Destilacija


“Dajte mi recept kako se destilira smilje, pa da napišem projekt i dobijem novce od Europske unije.” Da sam bar dobio samo jedno takvo pitanje u inbox. Prestanimo biti površni i banalizirati bilo koje znanje. Destilacija je zanat koji se uči kako teoretski tako i u praksi. Za svaku pojedinu vrstu. Poznajem ljude velikog iskustva koje nije nastalo bez pokušaja i pogrešaka.

Zašto destilacija vodenom parom?

Temperatura vrelišta eteričnih ulja je visoka i redovito prelazi 100 °C. Ta činjenica izgleda neobična, jer nam se čini kako eterična ulja vrlo lako hlape. Ipak, to je točno. U sljedećoj tablici prikazana su temperature vrelišta na atmosferskom tlaku za neke važnije molekule u eteričnim uljima:

MolekulaEterično ulje bogato molekulomTemperatura vrelišta
pačulolpačuli140 °C
α-pinenbor155 °C
1,8-cineoleukaliptus globulus176-177 °C
linalolružino drvo198-199 °C
linalil acetatlavanda220 °C
geraniolpalmarosa230 °C
timoltimijan ct. timol232 °C
karvakrolmravinac237 °C
cinamaldehidkora cimetovca248 °C
eugenolklinčićevac254 °C

Teoretski, eterična ulja mogli bismo dobiti zagrijavanjem biljnog materijala na temperature preko 250 °C i njihovom kodenzacijom, no tada bi došlo do procesa oksidacije molekula. Praktički, eterično ulje bilo bi uništeno. Stoga je i prije znanja o fizikalnoj kemiji i teoretskim postavkama destilacije, izmišljena destilacija vodenom parom. Možemo samo spekulirati na koji način je ona izmišljena, ali pretpostavljamo da je uočena u procesu kuhanja aromatičnih biljaka u vodi i proučavanjem kondenzata u kojem su plivale malene uljne čestice – eterično ulje.

William_Henry

Eterična ulja posjeduju vrlo bitnu karakteristiku važnu za destilaciju – nisu topiva u vodi. Zbog čega je to potrebno? Da bismo to shvatili trebamo se sjetiti tri velikana kemije. Engleski kemičar William Henry 1803. godine točno opaža kako je količina plina otopljena u tekućini upravo proporcionalna parcijalnom tlaku plina iznad tekućine u stanju ravnoteže. Posljedica Henryjevih jednadžbi bila je višestruka. Henryev zakon prvi jasno definira kako tekućina vrije, a ne samo hlapi, kada tlak para te tekućine dosegne atmosferski (okolni tlak). Voda vrije na 100 °C pri normalnom atmosferskom tlaku od 101,3 kPa (kilo Paskal). Spustimo li atmosferski tlak za tridesetak puta na 3,45 kPa, parcijalni tlak para je takav da će voda imati vrelište na 26 °C. Henryev zakon je otkrio zašto uživamo u pivu, šampanjcu ili mineralnoj vodi- u zatvorenoj boci pod tlakom otopljena je maksimalna količina ugljičnog dioksida. Otvorimo li bocu, smanjuje se tlak te ugljični dioksid u obliku mjehurića izlazi van, jer se njegov parcijalni tlak smanjio. Ovaj zakon će imati veliku važnost u kasnije opisanoj destilaciji pod sniženim tlakom.

Raoult

Francuski kemičar François-Marie Raoult 1882. godine otkrio je drugi bitan zakon. Za dvije otopine koje se dobro otapaju jedna u drugoj, parcijalni tlak para pojedine komponente ovisit će o molarnom (množinskom) udjelu tih tvari:

Gdje je p ukupni tlak, a pi parcijalni tlak para otopljene tvari (A. B, C…). Sam parcijalni tlak je:

Gdje je p* tlak para čiste tvari (A, B, C…) a X njen množinski udio u otopini. Drugim riječima, što je manja količina neke tvari u otopini, to je manja proporcija njene pare.

JohnDalton

Velika je sreća aromaterapije što ovakav sustav NE vrijedi za tvari koje se NE otapaju u vodi. Kako eteričnih ulja ima vrlo malo u većini biljaka, njihov množinski udio je vrlo mali. Kada bi Raoultov zakon vrijedio za tvari koje se ne otapaju u vodi, udio molekula eteričnih ulja kao pare bio bi tako mali da bi njihova destilacija postala tehnički nepraktična, a sami prinosi bili bi vrlo mali. Za takve tvari vrijedi zakon koji je otkrio John Dalton 1801. godine:

gdje je y množinski udio tvari (A, B, C…) u plinovitom stanju, a ne u otopini. Grafički je to prikazano na sljedećoj slici:

Ovi zakoni omogućuju da se eterična ulja, čiji je udio u smjesi relativno mali, ipak uspješno destiliraju u dovoljnim količinama za suvislu proizvodnju. No, Daltonov zakon ima drugu, još zanimljiviju posljedicu. On teoretski objašnjava kako u procesu destilacije vodenom parom dviju tekućina koje se ne miješaju, možemo destilirati tvari daleko ispod njihove točke vrelišta. To znači da eterično ulje destilira u procesu ispod 100 °C. Zakoni fizike učinili su eterična ulja dostupnima.

