ZAKŁAD BIOCHEMII

METABOLIZM

IV rok Biochemii

UMCS

WTÓRNY

i Biotechnologii

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------

1

EKSTRAKCJA OLEJKÓW ETERYCZNYCH Z MATERIAŁU ROŚLINNEGO

Biosynteza metabolitów wtórnych jest ściśle powiązana z przemianami metabolizmu

podstawowego poprzez wspólne metabolity pośrednie (np. ufosforylowane cukry, acetylo-CoA,
malonylo-CoA, aminokwasy białkowe) czy też poprzez enzymatycznie modyfikowane pochodne
metabolitów szlaków podstawowych (np. aminocukry, propionylo-CoA, metylomanoly-CoA,
aminokwasy niebiałkowe). Poniższa tabela przedstawia przykłady prekursorów zużywanych w
syntezach specyficznych, ich charakterystykę oraz metabolity specyficzne powstające z tych
prekursorów.

Typy

prekursorów

Przykłady prekursorów

Idiolity powstające z tych

prekursorów

Aktywne
formy kwasów
tłuszczowych

acetylo-CoA, propionylo-CoA,
malonylo-CoA, amidomalonylo-
CoA, metylomalonylo-CoA

Poliketydy np. antracykliny,
tetracykliny, ryfamycyny,
flawonoidy,

Jednostki
izoprenowe

mewalonian,
pirofosforan izopentenylu

składniki

olejków

eterycznych,

żywic,

sterydy,

pochodne

karotenowców,

Aminokwasy i
ich pochodne

L-α-aminokwasy, D-Ala, D-Wal,

D-Phe, β-Ser, β-Tyr, β-Lys,
iminokwasy, pochodne N-metylowe
aminokwasów, dehydroaminokwasy

cyklosporyny, antybiotyki
β-laktamowe, gramicydyna,
alkaloidy (np. nikotyna, kokaina),
olejki gorczyczne

Prekursory
aromatyczne

p-aminobenzoesan, choryzmian,
aminokwasy aromatyczne

pochodne kwasów fenolowych np.
kumaryny, flawonoidy,

alkaloidy (np. morfina, kodeina, kol-
chicyna,

papaweryna,

chinina,

strychnina)

Cukry i ich
pochodne

ufosforylowane cukry proste,
aminocukry, metyloaminocukry,
deoksycukry (np. streptoza),
cyklitole (np. inozytol),
aminocyklitole (np. streptydyna)

poliketydy, polieny, antybiotyki
aminoglikozydowe,

fruktany, glukany (np. dekstran)

Zasady
azotowe

zasady purynowe i pirymidynowe

alkaloidy (kofeina, teobromina,
teofilina)

ZAKŁAD BIOCHEMII

METABOLIZM

IV rok Biochemii

UMCS

WTÓRNY

i Biotechnologii

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------

2

Budowa i występowanie olejków eterycznych

W naszym klimacie olejki eteryczne najczęściej pozyskuje się z roślin należących do

następujących rodzin:

baldaszkowatych (Umbelliferae),

krzyżowych (Cruciferae),

liliowatych (Liliaceae),

różowatych (Rosceae),

wargowych (Labiatae),

złożonych (Compositae).

Olejki wytwarzane są w wyspecjalizowanych tkankach wydzielniczych. W komórce powstają

tylko w cytoplaźmie przy udziale struktur Golgiego i retikulum endoplazmatycznego. Są one
uważane za końcowe produkty przemiany materii.

Gęstość właściwa większości olejków jest mniejsza niż wody. W temperaturze pokojowej

olejki mają zwykle konsystencję płynną, rzadziej mazistą, a wyjątkowo zestalają się (olejek
anyżowy). Najczęściej są bezbarwne, ale mogą być lekko żółte, brunatnawe, błękitne i zielone.
Bardzo słabo rozpuszczają się w wodzie, natomiast stosunkowo łatwo rozpuszczają się w
tłuszczach, rozpuszczalnikach organicznych oraz innych olejkach eterycznych. Olejki są
optycznie czynne - prawo- i lewoskrętne. Temperatury wrzenia mieszczą się zwykle w przedziale
150-300

O

C. W temperaturze poniżej 0

O

C niektóre olejki eteryczne wydzielają związki stałe,

najczęściej w postaci krystalicznej, które zwane są stearoptenami. Na przykład z olejku
miętowego uzyskuje się w ten sposób mentol, z olejku anyżowego - anetol, z kamforowego -
kamforę.

