Low temperature extraction of essential oil bearing plants by liquefied gases. 11. DIll (Anethum graveolens L.).

Abstract

The chemical composition of extract from the dill (Anethum graveolens L.) by extraction with tetrafluoroethane was analyzed using GC and GC/MS. The main compounds (concentration higher than 3 %) of extract were: D-carvon (53,12 %)and limonen (37,12 %). The studied extract demonstrated antimicrobial activity against Gram-positive bacteria. The extract has higher antioxidant activity against DPPH radical.

Full text

НАУЧНИ ТРУДОВЕ
ТОМ LX
“ХРАНИТЕЛНА НАУКА, ТЕХНИКА И
ТЕХНОЛОГИИ – 2013“
18-19 октомври 2013, Пловдив
SCIENTIFIC WORKS
VOLUME LX
„FOOD SCIENCE, ENGINEERING AND
TECHNOLOGIES – 2013“
18-19 October 2013, Plovdiv
НИСКОТЕМПЕРАТУРНА ЕКСТРАКЦИЯ НА ЕТЕРИЧНОМАСЛЕНИ
СУРОВИНИ С ВТЕЧНЕНИ ГАЗОВЕ.
11. ТРЕВА ОТ КОПЪР (Anethum graveolens L.)
Ненко Ненов
1
, Теодора Атанасова
1
, Иванка Стоилова
1
,
Велизар Гочев
2
, Таня Гирова
2
, Албена Стоянова
1
1- Университет по хранителни технологии, бул.Марица 26, Пловдив
2- Пловдивски Университет „П. Хилендарски”, ул. Цар Асен 24, Пловдив
LOW TEMPERATURE EXTRACTION OF ESSENTIAL OIL BEARING
PLANTS BY LIQUIFICATE GASES. 11. DILL (Anethum graveolens L.)
Nenko Nenov
1
, Teodora Atanasova
1
, Ivanka Stoilova
1
,
Velizar Gochev
2
, Tanya Girova
2
, Albena Stoyanova
1
1 – University of Food Technologies, Maritza 26, Plovdiv - Bulgaria
2 – „Paisii Hilendarski” University of Plovdiv, “Tzar Asen” str. 24 - Bulgaria
Abstract: The chemical composition of extract from the dill (Anethum graveolens L.) by extraction with
tetrafluoroethane was analyzed using GC and GC/MS. The main compounds (concentration higher than 3 %) of extract
were: D-carvon (53,12 %)and limonen (37,12 %). The studied extract demonstrated antimicrobial activity against Gram-
positive bacteria. The extract has higher antioxidant activity against DPPH radical.
Ключови думи: копър, екстракция с тетрафлуоретан, състав и свойства
ВЪВЕДЕНИЕ
Копърът (Anethum graveolens L.) е
едногодишно растение от сем. Сенникоцветни
(Apiaceae). Среща се в почти всички страни от
Европа, Азия, Америка и Северна Африка.
Като етеричномаслена култура в България се
отглежда на ограничени площи във Видински,
Търновски, Русенски, Шуменски, Казанлъшки и
други райони на страната.
По основни компоненти на етеричното масло
са установени четири хемотипа копър:
I хемотип – лимонен (36,9 - 46,7 %), карвон
(17,8 - 45,6 %), миристицин (0,2 - 20,3 %) и
дилапиол (8,0 - 2,3 %)
II хемотип - лимонен (31,0 - 40,9 %), карвон
(25,1 - 47,4 %) и дилапиол (6,3 - 31,8 %)
III хемотип - лимонен (39,5 - 50,7 %) и карвон
(43,7 - 57,7 %)
IV хемотип - лимонен (около 43 %), карвон
(около 41 %) и миристицин (около 11 %).
В света се получават типа етерични масла – от
трева и от плодове, които имат различен състав и
приложение [5].
Етеричното масло от трева представлява лесно
подвижна, бледожълта до жълта прозрачна
течност. Количеството на етерично масло е 0,3 -
0,6 % към свежа маса и 0,8 - 2,2 % към абс. суха
маса. Маслото намира приложение в
парфюмерията, хранително-вкусовата промишле-
ност и медицината, както и за изолиране на
карвон и лимонен [5].
Етеричното масло от плодовете е лесно-
подвижна тъмножълта до жълто-кафява течност с
характерен карвонов, подправъчен, свеж мирис и
мек вкус в началото, който после преминава в
остър и лют. Маслото се използва в хранително-
вкусовата промишленост и медицината, за
ароматизиране на препарати за уста и хранителни
продукти [5].
