Verschiedene Techniken zur Gewinnung von ätherischen Ölen

Ätherische Öle sind chemische Botenstoffe, die von aromatischen Pflanzen verwendet werden, um mit ihrer Umgebung zu interagieren. Diese Öle können Krankheiten und Parasiten abwehren, aber auch vor Sonneneinstrahlung schützen. Sie spielen eine wichtige Rolle bei der Vermehrung und Verbreitung von Pflanzenarten, da sie bestäubende Insekten anlocken.

Die Destillation eines ätherischen Öls mit Wasserdampf

Die Wasserdampfdestillation ist die wichtigste Methode zur Gewinnung von ätherischen Ölen und neben der Kaltexpression für Zitrusschalenöle die einzige, die vom Europäischen Arzneibuch zugelassen ist. Sie wurde von den Pharaonen erfunden und von den Arabern verbessert. Sie verwendet einen Destillierkolben, meist aus Kupfer oder Edelstahl, mit einem Sieb, das den direkten Kontakt der Pflanzen mit dem Wasser verhindert.

Wenn der Wasserdampf durch die Pflanzen strömt, nimmt er die Mikrotröpfchen des ätherischen Öls mit. In einer Rohrschlange gekühlt, kondensiert dieser Dampf und trennt das ätherische Öl aufgrund des Dichteunterschieds mithilfe eines florentinischen Gefäßes vom Wasser.

Bei der Technik wird das Wasser bis zum Sieden erhitzt, wodurch Dampf entsteht, der die flüchtigen Bestandteile der Pflanzen extrahiert. Diese Dämpfe steigen in einem Kühlgerät auf, das auf 15°C bis 18°C gekühlt wird, um die Bildung von Kristallen oder eine unzureichende Kondensation zu vermeiden. Beim Kondensieren tropfen die Dämpfe in einen Behälter, der das Destillat bildet, eine Mischung aus ätherischem Öl und Wasser. Diese Mischung wird dann durch Dekantieren getrennt, wobei ein organisches Lösungsmittel wie Diethylether verwendet wird. Das ätherische Öl wird mit dem Ether vermischt, über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und dann in Milchglasflaschen bei 4 °C aufbewahrt.

Diese Methode vermeidet den direkten Kontakt der Öle mit Wasser, verhindert den Abbau und bewahrt die Qualität des Öls. Sie ist ideal, um die ätherischen Öle von der Oberfläche der Pflanzen zu extrahieren. Die Wasserdampfdestillation dauert länger und erfordert mehr Dampf für nicht oberflächliche Öle, ermöglicht jedoch eine schnellere und schonendere Extraktion und bereichert die Kopfnoten, die in der Industrie und Parfümerie von entscheidender Bedeutung sind. Für die Aromatherapie wird die Destillation verlängert, um alle flüchtigen Bestandteile zu gewinnen.

Hydrodestillation

Die Hydrodestillation ist eine einfache Methode, um ätherische Öle zu extrahieren. Dabei wird das Pflanzenmaterial in Wasser eingetaucht und dann unter atmosphärischem Druck zum Kochen gebracht. Durch die Hitze werden die Duftmoleküle aus den Pflanzenzellen freigesetzt. Das kochende Wasser löst einen Teil des ätherischen Öls, das mit dem Wasserdampf verdampft wird und ein azeotropes Gemisch bildet. So verdampfen ätherische Öle, die normalerweise zwischen 200 und 300 °C sieden, bei einer Temperatur, die der des Wassers nahe kommt. Nach dem Abkühlen trennen sich das Wasser und die ätherischen Öle in zwei Phasen.

Bei direktem Kontakt mit Wasser kann es jedoch zu Hydrolyseerscheinungen kommen. Die Hitze bei der Hydrodestillation kann die hitzeempfindlichen Bestandteile der ätherischen Öle chemisch verändern und abbauen. Das gewonnene Öl unterscheidet sich daher von der ursprünglichen Essenz, insbesondere wenn die Destillation lange dauert (3 Stunden). Die Hydrodestillation kann optimiert werden, indem ein elektrisches Rührwerk in die Mischung eingebaut wird, wodurch die Destillationszeit und der Energieverbrauch verringert werden. Mit dieser Technik lassen sich auch Öle aus schwer destillierbaren Pflanzen wie Holz, Wurzeln oder Zwiebeln extrahieren.