Jeden olejek przeważnie składa się z kilkudziesięciu związków o różnym stężeniu,

pochodzeniu i charakterze biogenetycznym. Najważniejsze składniki olejków eterycznych należą
do związków terpenowych i ich pochodnych. W ich składzie można ponadto spotkać inne niż
terpeny substancje zapachowe, np.

estry (octan linalilu),

alkohole (benzylowy, fenylowy),

aldehydy (cynamonowy, benzoesowy),

ketony (iron),

fenole (tymol),

etery (anetol, eugenol),

węglowodory,

kumaryny,

kwasy organiczne.

Skład olejku zależy też od części rośliny, z których jest otrzymywany. W przypadku drzewa

cynamonowego, głównym składnikiem olejku eterycznego zawartego w liściach jest eugenol,
podczas gdy w olejku z kory dominuje aldehyd cynamonowy.

ZAKŁAD BIOCHEMII

METABOLIZM

IV rok Biochemii

UMCS

WTÓRNY

i Biotechnologii

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------

3

Charakterystyka niektórych olejków eterycznych

Występowanie

Zapach

Główny składnik

Aktywność

aromatoterapeutyczna

Skórka cytryny

cytrynowy

D-limonen, cytral

bakteriobójcza

Igły jodły pospolitej balsamiczny

pinen, limonen

infekcje górnych dróg
oddechowych

Skórka pomarańczy
słodkiej

pomarańczowy nerol, limonen

antydepresyjna,
lekko uspokajająca

Ziele mięty
pieprzowej

miętowy

mentol, menton

antyseptyczna, łagodząca,
stymulująca trawienie,
znieczulająca

Nasiona kminku

kminkowy

karwon, limonen

łagodząca

Płatki kwiatów róży
damasceńskiej

różany

geraniol, cytronelol,
alkohol
fenyloetylowy

stymulująca, afrodyzjalna,
antyinfekcyjna

Igły sosny

żywiczny

pinen, kareny,
kadiden

antyseptyczna,
immunostymulująca

Nasiona lawendy

lawendowy

octan linalilu,
geraniol

stymulująca, uspokajająca,
antyseptyczna,
przeciwgrzybicza,
przeciwbólowa

Liście eukaliptusa

orzeźwiający

eukaliptol, cyneol,
pinen, kamfen

przeciwbakteryjna,
przeciwwirusowa, łagodząca,
pobudzająca, przeciwbólowa

Ziele szałwi

gorzko ziołowy

β-tujon, pinen,
salwen, kamfen,
borneol

stymulująca, łagodząca
depresje, ułatwiająca
oddychanie

Ziele tymianku

tymolowy

tymol

immunostymulująca,
pobudzająca

TERPENY wchodzące w skład olejków eterycznych to:

□ hemiterpeny ( jedna jednostka izoprenowa-1xC

5

),

□ monoterpeny (dwie jednostki izoprenowe-2xC

5

) acykliczne, monocykliczne lub dwucykliczne

□ seskwiterpeny ( trzy jednostki izoprenowe-3xC

5

).

ZAKŁAD BIOCHEMII

METABOLIZM

IV rok Biochemii

UMCS

WTÓRNY

i Biotechnologii

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------

4

Hemiterpeny
- kwas metyloetylooctowy z olejku arcydzięglowego
- kwas izowalerianowy z olejku walerianowego
- alkohol izoamylowy z olejku miętowego
- prenol z olejku kopru włoskiego

Monoterpeny (C

10

H

16

)

W olejkach monoterpeny stanowią najliczniejszą grupę związków. Są one bardzo lotne i mają
intensywny zapach. Związki te charakteryzują się dużą różnorodnością struktur związanych z
możliwością cyklizacji, obecności podwójnych wiązań, izomerii strukturalnej i optycznej. Ze
względu na budowę monoterpeny oraz ich pochodne (najczęściej tlenowe), czyli
monoterpenoidy, można podzielić na niecykliczne, jednopierścieniowe, i dwupierścieniowe. Ze
względu na stopień utlenienia w wymienionych monoterpenach i monoterpenoidach można
wyróżnić węglowodory, alkohole, aldehydy, ketony, kwasy, estry i tlenki.



monoterpeny niecykliczne: cytronelol – olejek różany i pelargoniowy; geraniol – olejek

różany, pelargoniowy i cytrynowy.

