Problem zanieczyszczeń w olejkach eterycznych

Są wśród nich: absolut, woda aromatyzowana, destylat, ekstrakt, rezinoid, oleożywica, konkret i olejki eteryczne (ang. Essential Oils, EOs). EOs różnią się od innych substancji jedno lub dwuskładnikowych, rejestrowanych zgodnie z rozporządzeniem ECHA i CLP, ponieważ ich skład nie jest prosty do przewidzenia, a niewielkie wahania w proporcjach ich składników mogą przyczynić się do zmian jakościowych całego surowca. Europejska Federacja Olejków Eterycznych (EFEO) i Międzynarodowe Stowarzyszenie Substancji Zapachowych (IFRA) pomagają w definiowaniu krytycznych parametrów olejków eterycznych, tak aby można było je zarejestrować zgodnie z europejskimi przepisami rozporządzenia REACH i CLP. Olejki eteryczne są dodawane do kosmetyków, detergentów, wyrobów medycznych, rzadziej do suplementów diety.

2. Rynek

Produkcja olejków eterycznych w Polsce w 2019 r. wyniosła prawie 132 tony (nieco ponad 114 ton w 2018 r). Wyprodukowane olejki były warte ponad 14 mln zł, natomiast wartość produkcji sprzedanej łącznie olejków eterycznych i mieszanin substancji zapachowych w 2019 r. wynosiła ponad 207 mln zł co stanowiło 0,3% wartości sprzedaży chemikaliów i wyrobów chemicznych wytworzonych w Polsce. Odsetek ten rósł systematycznie w poprzednich latach. Wartość importowanych olejków eterycznych, preparatów perfumeryjnych, kosmetycznych lub toaletowych wynosi wg różnych systemów klasyfikacji 10-14 mld zł rocznie (eksport 14-20 mld). Nie jest łatwo oszacować za jaką część tej kwoty odpowiadają same olejki eteryczne, prawdopodobnie jest to kilka %.

3. Zafałszowania

Olejki eteryczne są wartościowymi substancjami, a ich rynek jest coraz większy. Jednak wydajność procesu pozyskiwania olejków eterycznych jest bardzo niska, rzędu kilku procent, w zależności od rodzaju rośliny oraz metody pozyskiwania. Niektórzy producenci oraz dystrybutorzy ze względów finansowych ulegają pokusie zafałszowywania tych wartościowych mieszanin, chcąc zwiększyć objętość i/lub masę surowca. W efekcie konsumenci narażeni są na zakup produktu o niepewnej jakości. Stosowanie podrobionych olejków eterycznych może mieć swoje konsekwencje zdrowotne (wpływ bezpieczeństwa)

– dodatki stosowane do fałszowania olejków eterycznych w skrajnych przypadkach mogą być toksyczne dla organizmu. Wydaje się oczywistym fakt, że fałszerstwa wywierają negatywny wpływ na handel EOs. Dodawane rozpuszczalniki cechują się pewnymi wspólnymi cechami: niższą ceną niż oryginalny EOs oraz specyficznymi właściwościami fizykochemicznymi i organoleptycznymi. Poniżej pokrótce omówimy najbardziej popularne metody nielegalnych modyfikacji EOs.

– dodatek nielotnych składników – np. olejów roślinnych (oleju migdałowego), pochodnych parafiny, glikolu polietylenowego, alkoholu benzylowego, cytrynianu trietylu w celu obniżenia ceny. Dostępność takich substancji jest bardzo powszechna, a parametry fizykochemiczne finalnej mieszaniny takie jak gęstość i lepkość mogą być podobne do olejków eterycznych. Ten rodzaj zafałszowania może spowodować, że do konsumenta trafi rozcieńczony i tańszy olejek eteryczny o mniej intensywnym zapachu niż oryginalny surowiec.

– dodatek związków syntetycznych – motywacją do dodawania związków syntetycznych może być podniesienie jakości olejku eterycznego, aby zawierał on pożądane związki w określonym zakresie stężeń. Ten rodzaj fałszerstwa może mieć miejsce w celu wzbogacenia olejku eterycznego o substancje pożądane w przemyśle perfumeryjnym. Przykładem może być dodanie syntetycznego związku citral do cytrynowego olejku eterycznego, benzoesanu benzylu do balsamu peruwiańskiego lub dodanie syntetycznego terpenowego związku ironu do olejku eterycznego z irysa. Warto w tym miejscu dodać, że cena olejku eterycznego z irysa różni się w zależności od zawartości procentowej ironu. Rozbieżność cenowa pomiędzy zawartością 8 % i 10 % może wahać się od 6200 do 101 000 Euro/kg.

