რომლისაგან მიიღება ე.წ. მეორადი ზეთი. მეორადი ზეთი შედგენილობით და თვისებებით განსხვავდება პირველადისაგან და როგორც წესი უმნიშვნელო რაოდენობით შეიცავს ტერპენულ ნახშირწყალბადებს. მეორადი ზეთის გამოყოფა დისტილირებული წყლისაგან შესაძლებელია გადადენით (კოგობაცია), ექსტრაქციით გამხსნელების გამოყენებით და ადსორბციით გააქტიურებულ ნახშირზე. ამ უკანასკნელზე ადსორბირებულ ზეთს შემდგომ უტარებენ ექსტრაქციას აქროლადი გამხსნელებით. პროცესი ხორციელდება პერიოდული და უწყვეტი ქმედების აპარატების გამოყენებით.

პერიოდული კოგობაცია ტარდება გადამდენ დანადგარში, რომელიც აღჭურვილია ორთქლის პერანგით ან კლაკნილით და ბარბატიორით ამაორთქლებელში მწვავე ორთქლის მისაწოდებლად. დისტილატი ცხელდება დუღილის ტემპერატურამდე, შემდეგ მიეწოდება მწვავე ორთქლი და იწყება მეორადი ზეთის გადადენა. მეორადი ორთქლის მოხსნა ხდება მიმღებ-გამყოფებში მსგავსად პირველადისა. დაუმუშავებელი ზეთი შეტივნარებულ მდგომარეობაში 3-დან 5 %-მდე წყალს და მინარევებს შეიცავს, რომლებიც მას არასასაქონლო სახეს ანიჭებენ. წყლის თანამყოფობა უარყოფითად მოქმედებს ზეთის სტაბილურობაზე შენახვის პროცესში. ამასთან დაკავშირებით ზეთის დამატებით მუშავდება მისი გაუწყლოებისა და მინარევებისაგან გაწმენდის მიზნით. გაუწყლოებას ახდენენ დაყოვნებით, უწყლო ამონიუმის სულფატით და აგრეთვე ვაკუუმ-გადადენით. დაყოვნების პროცესი გარემო ტემპერატურის პირობებში 2 – 3 კვირის განმავლობაში გრძელდება, რომლის დროს სცილდება წყლისა და მინარევების მნიშვნელოვანი ნაწილი. ემულსიის დაყოფის პროცესის დაჩქარება შესაძლებელია 70-800C ტემპერატურის პირობებში. გაუწყლოების მიზნით გამოიყენება 2-3  % ნატრიუმის სულფატი. ვაკუმ-შრობის ოპტიმალური ტემპერატურა 60-700C-ს შეადგენს, რომლის დროს შესაძლებელია ზეთის ორგანოლეპტიკურ მაჩვენებლებზე უარყოფითად  მოქმედი ადვილადაქროლადი კომპონენტების (ცხიმის რიგის ალდეჰიდები, მჟავები) მოცილება. საწარმოო პრაქტიკაში მინარევების მოსაცილებლად აგრეთვე გამოიყენება ფილტრაციის პროცესი.

ექსტრაქციის მეთოდით ეთეროვანი ზეთების მიღებას საფუძვლად უდევს მასათა ცვლის ზოგადი კანონზომიერება. მასათა ცვლა მცენარეული ნედლეულის ქსოვილებსა და მოძრავ თხევად ფაზას შორის ორ ეტაპად მიმდინარეობს: პირველი, შიდა მასაგადაცემის შედეგად ნივთიერებების გადაადგილება მასალის ფორებს შორის ფაზათა გამყოფი ზედაპირისაკენ; მეორე, ამ ნივთიერებების გადატანა ხსნარში გარეგანი მასათა ცვლით. მაშასადამე, შიდა და გარე დიფუზიის ხარჯზე მიმდინარეობს მყარი ფაზიდან ნივთიერებების გამოწვილვა. პროცესის მიმდინარეობა დამოკიდებულია რიგ ფაქტორებზე: ნედლეულის დისპერსიის ხარისხზე, ექსტრაგენტის  მახასიათებლებსა და მის   ტემპერატურაზე, ექსტრაქციის ხერხზე. ნედლეულის დაქუცმაცების შედეგად იზრდება ფაზათა ურთიერთქმედების ზედაპირის ფართობი და საბოლოო ჯამში მასათაცვლის კოეფიციენტი. ექსტრაგენტის ტემპერატურის მატება იწვევს პროცესის ინტენსიფიკაციას ხსნადი ნივთიერე-ბების გადაადგილების სიჩქარის ზრდის ხარჯზე.  სარიაქციო არეს ჰიდროდი-ნამიკური პირობების გაუმჯობესება შესაძლებელია ექსტრაგენტის დუღილის ტემპერატურამდე მიყვანით ვაკუმის პირობებში. პროცესის მიმდინარეობაზე ასევე გავლენას ახდენს საექსტრაქციო მასალის ჩატვირთვის სიმკვრივე. ეთერზეთების წარმოებაში ძირითადად გამოყენებულია ორი გამხსნელი – დიეთილის ეთერი (გოგირდის ეთერი) და პეტროლეინის ეთერი.