H

CH

2

OH

H

CH

2

OH

izomery geraniolu

OH

OH

izomery cytronelolu

CH

3

CH

2

CH

CH

3

COOH

kwas metyloetylooctowy

C

H

3

CH

CH

2

COOH

C

H

3

C

H

3

CH

CH

2

CH

2

OH

C

H

3

C

H

3

C

20

CH CH

2

OH

C

H

3

kwas izowalerianowy

alkohol izoamylowy

prenol

ZAKŁAD BIOCHEMII

METABOLIZM

IV rok Biochemii

UMCS

WTÓRNY

i Biotechnologii

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------

5



monoterpeny jednopierścieniowe: limonen – olejek pomarańczowy, cytrynowy, kminkowy,

świerkowy, jodłowy;

α-terpinen – składnik olejku kolendrowego i pomarańczowego; mentol

– składnik olejku mięty pieprzowej.



monoterpeny dwupierścieniowe: stanowią jedną z najbardziej zróżnicowanych grup

terpenoidów i dzielą się pod względem budowy szkieletu węglowego na siedem głównych
grup. Najważniejsze to grupa tujanu -

α-tujon – olejek tujowy i ziele piołunu; grupa karanu -

3-karen z olejku sosnowego oraz grupa pinenu, której przedstawicielem jest kamfora z
olejku kamforowego.

Seskwiterpeny C

15

H

24

Stanowią dużą grupę związków. Są gęstymi lepkimi cieczami, wrzącymi powyżej 250

O

C , nie

rozpuszczają się w wodzie, natomiast łatwo ulegają rozpuszczeniu w rozpuszczalnikach
organicznych. Możemy wśród nich wyróżnić związki acykliczne, monocykliczne, dwucykliczne i
trójcykliczne. Przykłady seskwiterpenów to farnezol – składnik olejku konwaliowego, lipowego,
muszkatołowego, akacjowego; bisabolen - z olejku bergamotowego oraz roślin cytrusowych;
kadiden – olejek sosnowy.

OH

limonen

terpinen

(-)-mentol

O

O

tujon

3-karen

kamfora

ZAKŁAD BIOCHEMII

METABOLIZM

IV rok Biochemii

UMCS

WTÓRNY

i Biotechnologii

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------

6

ZWIĄZKI AROMATYCZNE wchodzące w skład olejków eterycznych to węglowodory
aromatyczne i ich pochodne, fenole i ich pochodne oraz heterocykliczne pochodne związków
aromatycznych. Bardzo często są one syntetyzowane z jednostek izoprenoidowych (tak jak
terpenoidy) a nie w przemianach pierścienia aromatycznego (cykl szikimowy).



węglowodory aromatyczne - na uwagę zasługują tutaj alkohol i aldehyd kuminowy, istotne

składniki olejku otrzymywanego z kminu rzymskiego, aldehyd anyżowy oraz główne
składniki olejku cynamonowego (alkohol, aldehyd i kwas cynamonowy).



fenole i ich pochodne

Przykładem fenoli jednowodorotlenowych są anetol oraz estragol składniki olejku estragonowego
a także tymol składnik olejku tymiankowego. Do fenoli dwuwodorotlenowych należy eugenol –
składnik ziela angielskiego i liści laurowych.

OH

H

H

farnezol

bisabolen

kadinen

CHO

CH=CH-CH

2

OH

CH=CH-COOH

ald. kuminowy

alk. cynamonowy

kw. cynamonowy

ZAKŁAD BIOCHEMII

METABOLIZM

IV rok Biochemii

UMCS

WTÓRNY

i Biotechnologii

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------

7

METODY EKSTRAKCJI OLEJKÓW ETERYCZNYCH

Olejki eteryczne wydobywa się z różnych części roślin, np. z kwiatów, owoców, liści,

drewna, łodyg, kłączy czy też nasion roślin uprawnych lub dziko rosnących. Olejki eteryczne
można otrzymać z materiału roślinnego różnymi sposobami,
najczęściej przez destylację z parą wodną, ale również przez
wytłaczanie,

ekstrakcję

rozpuszczalnikami,

a

te

najcenniejsze ekstrahuje się tłuszczami, np. olejek
jaśminowy czy różany.

