Сравнительная характеристика методов отгонки эфирного масла из соцветий лаванды с применением предварительной обработки слаботочным искровым разрядом

Введение: Интенсивность и глубина экстрагирования эфирномасличного сырья, а также химический состав эфирных масел определяют эффективность работы отрасли. При этом, несмотря на развитие ультразвуковых, микроволновых и других электрофизических методов интенсификации, влияние предварительной обработки эфирномасличного сырья слаботочным искровым разрядом на процессы перегонки изучено недостаточно и ограничивается единичными работами, не рассматривающими соцветия лаванды и не сопоставляющими различные методы водной экстракции. Пробел в существующих исследованиях связан с отсутствием данных о том, как слаботочный искровой разряд влияет на кинетику отгонки, микроструктуру внутренних тканей соцветий лаванды и качество получаемого эфирного масла при гидродистилляции и перегонке в токе водяного пара. Новизна настоящего исследования заключается в экспериментальном обосновании применения предварительной электрофизической подготовки слаботочным искровым разрядом в качестве стадии подготовки лавандового сырья с комплексной оценкой выхода, скорости экстрагирования и качества эфирного масла.

Цель: Исследовать эффективность методов водной экстракции эфирного масла из соцветий лаванды с применением обработки слаботочным искровым разрядом на стадии подготовки с оценкой кинетики экстрагирования, микроструктурных изменений перерабатываемого сырья и качества получаемого эфирного масла.

Материалы и методы: Реализован сравнительный анализ методов отгонки: водяной и паровой дистилляцией для извлечения эфирного масла из соцветий лаванды с применением предварительной электрофизической обработки. В качестве предварительной электрофизической обработки использовали слаботочный искровой разряд. Параметры электрофизической обработки подбирались из условия отсутствия локального перегрева материала более чем на 3 °С. Компонентный состав эфирного масла лаванды определяли методом газовой хроматографии. Анализ микроструктурных изменений эфирномасличного сырья определяли методом электронной сканирующей микроскопии.

Результаты: При экстракции эфирного масла из соцветий лаванды максимальный выход наблюдался при использовании гонки током прямого пара с предварительной обработкой слаботочным искровым разрядом. Воздействие слаботочным искровым разрядом способствует более глубокому извлечению соцветий лаванды, с увеличением концентрации основного компонента линалоола с 51,7% до 53%. Представлены фотографии микроструктуры внутренних эфирномасличных вместилищ соцветий лаванды, которые были модифицированы при электрофизической обработке. 

Выводы: Сочетание предварительной электрофизической обработки слаботочным искровым разрядом с паровой и водной дистилляцией позволяет снизить время экстракции, увеличить выход целевого компонента и сохранить высокое качество получаемого эфирного масла. Полученные результаты могут быть использованы при модернизации существующих и разработке новых энергоэффективных технологий получения эфирных масел на предприятиях пищевой, парфюмерно-косметической и фармацевтической промышленности, а также в малотоннажных производствах.

1. Абашкин, И. А., Иванов, В. В., & Петров, А. Н. (2021). Методы экстракции биологически активных веществ из растительного сырья (обзор). Химия и технология органических веществ, 2, 43–59.

2. Бурак, Л. Ч., & Завалей, А. П. (2024). Эффективность комбинированного воздействия ультразвука и микроволн при обработке пищевых продуктов. Обзор. Техника и технология пищевых производств, 54(1), 342-357. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2024-2-2510

3. Невкрытая, Н. В., & Мирошниченко, А. В. (2019). Актуальные направления биохимических исследований эфиромасличных растений (Обзор. Часть II). Анализ содержания и компонентного состава эфирного масла в растениях для целей селекции и семеноводства. Таврический вестник аграрной науки, (1), 71–82. https://doi.org/10.33952/2542-0720-2019-1-17-71-82

4. Работягов, В. Д., & Палий, А. Е. (2017). Компонентный состав и содержание эфирного масла двух видов Lavandula (Lamiaceae), выращиваемых в условиях Крыма. Химия растительного сырья, 1, 59–64. https://doi.org/10.14258/jcprm.2017011515

5. Тарасов, В. Е., Иванов, С. В., & Петрова, Т. В. (2013). Определение содержания экстрактивных веществ и эфирных масел в натуральном молотом кофе. Известия высших учебных заведений. Пищевая технология, 4, 38–40.

6. Шорсткий, И. А. (2019). Использование электрофизических приемов при переработке масличного сырья. Известия высших учебных заведений. Пищевая технология, 4, 11–16. https://doi.org/10.26297/0579-3009.2019.4.3

7. Шорсткий, И. А., Кошевой Е. П. (2015). Экстракция с наложением импульсного электрического поля. Известия высших учебных заведений. Пищевая технология, 4, 40–42.