Върху състава на етеричното масло от копър
влияние оказват георграфските условия на
отглеждане, както и това да ли се преработва
цялата надземна част или само плодовете.
Данните в литературата показват, че при
преработка на цялата надземна част етеричното
масло е богато предимно на α-феландрен,

НАУЧНИ ТРУДОВЕ
ТОМ LX
“ХРАНИТЕЛНА НАУКА, ТЕХНИКА И
ТЕХНОЛОГИИ – 2013“
18-19 октомври 2013, Пловдив
SCIENTIFIC WORKS
VOLUME LX
„FOOD SCIENCE, ENGINEERING AND
TECHNOLOGIES – 2013“
18-19 October 2013, Plovdiv
лимонен и карвон [11, 12, 18, 19, 20, 23, 24 ], а
това от плодовете на D-карвон, лимонен и
дихидрокарвон [6, 11, 14, 16].
Антимикробната активност на ароматичните
продукти (етерично масло и екстракти) от копър
е изследвана спрямо различни видове микро-
организми: Gram-положителни и Gram-
отрицателни бактерии, дрожди и плесенни гъби
[9, 13, 15]. Според литературните данни арома-
тичните продукти проявяват по-силно изразена
активност спрямо плесенните гъби, дрождите и
Gram-положителните бактерии [13, 15, 24].
Установено е, че антимикробното действие се
дължи на основните компоненти – D-карвон и
лимонен [13].
Етеричното масло и етаноловите екстракти,
получени от тревата проявяват добра антиок-
сидантна и антимикробна активност [16, 21, 22].
Днес, в България плодовете и тревата на
копъра се преработват изключително чрез парна
дестилация.
На световния пазар, освен етерично масло се
предлагат и други ароматични продукти,
получени с традиционните за етерично-маслената
промишленост полярни и неполярни разтвори-
тели, както и с втечнен въглеродендиоксид.
Екстрактите, получени с втечнени газове са
безвредни, разтворителите се изпаряват при
стайна температура, отработената суровина не
съдържа остатъчен разтворител и може да се
използва за фураж.
В литературата няма данни за преработка на
трева от копър с тетрафлуоретан, което е и цел на
настоящата работа.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИ
Изследвана е трева от копър (Anethum
graveolens L.), закупена от търговската мрежа,
реколта 2009 г, с влажност 50 % [4].
На екстракта са определени някои физични и
химични показатели: външен вид, цвят, мирис,
вкус, относителна плътност (d
20
20
), летливост при
105
о
С, коефициент на пречупване на светлината
(n 20
D) и киселинно число [4].
Получаване на екстракт:
Екстракцията е проведена в лабораторни
условия [3] с разтворител 1,1,1,2-тетрафлуоретан
(C
2
H
2
F
4
) с търговско наименование фреон 134а,
разрешен за хранителни цели.
Технологичните параметри на процеса са:
обем на екстрактора 1 dm
3
, налягане в апарата 0,5
MPa; температура на процеса 18
о
С;
продължителност 75 min.
Изборът на технологични параметри е по
предварителни наши непубликувани данни, като
добивът е изчислен спрямо абс. сухо вещество.
Химичен състав на екстракта:
За GC анализ е използван апарат Agilent
7890A с пламъчно-йонизационен детектор;
колона HP-INNO Wax Polyethylene Glycol (60 m x
0,25 mm; филм 0,25µm); температурни условия:
70
О
С - 10 min, 70 - 240
о
C при 5
о
C/min, 240
о
C - 5
min; 240 - 250
о
C при 10
о
C/min, 250
о
- 15 min; газ
носител хелий, 1 cm
3
/min постоянна скорост;
инжектор: split, 250
о
C, split съотношение 50:1.
За MS/GC анализа е използван апарат Agilent
5975 C, газ носител хелий, колона и
температурни условия както при GC анализа;
детектори: FID, 280
о
C, MSD, 280
о
C transfer line.
Антимикробна активност:
Като тест микробни култури са използвани
различни клинични и хранителни микробни
изолати, както и референтни щамове бактерии.
Всички използвани тест култури са депозирани в
колекцията на катедра „Биохимия и микробио-
логия”, ПУ „П. Хилендарски”, Пловдив.