Tipovi destilacije

Neovisno o tehnološkoj izvedbi destilatora, svaki uređaj za destilaciju ima ove osnovne elemente:

  1. dio s vodom u kojem će se voda grijati dok se ne oslobodi para
  2. dio s biljnim materijalom kroz koji će prolaziti para
  3. dio u kojem će se vodena para i eterično ulje hladiti i prelaziti nazad u tekući oblik (kondenzirati). Osim eteričnog ulja, nastaje i vodeni sloj zasićen eteričnim uljem, odnosno hidrolat ili cvjetna vodica.

Ipak, postoje različite izvedbe postupka destilacije.

Vodena destilacija je najstariji način destilacije nastao u Mezopotamiji. Biljni se materijal doslovce kuha u vodi, a para zajedno s uljem izlazi iz te mase. Danas se rijetko ili uopće ne koristi jer se kuhanjem u vodi mogu uništiti vrijedni sastojci eteričnog ulja. Dolazi do hidrolize spojeva (razgradnje pod utjecajem vode), pogotovo eteričnih ulja bogatih esterima (ruža, lavanda…). Sam proces nije dobro toplinski kontroliran te može doći do lokalnog pregrijavanja biljnog materijala i velikog gubitka olfaktorne vrijednosti eteričnog ulja.

destilacija1

Vodeno-parna destilacija je bolja i često korištena. Iznad sloja vode koja ključa nalazi se mrežica s biljnim materijalom. U ovom slučaju voda ne dotiče biljni materijal, nego samo vodena para prolazi kroz njega.

Parna destilacija je izvedena da postoji zaseban uređaj, generator vodene pare koja se odvodi u spremnik s biljnim materijalom. Ovo je najbolji način destilacije jer je biljni materijal u doticaju isključivo s vodenom parom, a ne vodom.

Destilacija je i znanost i umjetnost. Treba paziti na mekoću vode (većina današnjih uređaja sadrži omekšivač vode), temperaturu vodene pare, vrijeme trajanja destilacije, tlak, izvedbu i oblik kotlova, materijal (inox, bakar), ali i pripremu biljnog materijala. Katkad biljke trebaju ići bez obrade, poput cvijeta lavande koja ima žlijezde na površini pa se eterična ulja lako oslobađaju iz njih, a katkad se biljni materijal mora samljeti kako bi vodena para efikasnija prodrla do žlijezda s eteričnim uljem kao što je slučaj s ružinim drvom ili cimetovcem. Neke se biljke striktno destiliraju svježe, baš kao što je slučaj s lavandom, a neke mogu i u suhom ili polusuhom obliku. Kod eteričnih ulja koja sadrže puno u vodi topivih spojeva, poput ruže ili cimetovca, nastali hidrolat je potrebno recirkulirati kako bi se poboljšao prinos eteričnog ulja i olfaktorne osobine ulje. No, recirkulacija ponekad smanjuje kvalitetu hidrolata. Zbog toga kod nekih biljnih vrsta kao što je ruža, neki proizvođači posebno destiliraju biljni materijal radi dobivanja kvalitetnog hidrolata, a poseban za dobivanje eteričnog ulja.

Postoji i destilacija pod sniženim pritiskom, Dugo poznata u laboratorijskim uvjetima, ovo je relativno nov način dobivanja komercijalnih ulja. Neki proizvođači su ih razvili za dobivanje specifičnih ulja, kao što je tvrtka Austraroma morala razviti takav tip destilacije za dobivanje ulje plavog čempresa (Callitris intratropica). Tvrtka Florihana je prva započela masovniju proizvodnju ulja pod sniženim pritiskom. Teorija destilacije pod sniženim tlakom je jednostavna i bazirana je na već opisanom Henryevom zakonu. Spuštanjem pritiska pada i vrelište vode, pa dovoljnim spuštanjem tlaka možete “natjerati” vodu da vrije na nižim temperaturama, čak i na sobnoj temperaturi. Puštanjem takve hladne pare pod niskim tlakom i kondenzacijom na vrlo niskim temperaturama dobiva se eterično ulje i hidrolat s lijepo sačuvanim osjetljivim mirisnim spojevima i odličnim olfaktornim osobinama. Ma kako bila teoretski jednostavna, tehnološka izvedba nije. Kotlovi za destilaciju moraju biti od vrlo debelih čeličnih stijenki kako ne bi došlo do implozije kotla, a uređaj za hlađenje mora koristiti drugačije rashladno sredstvo od vode, poput etilen glikola, jer temperatura kondenzacije mora često biti daleko ispod 0 °C. Zbog toga su uređaji za destilaciju pod sniženim pritiskom daleko skuplji.