ექსტრაქციის ხერხები შეიძლება ორ ჯგუფად დავყოთ – სტატიკური და დინამიური. დინამიურის შემთხვევაში ექსტრაგენტი მოძრაობს ნედლეულის მიმართ და მუდმივად აშორებენ ექსტრაქციის ზონიდან, რაც  ზრდის პროცესის ეფექტიანობას. პროცესის მიმდინარეობის დროს გამხსნელში გადადის ეთეროვანი ზეთი, ცვილები და სხვა ნივთიერებები. გამოყოფილ ხსნარს უწოდებენ მისცელას, რომელსაც გადადენით აცლიან გამხსნელს და მიიღება ექსტრაქტი, რომელსაც კონკრეტს უწოდებენ. კონკრეტი წარმოადგენს ნახევრად პროდუქტს ე.წ. აბსოლუტური ზეთის მისაღებად. შესაძლებელია კონკრეტის გამოყენება არომატიზატორად ან საკვებ დანამატად. კონკრეტის შემდგომი დამუშავება გულისხმობს ეთანოლში მის გახსნას. ხსნარს აცივებენ და აყოვნებენ ცვილების გამოლექვის მიზნით და ფილტრავენ ვაკუუმის ქვეშ. სპირტის გადადენის შემდეგ მიიღება აბსოლუტური ზეთი. პერსპექტიულია  გაზური ექსტრაქცია (ინერტული გაზის ნაკადში). განსაკუთრებით კი თხევადი ნახშირორჟანგის გამოყენებით, რომლის დიდ ღირსებასაც ატოქსიკურობა წარმოადგენს. ამ მეთოდით ეთერზეთების მისაღებად  საჭიროა ექსტრაქტორი, დისტილატორი (ამაორთქლებელი) და კონდენსატორი.

მექანიკური  მეთოდი ეთეროვანი ზეთების გამოყოფის კიდევ ერთი  მეთოდია, რომელიც ძირითადად ციტრუსოვნების კანიდან ეთეროვანი ზეთების გამოსაყოფად გამოიყენება. საწარმოო მასშტაბით გამოიყენება ორი ხერხი. პირველის შემთხვევაში მთლიან ნაყოფს აცლიან  ფლავედოს, რომელშიაც  მოთავსებულია ეთეროვანი ზეთის სათავსი და მიღებული მასიდან ახდენენ პროდუქტის გამოყოფას. მეორე ხერხის პირობებში კი ციტრუსების კანი იწნიხება. მიუხედავად იმისა, რომ ეთეროვანი ზეთის გამოსავალი არ აღემატება 25-30%-ს მისი საწყისი შემცველობიდან, პროდუქტი გამოირჩევა მაღალი ხარისხით და სტაბილურობით დაჟანგვის მიმართ. ცივი დაწნეხვით მიღებული ციტრუსოვნების ზეთი შეიცავს  არააქროლად არომატულ ნივთიერებებს, ასევე კაროტონოიდებს, რომლებიც განაპირობებენ მის სტაბილურობას და მაღალ ორგანოლეპტიკურ მაჩვენებლებს. ჰიდროდისტილაციის გზით მიღებული ზეთი არ შეიცავს ამ ნივთიერებებს და ხარისხობრივი მაჩვენებლები ჩამორჩება ცივი დაწნეხით მიღებულს.

ეთეროვანი ზეთები შეიცავენ სხვადასხვა ქიმიური ბუნების უნაჯერ ნაერთებს, რომლებიც ძალზე მგრძნობიარები არიან დაჟანგვისადმი. ამიტომ ხანგრძლივი შენახვის ან ჰაერთან შეხების დროს განიცდიან  ჟანგვით გარდაქმნებს, რომელთა ხასიათი და ხარისხი დამოკიდებულია ზეთის ქიმიურ შედგენილობაზე. პროცესის გაღრმავების შედეგად იცვლება ხარისხობრივი მაჩვენებლები და გარკვეული პერიოდის შემდეგ არასასიამოვნო სუნის მქონე ნივთიერებები წარმოიქმნებიან. მაგალითად, ციტრუსოვნების ზეთებში შემცველი ძირითადი კომპონენტი d–ლიმონენი ადვილად იჟანგება და უარესდება პროდუქტის სუნი და ხარისხობრივი მაჩვენებლები, დაჟანგვის მიმართ უფრო მგრძნობიარე მანდარინის ეთერზეთია. შენახვის პროცესში ლიმონის ზეთში მცირდება ტერპინენის რაოდენობა და გროვდება n-ციმენი, რომლის სუნი (ე.წ. „ციმენის სუნი“) უარყოფითად  აისახება პროდუქტის ხარისხზე. ეთეროვანი ზეთის შენახვის პროცესში ჟანგვით  გარდაქმნებს განიცდიან  ეთერები, სპირტები, კეტონები და განსაკუთრებით ალდეჰიდები. ჟანგვითი გარდაქმნების შედეგად შენახვისა და დაძველების პროცესში ეთეროვანი ზეთების დიდი ნაწილის ხარისხი უარესდება. გამონაკლისს წარმოადგენს დაფნისა და ევკალიპტის ეთეროვანი ზეთები, რომელთა ორგანოლეპტიკური მაჩვენებლები  უმჯობესდება შენახვის გარკვეულ პერიოდში.

თემურ რევიშვილი, ტექნიკის მეცნიერების დოქტორი,
თამაზ მიქაძე, ტექნოლოგიების დოქტორი.

სტატიის წარმდგენია „საქართველოს ბანკი“.