Антимикробна активност е определена по
Дисков Агар Дифузионен тест [7] и метода на
серийните разреждания в течна среда във
варианта на микродилуция [8]. Активността е
изразена като диаметър на инхибиторната зона
(IZ, mm) и като Минималната инхибиторна
концентрация (MIC, % (v/v). Минималната инхи-
биторна концентрация се дефинира като онази
концентрация, която предизвиква над 90 %
инхибиране на микробния растеж при условията
на екперимента.
Антиоксидантна активност:
Определена е спрямо DPPH радикала по
метода на Mensor и съавт. [17]. Екстрактът е
разреждан с етилов алкохол до концентрации от
10 до 90 mg/cm
3
.
За да се оцени антиоксидантната активност на
екстракта, се определя концентрацията, която
предизвиква 50 % инхибиране на радикала и се
означава като IC
50
.
Всички представени резултати са
средноаритметична стойност от три паралелни
експеримента.
РЕЗУЛТАТИ И ОБСЪЖДАНЕ
Екстрактът представлява жълта течност с
характерен мирис и вкус на суровината.
Определените физични и химични показатели
имат следните стойности: d 20
20 - 0,9229, летливост

НАУЧНИ ТРУДОВЕ
ТОМ LX
“ХРАНИТЕЛНА НАУКА, ТЕХНИКА И
ТЕХНОЛОГИИ – 2013“
18-19 октомври 2013, Пловдив
SCIENTIFIC WORKS
VOLUME LX
„FOOD SCIENCE, ENGINEERING AND
TECHNOLOGIES – 2013“
18-19 October 2013, Plovdiv
- 5,5 %, n20
D - 1,4873 и киселинно число – 1,4 mg
KOH/g екстракт.
По физични и химични стойности екстрактът
не се различава от показателите на етерично
масло и отговаря на БДС 17980-96 [5].
Добивът и химичният състав са представени
на табл. 1. В сравнение с екстракти, получени от
други представители на същото семейство с
тетрафлуоретан, изследваният от нас извлек е с
по-нисък добив, напр. резене
(3,8 %) [10], анасон
(2,7 %) [1] и
кориандър (0,8 %) [2]
От данните в табл. 1 се вижда, че са идентифи-
цирани 14 компонента, което съставлява 97,11 %
от състава. Преобладават кислородсъдържащите
терпени, следвани от терпеновите въглево-
дороди.
По количества на основните компоненти
полученият екстракт се доближава по състав до
етерични масла от I хемотип.
Разликите в количествата на иденти-
фицираните компоненти в сравнение с данните
от литературата се дължат на начина на
преработка на суровината – екстракция с втечнен
газ.
Таблица 1
Химичен състав на екстракт от трева на копър.
Компоненти %
α-Пинен 0,13
Мирцен 0,23
α-Феландрен 1,77
Лимонен 37,12
β-Феландрен 0,39
γ-Терпинен 0,45
p-Цимен 0,35
p-Мента-1,5,8-триен 0,11
Анетофуран 0,09
Линалол 0,55
Дихидрокарвон 2,58
D-Карвон 53,12
Дихидрокарвеол 0,11
Нео-дихидрокарвеол 0,11
Добив
0,65
На табл. 2 са представени резултатите от
определяне на антимикробната активност. От
данните се вижда, че екстрактът проявява
активност спрямо изследваните микробни
култури с изключение на бактериите от вида P.
aeruginosa. По-силно изразен антимикробен
ефект е установен спрямо Gram-положителните и
по-слаб - спрямо Gram-отрицателните бактерии.
Това се дължи на наличието на външна мембрана
при Gram-отрицателните бактерии, която
затруднява дифузията на екстракта от средата в
протоплазмата на клетката. Устойчивостта на
бактериите от вида P. aeruginosa вероятно се
дължи на продукцията на външноклетъчни
флуоресцентни пигменти, които играят защитна
функция.
Таблица 2
Антимикробна активност на екстракт от трева на
копър.