– mieszanie z tańszymi olejkami – dodanie innych olejków eterycznych może być uzasadnione chęcią zwiększenia właściwości zapachowych jak również powodami ekonomicznymi. W tym celu dodaje się olejek eteryczny o niższej jakości, ale o podobnych nutach zapachowych. Powszechnym przykładem jest dodanie olejku ze słodkiej pomarańczy do innych nut cytrusowych. Olejek ze słodkiej pomarańczy jest jednym z najtańszych olejków eterycznych. Często spotykanym przykładem jest mieszanie najdroższego olejku eterycznego lawendy wąskolistnej (Lavandula angustifolia Mill.) z innymi rodzajami lawendy, których ceny są często pięciokrotnie niższe.

– łączenie ekstraktów z różnych części tej samej rośliny – przykładowo olejek eteryczny z kory cynamonowca może być podrabiany przez destylację z liśćmi cynamonowca. Olejek z liści, mimo, że posiada identyczne nuty zapachowe, jest mniej wytrawny dzięki redukcji zawartości alergenu aldehydu cynamonowego. Ten rodzaj oszustwa co prawda redukuje efekt alergenny, ale jednocześnie zwiększa objętość i masę, zatem działa on korzystnie na cenę. Kolejnym przykładem obejmującym olejki cytrusowe jest olejek neroli otrzymywany z kwiatów pomarańczy gorzkiej, często mieszany z tańszym olejkiem petigrain otrzymywanym z liści.

– inne przykłady – mieszaniny syntetycznych organicznych związków chemicznych, o odpowiednim składzie jakościowym i ilościowym mogą niemalże odzwierciedlać skład naturalnych olejków eterycznych. Są to jednak syntetyczne kompozycje zapachowe. Przykładowo, olejek eteryczny z bergamotki lub olejki z geranium można otrzymać poprzez zmieszanie monoterpenów i olejków otrzymanych z destylacji różnych źródeł, octanu linalylu i innych olejków cytrusowych.

Podsumowując, różnorodność metod i strategii podrabiania jest bardzo duża i odnosi się do sporej części olejków eterycznych. Zafałszowania mogą mieć miejsce na wielu etapach produkcyjnych tych wartościowych surowców, sprawiające, że każdy przypadek tak naprawdę należy rozpatrywać indywidualnie.

Nie zawsze jednak niezgodności wskazują na oszustwa. Takie procesy jak starzenie, lub niewłaściwe warunki przechowywana mogą wywoływać racemizację związków chiralnych lub reakcje polimeryzacji terpenoidów, a te z kolei mogą mieć wpływ na właściwości jakościowe EOs np. na parametry optyczne.

4. Metody potwierdzające autentyczność olejków

Prawdziwość olejków eterycznych można określić na dwa sposoby. Pierwszym jest sprawdzanie całościowego profilu jakościowo – ilościowego tzw. fingerprint. Drugie podejście polega na śledzeniu jakiejś szczególnej cechy danego olejku tzw. markera. Do kontrolowania zarówno fingerprintów jak i markerów danego olejku służą nowoczesne techniki analityczne, które są obecne powszechnie używane.

Możemy do nich zaliczyć techniki spektroskopii oscylacyjnej (z ang. vibrational spectroscopy): spektroskopię absorpcyjną w podczerwieni (FT-IR) oraz spektroskopię ramanowską (RS). Spektroskopia oscylacyjna jest metodą, która bada energię drgań wiązań chemicznych w cząsteczkach. Technika FT-IR opiera się na pochłanianiu światła (absorpcji) o odpowiedniej długości fali przez drgające molekuły. W zależności od rodzaju cząsteczki, pochłania ona tylko specyficzną, ściśle określoną porcję energii. Informacja, którą dostarcza spektroskopia FT-IR pozwala zatem na identyfikację badanych molekuł. Spektroskopia ramanowska również dostarcza danych na temat oscylacji w cząsteczce, ale natura oddziaływania jest nieco inna, ponieważ polega na pomiarze energii światła rozproszonego nieelastycznie, która również jest charakterystyczna dla danego typu molekuł. Porównanie widm IR lub RS dwóch lub więcej olejków eterycznych pozwala w tych mieszaninach wyodrębnić podobieństwa i różnice. Przykładowo olej parafinowy w widmie oscylacyjnym jest manifestowany poprzez obecność pasm charakterystycznych dla nasyconych i nienasyconych węglowodorów w okolicach ~ 3000 cm-1, pasma charakterystyczne dla grup karbonylowych widnieją przy długości fali 1250-1170 cm-1, a dla grup estrowych w okolicach 1705–1720 cm-1. Metoda spektroskopowa potwierdzania składu olejków eterycznych ma tę zaletę, że można uzyskać szybko i łatwo profil spektroskopowy szeregu olejków w ramach kontroli jakości, a także potwierdzić lub wykluczyć obecność głównych składników olejków eterycznych, manifestowanych w widmie przez charakterystyczne pasma.