Die Hydrodestillation hat jedoch ihre Grenzen. Längeres Erhitzen kann einige Pflanzen schädigen und aromatische Moleküle abbauen. Wasser, Säure und Temperatur können chemische Reaktionen wie die Hydrolyse von Estern, Umlagerungen oder Oxidationen auslösen. Diese Reaktionen erklären die großen Unterschiede in der Zusammensetzung der mit dieser Methode gewonnenen ätherischen Öle.

Die Kaltexpression

Die Extraktion durch Kaltexpression ist zweifellos das einfachste, aber leider auch das beschränkteste Verfahren. Bei diesem Verfahren werden die ” Taschen “, die sich an der Oberfläche der Schale dieser Früchte befinden und das ätherische Öl enthalten(Bergamotte, Bitterorange, Zitrone, Grapefruit, Mandarine, …), durch verschiedene Verfahren aufgesprengt essenz “da das pflanzliche Produkt durch die Extraktionsmethode nicht verändert wird. Die weltweite Produktion erfolgt in Kalabrien und Sizilien.

Die Technik der Kaltexpression ist meist Obst- oder Pflanzensorten wie Zitrusfrüchten (Orangen, Zitronen, Mandarinen…) vorbehalten. Die ätherischen Öle dieser Früchte sind in den kleinen Drüsen ihrer Schalen (Zesten) enthalten.

Diese Methode wird ohne Erhitzen durchgeführt: Die pflanzliche Substanz wird mithilfe einer hydraulischen Presse einem starken Druck ausgesetzt. Diese wird mithilfe von perfektionierten Maschinen durchgeführt. Vor dieser Mechanisierung waren die Methoden der Kaltextraktion lange Zeit handwerklich geprägt.

Die Kaltpressung ist eine Technik, die in Sizilien entstand und später in allen Ländern, die Zitrusfrüchte anbauen, angewandt wurde. Die frische Zitrone wurde halbiert, das Fruchtfleisch ausgehöhlt und die nasse Schale etwa zehn Stunden lang stehen gelassen. Danach wurde die Schale mehrmals gegen eine Reihe von Schwämmen, die in einem Gefäß befestigt waren, gedrückt, um die Essenz herauszulösen. Der überprüfte Druck wurde von einer Drehbewegung der Hand mit einem speziell dafür entwickelten Stab begleitet. So konnte man nach dem Dekantieren (vorausgesetzt, man hatte das nötige Geschick oder eine gute Ausbildung) durch Auspressen der Schwämme eine sehr feine Essenz in der Tonvase gewinnen.

Das Enfleurage-Verfahren

Die Enfleurage oder Sättigungsmazeration ist eine alte Technik, die heute nur noch selten angewandt wird. Sie eignet sich für Pflanzen, deren Aroma die Hitze der Destillation nicht verträgt, und besteht darin, empfindliche pflanzliche Stoffe zwischen zwei Fettschichten zu legen, die bis zur Sättigung erneuert werden. Anschließend wird das überschüssige Fett entfernt, um eine absolute Essenz, ein ätherisches Öl von hoher olfaktorischer Qualität, zu erhalten.

Einige Pflanzen, insbesondere Blumen wie Jasmin oder Rose, enthalten nur wenige aromatische Moleküle, die sich nur schwer durch Destillation extrahieren lassen. Die Extraktion in Absolue stellt ihren Duft getreuer nach. Beim Enfleurage, einer alten Methode, die hauptsächlich für die Parfümerie bestimmt ist, werden die Blüten in Fett gelegt. Sobald das Fett gesättigt ist, wird es mit Alkohol gewaschen, um die Aromen zu extrahieren und das Absolue zu erhalten. Diese teure Methode, bei der tierisches Fett verwendet wird, wurde weitgehend durch die Extraktion mit Lösungsmitteln ersetzt.