Тест-микро-
организми Произход IZ,
mm MIC,
%, v/v
B. cereus Хранителен
изолат 14 0,4
S. epidermidis Клиничен
изолат 16 0,4
S. aureus ATCC 6538 16 0,4
L.monocytogenes
Хранителен
изолат 16 0,4
E. coli Хранителен
изолат 11 0,8
E. coli ATCC 8739 10 0,8
S. abony Клиничен
изолат 10 0,8
S. abony ATCC 6017 10 0,8
P. aeruginosa Хранителен
изолат - -
P. aeruginosa ATCC 9627 - -
На фиг. 1. е представена антиоксидантната
активност. От данните се вижда, че при концент-
рация 15 mg/ml се достига до 91,2 % инхибиране
на DPPH радикала. Стойността на IC
50
(коефициент на корелация R
2
= 1). е 1,17 mg/ml
В сравнение с традиционно използваните
антиоксиданти, влагани в козметични и
хранителни продукти – аскорбинова киселина
(4,20 µg/cm
3
), рутин (14,65 µg/cm
3
), BHT (1,12
µg/cm
3
) и BHA (4,41 µg/cm
3
) [1], екстрактът
притежава значително по-слаба антиокидантна
активност.
В сравнение с екстракти, получени от други
представители на същото семейство с тетра-
флуоретан, изследваният от нас извлек е с много
по-висока антиоксидантна активност, напр.
кориандър (IC
50
– 17,74 mg/ml) [2], анасон (IC
50
-
8,32 mg/ml) [1]
и резене
(IC
50
- 6,39 mg/ml) [10].

НАУЧНИ ТРУДОВЕ
ТОМ LX
“ХРАНИТЕЛНА НАУКА, ТЕХНИКА И
ТЕХНОЛОГИИ – 2013“
18-19 октомври 2013, Пловдив
SCIENTIFIC WORKS
VOLUME LX
„FOOD SCIENCE, ENGINEERING AND
TECHNOLOGIES – 2013“
18-19 October 2013, Plovdiv
Антиоксидантна активност на екстракт от
копър
0
20
40
60
80
100
1 2 4 8 10 15
Концентрация, mg/ml
И н х и б и р а н е , %
Фигура 1.
Антиокисидантна активност на екстракт от трева
на копър спрямо DPPH радикала
.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
При екстракция на трева от копър с
тетрафлуоретан се получава ароматичен продукт
с високо съдържание на D-карвон (53,1 %) и
лимонен (37,1 %), с характерен вкус и мирис.
Екстрактът проявява антимикробна активност
по-силно изразена спрямо Gram-положителните
бактерии, както и силно изразено анти-
оксидантно действие.
Той може да намери приложение както
традиционните ароматични продукти в различни
хранителни и козметични продукти.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Атанасова, Т. (2008). Технологични проучвания за
получаване на етерично масло, глицеридно масло
и екстракти от плодове на анасон (Pimpinella
anisum L.). Дисертация. д-р. УХТ,
[2] Атанасова, Т., В. Гочев, Т. Гирова, И. Стоилова, Н.
Ненов, М. Стоянова, и А. Стоянова, (2010).
Нискотемпературна екстракция на етерично-
маслени суровини с втечнени газове. 5. Плодове
от кориандър (Coriandrum sativum L.). Научни
трудове УХТ., T. 57, 2010, 1:363–368.
[3] Ненов, Н. (2006). Екстракция на растителни
суровини с втечнени газове. 1. Лабораторна
инсталация. Научни трудове УХТ. T. 53, 2:195-
200.
[4] Стоянова, А., Е. Георгиев, и Т. Атанасова, (2007).
Ръководство за лабораторни упражнения по
етерични масла.Пловдив, Акад. Изд. УХТ.
[5] Стоянова, А., и Е. Георгиев. (2006). Справочник на
специалиста от ароматичната промишленост.
Пловдив, БНАЕМПК.
[6] Babri, R., I. Khokhar, Z. Mahmood, and S. Mahmud,
(2012). Chemical composition and insecticidal
activity of the essential oil of Anethum graveolens L.,
Science International (Lahore). Vol. 24, 4:453-455.
[7] CLSI Approved Standard M2-A9. (2006).
Performance standards for antimicrobial disk
susceptibility tests; Approved standard, 9
th
edition,
Wayne, Pennsylvania, USA.
[8] CLSI Approved Standard M7-A7. (2006). Method for
dilution antimicrobial susceptibility tests for bacteria
that grow aerobically; Approved Standard, 7
th
edition,
Wayne, Pennsylvania, USA.
[9] Delaquis, P., K. Stanich, B. Girard, and G. Mazza,
(2002). Antimicrobial activity of individual and
mixed fractions of dill, cilantro, coriander and
eucalyptus essential oils, International Journal of
Food Microbiology. Vol. 74, 1-2:101-109.
[10] Girova, T., V. Gochev. I. Stoiliva, K. Dobreva, N.