Do oddestylowania olejków eterycznych służy

aparat Derynga, wykorzystywany w przemyśle zielarskim
do przeprowadzania ilościowej analizy zawartości olejków
eterycznych w materiale roślinnym w celu określenia
wartości leczniczych danego surowca. W zależności od
rodzaju materiału roślinnego, destylacje prowadzi się parą
wodną z dodatkiem lub bez m-ksylenu lub kwasu
siarkowego. Wielkość naważki dobiera się w zależności od
spodziewanej ilości olejku. Nieodzownym warunkiem
sprawnego działania aparatu jest jego czystość.
Pozostające po oznaczeniu resztki olejku usuwa się
przepłukując aparat spirytusem lub acetonem.

Aparat składa się z okrągłodennej kolby szklanej

oraz z części zasadniczej, w której skład wchodzi kolumna
destylacyjna, chłodnica i odbieralnik, które są połączone za
pomocą kurka trójdrożnego, co pozwala uzyskać zamknięty
obieg wody w czasie destylacji. Kolumna destylacyjna,
połączona za pomocą szlifu z kolbą okrągłodenną,
przechodzi

do

chłodnicy

wodnej

tworząc

rurkę

kondensacyjną. Przed destylacją wprowadzamy do rurki
kondensacyjnej wodę, na powierzchni, której zbiera się
oddestylowany olejek. Rurka kondensacyjna przechodzi
poniżej chłodnicy w część kalibrowaną, stanowiącą
odbieralnik zaopatrzony w podziałkę.

OH

CH

2

CH=CH

2

OMe

CH

2

CH=CH

2

OH

OMe

tymol

anetol

eugenol

ZAKŁAD BIOCHEMII

METABOLIZM

IV rok Biochemii

UMCS

WTÓRNY

i Biotechnologii

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------

8

WYKONANIE ĆWICZENIA

1. Dokładnie odważyć próbkę surowca (10g / 100 ml wody destylowanej) i natychmiast umieścić
w kolbie. Najpierw zalać połową ilości wody, a po wymieszaniu zawartości kolby, spłukać
surowiec ze ścianek pozostałą jej częścią. Do kolby dodać kawałki porcelanki!!! Kolbę
połączyć z aparatem Derynga, napełnić odbieralnik wodą, włączyć chłodzenie i ogrzewać 2
godziny, licząc od chwili rozpoczęcia wrzenia zawartości kolby. Po zakończeniu destylacji
chłodzenie wyłączyć, olejek sprowadzić na mikroskali i odczytać otrzymany wynik. Odczytaną
ilość olejku przeliczyć na 100 gramów surowca roślinnego.

2. Dla wybranej próbki olejku eterycznego sporządzić widmo w UV na spektrofotometrze (5 µl
olejku rozpuścić w 5 ml etanolu).

3. Dla wybranych dwóch olejków wykonać chromatografię cienkowarstwową. Na linię startu
nanieść 10 µl olejku, wysuszyć i rozwijać w mieszaninie chloroform : benzen (3:1). Po
rozwinięciu chromatogramu, płytkę wysuszyć i spryskać bardzo ostrożnie roztworem waniliny
w kwasie siarkowym.

FORMA ZALICZENIA

Przedstawić opis doświadczenia w zeszycie wraz z rysunkiem aparatu Derynga i z

charakterystyką otrzymanego materiału roślinnego. Dołączyć wyniki pomiaru spektro-
fotometrycznego (kopię lub oryginał) oraz podać ilość wydzielonego podczas destylacji olejku
eterycznego. Narysować wybarwioną płytkę chromatograficzną.

ODCZYNNIKI

1. Zestaw do chromatografii cienkowarstwowej (mieszanina rozwijająca- chloroform : benzen
(3:1), 1% roztwór waniliny w stężonym kwasie siarkowym)
2. Aparat Derynga
3. Materiał roślinny (melisa, lawenda, mięta, skórki pomarańczowe, skórki cytrynowe)
4. Wzorce olejków eterycznych