Es gibt zwei Arten der Enfleurage: kalt und warm. Das kalte Enfleurageverfahren ist zwar teuer, verarbeitet aber empfindliche Blumen. Das geruchlose Fett nimmt den Geruch der Blumen drei Monate lang auf. Das duftende Fett wird dann mit Alkohol behandelt, und das Absolue wird gewonnen, nachdem der Alkohol durch Destillation entfernt wurde. Industriell wurde diese Technik um 1930 aufgegeben.

Bei der seit der Antike praktizierten Heiß Enfleurage wird Fett geschmolzen und mit Blüten vermischt. Die Mischung wird gerührt und die Blumen werden regelmäßig ausgetauscht. Nach der Sättigung wird das duftende Fett wie beim kalten Enfleurageverfahren weiterverarbeitet, um eine duftende Salbe zu erhalten.

Die Extraktion eines ätherischen Öls mit Lösungsmitteln

Heutzutage ersetzt die Extraktionstechnik mit Lösungsmitteln die Enfleurage, um Absolues zu erhalten, die in der Parfümerie wegen ihres reinen und starken Geruchs geschätzt werden. Bei dieser Methode werden die Pflanzen in flüchtigen Lösungsmitteln wie Hexan mazeriert. Nach dem Verdampfen des Lösungsmittels erhält man ein sehr aromatisches Konkretum. Dieses Konkret wird mit Ethylalkohol verdünnt, gefiltert und dann durch Destillation unter vermindertem Druck konzentriert, um den Alkohol zu entfernen, wodurch das Absolue entsteht. Die Extraktion mit überkritischem CO2, die für Rinden, Samen oder Gewürze verwendet wird, ist auch in der Lebensmittelaroma- und Parfümindustrie beliebt.

Bei der Lösungsmittelextraktion werden die Blüten in einem flüchtigen Kohlenwasserstofflösungsmittel wie Hexan mazeriert. Das Lösungsmittel verdampft dann und hinterlässt ein Konkret, das aromatische Verbindungen, Wachse und Öle der Pflanze enthält. Das Konkret wird in Alkohol mazeriert, um das Wachs zu reduzieren und das Absolue zu erhalten. Die alkoholische Lösung wird homogenisiert, gekühlt, um die Wachse auszufällen, und dann wird der Alkohol verdampft, um das Absolue zu erhalten.

Die gebräuchlichsten Lösungsmittel sind Hexan, Cyclohexan und Ethanol. Die Extraktion wird mit einem Soxhlet-Apparat durchgeführt. Je nach Lösungsmittel erhält man verschiedene Arten von Extrakten, darunter Hydrolysate, Alkoholate, Tinkturen, Resinoide und Konkrete.

Bei der klassischen Lösungsmittelextraktion wird das Pflanzenmaterial in einen Extraktor mit einem flüchtigen Lösungsmittel gegeben. Nach aufeinanderfolgenden Waschvorgängen wird das mit aromatischen Molekülen beladene Lösungsmittel bei atmosphärischem Druck destilliert. Diese Technik ist zwar teurer, bietet aber im Allgemeinen höhere Ausbeuten als die Destillation und vermeidet die Hydrolyse durch Wasserdampf. Neue Techniken wie die mikrowellenunterstützte Extraktion und die Extraktion mit überkritischem CO2 wurden entwickelt, um die Effizienz und die Umweltsicherheit zu verbessern.

Die Extraktion mit Mikrowellen

Mikrowellen werden bei zwei Arten von Extraktionen eingesetzt:

• der VMHD (Mikrowellen-Hydrodestillation unter Vakuum)
• die ESSAM (mikrowellenunterstützte lösungsmittelfreie Extraktion).

Bei der VMHD ist nur das Wasser der Pflanze an der Extraktion beteiligt. Die Wassermoleküle absorbieren die Wellen und erzeugen Hitze, die die Zellstruktur der Pflanzen aufbricht und so den Prozess der Hydrodestillation einleitet. Der Dampf extrahiert den Inhalt der Zellen und kondensiert dann zu einer Flüssigkeit.