Nenov, V. Stanchev, and A. Stoyanova. (2001). Low
temperature extracton of essential oil bearing plants
by liquificate gases: Fruits from sweet fennel
(Foeniculum officinale Mill.). International Scientific
Conference eRA-6, Greece, 1-6.
[11] Góra, J., A. Lis, J. Kula, M. Staniszewska, and A.
Wołoszyn, (2002). Chemical composition variability
of essential oils in the ontogenesis of some plants.
Flavour and Fragrance Journal, Vol. 17, 6: 445-451.
[12] Huopalati, R., R. Lahtinen, R. Hiltunen, and I.
Laakso, (1988). Studies on the essential oils of dill
herb (Anethum graveolens L.) carbondioxide-
extracted oil. Flavour and Fragrance Journal. Vol. 3,
3:121-125.
[13] Jirovetz, L., G. Buchbauer, A. Stoyanova, E.
Georgiev, and S. Damianova, (2003). Composition,
quality control, and antimicrobial activity of the
essential oil of long-time stored dill (Anethum
graveolens L.) seeds from Bulgaria. Food Chemistry.
Vol. 51, 13:3854-3857.
[14] Lawrence, B. (1996). Dill oil. Perfumer and
Flavourist. Vol. 21, 64-65.
[15] Lopez, P., C. Sanchez, R. Batlle, and C. Nern,
(2005). Solid- and vapor-phase antimicrobial
activities of six essential oils: susceptibility of
selected foodborne bacterial and fungal strains.
Journal of Agricultural and Food Chemistry,.Vol. 53,
17:6939-6946.
[16] Mahmoodi, A., L. Roomiani, M. Soltani, A. Basti, A.
Kamali, and S. Taheri, (2012). Chemical composition
and antibacterial activity of essential oils and extracts
from Rosmarinus officinalis, Zataria multiflora,
Anethum graveolens and Eucalyptus globules. Global
Veterinaria. Vol. 9, 1:73-79.
[17] Mensor, L., F. Menezes, and G. Leitao, (2001).
Screening of Brazilian plant extracts for antioxidant
activity by the use of DPPH free radical method.
Phytotherpie. Vol. 15, 127-130.
[18] Pino, J. (1995). Herb oil of dill (Anethum graveolens
L.) grown in Cuba. Journal of Essential Oil Research.
Vol. 7, 219-220.

НАУЧНИ ТРУДОВЕ
ТОМ LX
“ХРАНИТЕЛНА НАУКА, ТЕХНИКА И
ТЕХНОЛОГИИ – 2013“
18-19 октомври 2013, Пловдив
SCIENTIFIC WORKS
VOLUME LX
„FOOD SCIENCE, ENGINEERING AND
TECHNOLOGIES – 2013“
18-19 October 2013, Plovdiv
[19] Radulescu, V., M. Popescu, and D. Ilies, (2010).
Chemical composition of the volatile oil from
different plant parts of Anethum graveolens L.
(Umbelliferae) cultivated in Romania. Farmacia. Vol.
58, 5:594-600.
[20] Saleh-e-In, M., A. Sultana, M. Husain, and S. Roy,
(2010). Chemical cconstituents of essential oil from
Anethum sowa L. herb (leaf and stem) growing in
Bangladesh. Bangladesh Journal of Scientific and
Industrial Research. Vol. 45, 2:173-176.
[21] Shyua, Y.-S., J.-T. Linb, Y.-T. Changc, C.-J.
Chiangd, and D.-J. Yangd, (2009). Evaluation of
antioxidant ability of ethanolic extract from dill
(Anethum graveolens L.) flower. Food Chemistry.
Vol. 115, 2:515-521.
[22] Singh, G., S. Maurya, M. de Lampasona, and C.
Catalan, (2005). Chemical constituents, antimicrobial
investigations, and antioxidative potentials of
Anethum graveolen L. essential oil and acetone
extract: Part 52. Journal of Food Science. Vol. 70,
4:208-215.
[23] Vera, R., and J. Chane-Ming, (1998). Chemical
composition of essential oil of dill (Anethum
graveolens L.) growing in Reunion Island. Journal of
Essential oil Research. Vol. 10, 5:539-542.
[24] Vokk, R., T. Lõugas, K. Mets and M. Kravets,
(2011). Dill (Anethum graveolens L.) and parsley
(Petroselinum crispum (Mill.) Fuss) from Еstonia:
Seasonal differences in essential oil composition.
Agronomy Research. 2:515-520.