IZOLACE TERPENŮ DESTILACÍ JEHLIČÍ SMRKU ZTEPILÉHO

Význam tématu

Isolace těkavých terpenických látek z jehličnanů je důležitá pro sledování chemického složení rostlin, hodnocení vlivu životního prostředí a aplikace v parfémeriích či potravinářství. Efektivní a koncentrované získání těchto látek umožňuje přesné kvantitativní a kvalitativní analýzy, včetně stereochemických metod, jako je vibranční cirkulární dichroismus.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo optimalizovat destilační postup izolace terpenů z jehličí smrku ztepilého (Picea abies) a porovnat jej s běžnou extrakcí rozpouštědlem. Nejprve byl na modelové sloučenině (mesitylen) testován řetězec pěti destilačních aparatur za účelem maximalizovat výtěžnost a minimalizovat objem zředěného destilátu. Poté byla vybraná konfigurace aplikována na reálný vzorek jehličí.

Použité metodiky a instrumentace

Pro izolaci terpenů byly využity následující techniky:

• Destilace s vodní parou v pěti modifikovaných aparaturách, z nichž nejefektivnější byla aparatura č. 5 s vodou chlazenou redukcí osazenou segmenty z polyuretanové pěny.
• Solventní extrakce hexanem, včetně variant s mikrovlnným ohřevem a mechanickým drcením jehličí.
• Koncentrace organických extraktů odpařováním v proudě dusíku a následná analýza.
• Chirální analýza mixu terpenů metodou vibranční cirkulární dichroismu (VCD).

Použitá instrumentace

• UV–Vis spektrofotometr Cary 50 (Varian) pro stanovení mesitylenu při 272,5 a 285 nm.
• Kapalinová chromatografie na skleňé koloně 150×3 mm, Separon SGX C18 7 µm (Tessek), mobilní fáze methanol, průtok 0,4 ml/min, detekce fotometrická při 202 nm a diodové pole při 190–360 nm.
• Plynová chromatografie na Varian 3350 s kapilární kolonou NB-54 (25 m×0,32 mm), dusík jako nosný plyn, FID, teplotní program od 45 °C do 180 °C rychlostí 10 °C/min.
• Vibranční cirkulární dichroismus na FT-IR IFS-66/S (Bruker) s modulem PMA 37.

Hlavní výsledky a diskuse

Modelové pokusy s mesitylenem ukázaly, že aparatura č. 5 zachytí až 90 % sloučeniny v polyuretanových segmentech při objemu destilátu pouhých 22 ml. Při aplikaci na 5 g čerstvého jehličí bylo po prvním varu izolováno asi 95 µg terpenů/g, o týden později 186 µg/g. Destilace 15 g vzorku přinesla souhrnnou koncentraci až 262 µg/g. Rozložení mezi tři pěnové segmenty ukázalo, že přibližně 68 % terpenů bylo zachyceno v prvním úseku. Solventní extrakce hexanem bez drcení jehličí vedla k nízkým výtěžkům (< 100 µg/g), zatímco mechanické drcení vzorku zvýšilo izolované množství až na 1155 µg/g. Mikrovlnný ohřev nepřinesl významné zlepšení uceleného jehličí. VCD spektrum koncentrovaného extraktu (po odpaření tetrachlormethanu) prokázalo přítomnost opticky aktivních sloučenin, avšak komplexita signálů brání jednoznačné identifikaci.

Přínosy a praktické využití metody

Optimalizovaný postup kombinuje jednoduchou destilaci s pevnou fází přímo v destilační hlavě, což umožňuje vysokou výtěžnost a zároveň koncentraci terpenů v nízkém objemu sorbentu. Metoda minimalizuje ředění analyzovaného vzorku, usnadňuje následnou chromatografickou i chirální analýzu a je vhodná pro rutinní monitoring terpenického profilu.

Budoucí trendy a možnosti využití

Dalšími kroky mohou být:

• Optimalizace materiálu sorbentu pro širší spektrum semivolatilit.
• On-line napojení destilace na GC nebo LC–MS pro automatizované stanovení.
• Frakční separace extraktu pro zjednodušení VCD interpretace.
• Rozšíření na jiné druhy jehličnanů a biomasy.

Závěr

Studie prokázala, že kombinace vodní destilace a sorpce na polyuretanové pěně v upravené aparatuře č. 5 poskytuje účinné a koncentrované izolování terpenů z jehličí smrku. Solventní a mikrovlnné extrakce bez mechanického drcení jsou pro intaktní jehličí nevhodné. Navržený model podporuje přesnou kvantitativní i chirální analýzu a má potenciál pro další aplikace v ekologii i průmyslu.

Reference

1. Holubová V., Chvíličková I., Kubáň V.: Collect. Czech. Chem. Commun. 65, 1073 (2000).
2. Pfeifhover H. W.: Flavour Fragrance J. 15, 266 (2000).
3. Muzika R. M., Campbell C. L., Hanover J. W., Smith A. L.: J. Chem. Ecol. 16, 2713 (1990).
4. Owens M. K., Straka E. J., Carroll C. J., Taylor C. A.: J. Range Manag. 51, 540 (1998).
5. Orav A., Kailas T., Koel M.: J. Essential Oil Res. 10, 387 (1998).
6. Hennig P., Steinborn A., Engewald W.: Chromatographia 38, 689 (1994).
7. Jüttner F.: Physiol. Plant. 72, 48 (1988).
8. Kainulainen P., Holopainen J. K., Oksanen J.: New Phytol. 130, 231 (1995).
9. Kainulainen P., Holopainen J. K., Oksanen J.: Water, Air, Soil Pollut. 85, 1393 (1995).
10. Urbanová M., Setnička V., Volka K.: Chirality 12, 199 (2000).