Diese Technik setzt die Zellstruktur schneller frei, spart Zeit und Wasser und hinterlässt keine Spuren von Lösungsmitteln im ätherischen Öl. Mit ESSAM kann man frisches Pflanzenmaterial bei atmosphärischem Druck ohne Wasser oder Lösungsmittel extrahieren. Die Pflanzen werden in einem Reaktor in einen Mikrowellenofen gelegt. Die innere Erhitzung des der Pflanze innewohnenden Wassers dehnt ihre Zellen aus, wodurch eine azeotrope Destillation einer Mischung aus Wasser und ätherischem Öl bewirkt wird. Ein externes Kühlsystem kondensiert das Destillat, das dann zur Phasentrennung in die Clevenger-Apparatur geleitet wird.

Im Vergleich zur herkömmlichen Destillation produziert diese lösungsmittelfreie Mikrowellen-Extraktionsmethode ein ätherisches Öl von ähnlicher Qualität in kürzerer Zeit. Sie begünstigt die Extraktion von sauerstoffhaltigen Verbindungen, die stärker riechen als Monoterpene. Die Technik verkürzt die Destillationszeit und erhöht die Ausbeute, ist aber noch nicht industriell entwickelt worden. Sie hat viele Vorteile: grüne Technologie, Energie- und Zeitersparnis, geringe Anfangsinvestition und Minimierung der thermischen und hydrolytischen Abbauprozesse.

Die SFME (Solvent Free Microwave Extraction) kombiniert die Techniken der Mikrowellenerhitzung und der trockenen Destillation. Ohne Zugabe von Wasser oder Lösungsmitteln bewirkt die innere Erhitzung des Pflanzenwassers, dass die Öldrüsen und -behälter aufbrechen und das ätherische Öl freisetzen, das mit dem Pflanzenwasser verdunstet. Diese Technik ist schneller, spart Energie und produziert ätherische Öle, die reicher an Sauerstoffverbindungen sind.

Die Extraktion mit überkritischem CO2

Die überkritische CO2-Extraktion, die der Lösungsmittelextraktion ähnelt, nutzt CO2 als unschädliches Lösungsmittel, das keine Spuren im gewonnenen ätherischen Öl hinterlässt. Um den überkritischen Zustand zu erreichen, wird ein Element einem hohen Druck oder einer hohen Temperatur ausgesetzt. CO2 erreicht diesen Zustand leicht: Es muss nur auf 31 °C erhitzt oder unter einen Druck von 74 bar gesetzt werden. Auch andere überkritische Flüssigkeiten können verwendet werden.

Bei diesem Verfahren werden zerkleinerte Pflanzen in einen Extraktor gegeben und dann überkritischem CO2 ausgesetzt, das komprimiert und auf 40 °C erhitzt wird. Das ätherische Öl löst sich auf und das CO2 wird wieder gasförmig und lässt sich leicht vom Öl trennen. Dieses Öl bleibt rein und der ursprünglichen Substanz der Pflanze treu. Dennoch ist diese Methode aufgrund der hohen Kosten für die Ausrüstung noch nicht sehr verbreitet.

Die Extraktion mit überkritischem CO2 zeichnet sich durch ihr Lösungsmittel aus: CO2 in der überkritischen Phase, das weder flüssig noch gasförmig ist. Im überkritischen Zustand wird es zu einem hervorragenden Lösungsmittel, im gasförmigen Zustand ist es jedoch wenig wirksam. Zu seinen Vorteilen gehören seine inerte, ungiftige und kostengünstige Natur, die Verwendung niedriger Temperaturen und die einfache Abtrennung des Lösungsmittels am Ende des Zyklus. Diese Technik, die vollständiger und weniger abbauend als Wasserdampf ist, bringt neue Geruchsnoten mit sich. Ihre industriellen Installationskosten bleiben jedoch hoch.

Quellen

• https://www.doc-developpement-durable.org/file/Fabrications-Objets-Outils-Produits/Huiles-essentielles/FICHES_PLANTES&HUILES/Huile-essentielle_Wikipedia_FR.pdf
• https://agrobiologia.net/online/wp-content/uploads/2020/01/18-1653-1659_-BOUKHATEM-et-al_.pdf
• https://fr.wikipedia.org/wiki/Enfleurage
• https://dumas.ccsd.cnrs.fr/dumas-01919474/document
• https://dumas.ccsd.cnrs.fr/dumas-01515314/document
• https://www.ummto.dz/dspace/bitstream/handle/ummto/1568/THESE.pdf?sequence=1&isAllowed=y