8. Abashkin, I. A., Ivanov, V. V., & Petrov, A. N. (2021). Methods of extraction of biologically active substances from plant raw materials (review). Chemistry and Technology of Organic Substances, 2, 43-59.

9. Burak, L. Ch., & Zavaley, A. P. (2024). The effectiveness of combined exposure to ultrasound and microwaves in food processing. Review. Machinery and technology of food production, 54(1), 342-357. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2024-2-2510

10. Nevkrytaya, N. V., & Miroshnichenko, A.V. (2019). Current directions of biochemical research of essential oil plants (Review. Part II). Analysis of the content and component composition of essential oil in plants for breeding and seed production purposes. Tauride Bulletin of Agrarian Science, 1, 71-82. https://doi.org/10.33952/2542-0720-2019-1-17-71-82

11. Raboyagov, V. D., & Paliy, A. E. (2017). The component composition and essential oil content of two species of Lavandula (Lamiaceae) grown in Crimea. Chemistry of Vegetable Raw Materials, 1, 59-64. https://doi.org/10.14258/jcprm.2017011515

12. Tarasov, V. E., Ivanov, S. V., & Petrova, T. V. (2013). Determination of the content of extractive substances and essential oils in natural ground coffee. News of higher educational institutions. Food Technology, 4, 38-40.

13. Shorstky, I. A. (2019). The use of electrophysical techniques in the processing of oilseeds. News of higher educational institutions. Food Technology, 4, 11-16. https://doi.org/10.26297/0579-3009.2019.4.3

14. Shorstky, I. A., & Koshevoi E. P. (2015). Extraction with the application of a pulsed electric field. News of higher educational institutions. Food Technology, 4, 40-42.

15. Barros, M., Fernandes, A., Nunes, F. M., & Rodrigues, S. (2022). Extraction of essential oils from plants by hydrodistillation with pulsed electric fields (PEF) pre-treatment. Applied Sciences, 12(16), 1–15. https://doi.org/10.3390/app12126234

16. Chakravarty, I., Parmar, V. M., Mandavgane, S. A. (2021). Current trends in essential oil (EO) production. Biomass Conversion and Biorefinery, 13(17), 15311-15334. https://doi.org/10.1007/s13399-021-01963-3

17. Chen, G., Li, X., Chen, Y., & Wang, J. (2021). Enhanced extraction of essential oil from Cinnamomum cassia bark by ultrasound assisted hydrodistillation. Chinese Journal of Chemical Engineering, 36, 38–46. https://doi.org/10.1016/j.cjche.2020.12.012

18. Danila, E., Hanganu, D., Olah, N. K., & Benedec, D. (2018). Comparative study of Lavandula angustifolia essential oils obtained by microwave and classical hydrodistillation. Revista de Chimie, 69(8), 2240–2244.

19. Du, Y., Yang, F., Yu, H., Cheng, Y., Guo, Y., & Yao, W. (2022). Improving food drying performance by cold plasma pretreatment: A systematic review. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 21(5), 4402–4421. https://doi.org/10.1111/1541-4337.13027

20. Durek, J., Fröhling, A., Stelz, F., Ehlbeck, J., & Schlüter, O. (2022). Pilot-scale generation of plasma processed air and its influence on microbial count, microbial diversity, and selected quality parameters of dried herbs. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 75, 102901. https://doi.org/10.1016/j.ifset.2021.102901

21. Elharas, K., Elamrani, A., & Zrira, S. (2013). Activité antibactérienne de l’huile essentielle des inflorescences de Laurus nobilis et Lavandula angustifolia [Antibacterial activity of the essential oil from the inflorescences of Laurus nobilis and Lavandula angustifolia.]. Afrique Science: Revue Internationale des Sciences et Technologie, 9(2), 134–141.

22. Ferraz, L. P., & Silva, E. K. (2025). Pulsed electric field-assisted extraction techniques for obtaining vegetable oils and essential oils: Recent progress and opportunities for the food industry. Separation and Purification Technology, 354(2), 128833. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.128833

23. Filly, A., Fernandez, X., Minuti, M., Visinoni, F., Cravotto, G., & Chemat, F. (2016). Water as a green solvent combined with different techniques for extraction of essential oil from lavender flowers. Comptes Rendus Chimie, 19(6), 707–717. https://doi.org/10.1016/j.crci.2015.12.008

24. Gavahian, M., Farahnaky, A., Javidnia, K., & Majzoobi, M. (2015). Effect of applied voltage and frequency on extraction parameters and extracted essential oils from Mentha piperita by ohmic assisted hydrodistillation. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 29, 161–169. https://doi.org/10.1016/j.ifset.2015.03.003

25. Gavahian, M., Munekata, P. E. S., Eş, I., Lorenzo, J. M., & Khaneghah, A. M. (2020). Ohmic heating as a promising technique for extraction of herbal essential oils: Understanding mechanisms, recent findings, and associated challenges. Advances in Food and Nutrition Research, 91, 227–273. https://doi.org/10.1016/bs.afnr.2019.10.003

26. Ghazanfari, N., Mortazavi, S. A., Yazdi, F. T., & Mohammadi, M. (2023). Using pulsed electric field pre-treatment to optimize coriander seeds essential oil extraction and evaluate antimicrobial properties, antioxidant activity, and essential oil compositions. LWT, 182, 114852. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2023.114852

27. Hadri, A. M., El Alami, A., & El Hadri, A. (2023). Effect of pulsed electric field treatment on the extraction of essential oil from lavender (Lavandula angustifolia Mill.). International Journal of Biology and Biotechnology, 20(1), 37–46. Retrieved from http://www.ijbbku.com/20-1-23.php

28. Heydari, M., Carbone, K., Gervasi, F., Parandi, E., Rouhi, M., Rostami, O., Mohammadi, R. (2023). Cold plasma-assisted extraction of phytochemicals: A review. Foods, 12(17), 3181. https://doi.org/10.3390/foods12173181

29. Kant, R., & Kumar, A. (2022). Review on essential oil extraction from aromatic and medicinal plants: Techniques, performance and economic analysis. Sustainable Chemistry and Pharmacy, 30, 100829. https://doi.org/10.1016/j.scp.2022.100829

30. Katekar, V. P., Rao, A. B., & Sardeshpande, V. R. (2022). Review of the rose essential oil extraction by hydrodistillation: An investigation for the optimum operating condition for maximum yield. Sustainable Chemistry and Pharmacy, 29, 100783. https://doi.org/10.1016/j.scp.2022.100783

31. Liu, B., Fu, J., Zhu, Y., & Chen, P. (2018). Optimization of microwave-assisted extraction of essential oil from lavender using response surface methodology. Journal of oleo Science, 67(10), 1327-1337. https://doi.org/10.5650/jos.ess18019

32. Miloudi, K., Hamimed, A., & Tahraoui, H. (2018). Intensification of essential oil extraction of the Marrubium vulgare using pulsed electric field. Journal of Essential Oil Bearing Plants, 21(3), 811–824. https://doi.org/10.1080/0972060X.2018.1497549

33. Picot-Allain, C., Mahomoodally, M. F., Ak, G., & Zengin, G. (2021). Conventional versus green extraction techniques - A comparative perspective. Current Opinion in Food Science, 40, 144–156. https://doi.org/10.1016/j.cofs.2021.02.009

34. Razola-Díaz, M. del C., Guerra-Hernández, E. J., García-Villanova, B., & Verardo, V. (2021). Recent developments in extraction and encapsulation techniques of orange essential oil. Food Chemistry, 354, 129575. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2021.129575

35. Rezaei, S., Naghdi Badi, H., Ghorbanpour, M., & Abdossi, V. (2021). Optimization of DBD-plasma assisted hydro-distillation for essential oil extraction of fennel (Foeniculum vulgare Mill.) seed and spearmint (Mentha spicata L.) leaf. Journal of Applied Research on Medicinal and Aromatic Plants, 24, 100300. https://doi.org/10.1016/j.jarmap.2021.100300

36. Shorstkii, I. A., & Zherlicin, A. G. (2019a). Impact of pulsed electric field and pulsed microwave treatment on morphological and structural characteristics of sunflower seed. OCL, 26, 47. https://doi.org/10.1051/ocl/2019047

37. Shorstkii, I. A. (2019b). Extraction kinetic of sunflower seeds assisted by pulsed electric fields. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions A: Science, 43(3), 813–817. https://doi.org/10.1007/s40995-019-00702-8

38. Shorstkii, I., & Koshevoi, E. (2019c). Drying technology assisted by nonthermal pulsed filamentary microplasma treatment: Theory and practice. ChemEngineering, 3(4), 91–103. https://doi.org/10.3390/chemengineering3040091

39. Silva, W. M. F., Silva, G. M., Santana, D. B., Salvador, I. S., & Silva, E. C. (2022). Basil essential oil: Methods of extraction, chemical composition, biological activities, and food applications. Food and Bioprocess Technology, 15(1), 1–27. https://doi.org/10.1007/s11947-021-02704-0

40. Slimani, C., Sqalli, H., Rais, C., & El Ouariachi, E. (2022). Chemical composition and evaluation of biological effects of essential oil and aqueous extract of Lavandula angustifolia L. Notulae Scientia Biologicae, 14(1), 11172. https://doi.org/10.15835/nsb14111172

41. Yingngam, B., Kacha, W., Rungseevijitprapa, W., & Supaka, N. (2021). Optimization of the eco-friendly solvent-free microwave extraction of Limnophila aromatica essential oil. Industrial Crops and Products, 165, 113443. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2021.113443