Techniki spektroskopowe mają szereg atutów Analizy spektroskopowe są stosunkowo niedrogie i przyjazne dla środowiska, gdyż nie ma potrzeby stosowania dodatkowych odczynników chemicznych. Preparatyka próbki wiąże się z małymi nakładami pracy, a samo badanie jest niedestrukcyjne. Poza tym, techniki IR i RS wymagają bardzo małej ilości próbki do badania. Warto też dodać, że wiele wartościowych informacji można uzyskać poprzez kombinację zastosowania równolegle dwóch metod: IR i RS.

Praktycznym ograniczeniem analiz spektroskopowych jest fakt, że nie wykonuje się bezwzględnych analiz ilościowych poszczególnych składników olejków eterycznych. Jeśli mamy dwie substancje mające jedną lub więcej takich samych grup funkcyjnych, to trudno będzie rozdzielić i rozróżnić oba związki. W widmach będziemy obserwować jedno i to samo pasmo, niezależnie od tego czy pochodzi np. od jednej i tej samej grupy aldehydowej czy od różnych. Trzeba zatem przyznać, że analizy spektroskopowe są mało specyficzne.

Spośród metod spektroskopowych warto wspomnieć jeszcze o analizie UV-VIS. Jest ona techniką rzadziej stosowaną przy olejkach eterycznych, ale dzięki charakterystycznej absorpcji promieniowania w zakresie długości fali 300–800 nm można testować obecność np. furano – kumaryn w różnych olejkach cytrusowych. Przykładowo Farmakopea Europejska zaleca tę metodą przy potwierdzaniu jakości zimno tłoczonego olejku cytrynowego.

Niekiedy spektroskopowe metody są niedostateczne i z pomocą przychodzi alternatywna technika analityczna – jest nią chromatografia. Metody chromatograficzne są pomocne gdy konieczne jest oznaczenie ilościowe poszczególnych składników olejku lub jakościowa identyfikacja jego składu.

Chromatografia gazowa sprzężona z detektorem jonowo – płomieniowym GC-FID (Flame Ionization Detection) na kolumnie niepolarnej – jest efektywną techniką gdy porównujemy czasy elucji poszczególnych składników olejków eterycznych (chromatogram) z próbką standardu. Analiza polega na zidentyfikowaniu pików lub stwierdzeniu ich braku na chromatogramie, a w następnej kolejności porównanie stosunku procentowego pola powierzchni pod wybranym pikiem danego komponentu. Takie podejście pozwala określić przybliżoną rzeczywistą ilość składnika w badanej próbce.

Chromatografia gazowa sprzężona ze spektrometrią mas GC/MS pozwala np. na rozróżnienie izomerów strukturalnych i nieznanych substancji np. alergenów dzięki bibliotece widm mas NIST. Widma masowe próbki są porównywane z widmem masowym standardu. GC/MS jest techniką łatwą i czułą. Jest to metoda najczęściej używana i relatywnie tania.

Kolejną techniką chromatograficzną pomocną przy analizie elementów składowych olejków eterycznych może być chromatografia w stanie nadkrytycznym. Próbka surowca jest przeprowadzana w stan nadkrytyczny, przy pomocy CO2, a następnie poprzez przepuszczenie analitu przez zestaw kolumn chromatograficznych możliwy jest rozdział i identyfikacja związków optycznie czynnych obecnych w wielu olejkach eterycznych.

Oprócz nowoczesnych technik analitycznych do badań EOs mogą być też stosowane proste testy miareczkowe, które poprzez wykorzystanie klasycznych technik analitycznych pozwalają na określenie np. liczby jodowej. Pozwala ona na charakterystykę stopnia utlenienia surowca oraz daje wskazówki do tego czy został użyty olej roślinny czy też mineralny. Innym prostym testem może być określenie liczby zmydlania wodnym roztworem wodorotlenku potasu. Tworzenie osadu wskazuje na potencjalne oszustwo polegające na dodaniu estrów.

Analizy fizykochemiczne są prostymi, tanimi i szybkimi technikami. Polegają one na wyznaczaniu zawartości wody, alkoholi, fenoli, nadtlenków, estrów oraz liczby jodowej, liczby kwasowej w olejku. Służą do identyfikacji rażących fałszerstw, pomagają rozwiązać problemy, takie jak stabilność fizykochemiczna, trwałość, kompatybilność z opakowaniem, ale nie pozwalają na identyfikację subtelnych fałszerstw.

Chromatografia gazowa oraz analiza spektroskopowa służą do określania bardziej szczegółowych informacji na temat składu chemicznego olejku oraz określenia ilościowego interesujących nas substancji chemicznych poprzez zastosowanie konkretnych detektorów.

Charakterystyka analityczna jest ważna w celu identyfikacji parametrów jakościowych, aby odpowiednio ocenić wartość handlową olejków.

5. Podsumowanie

Olejki eteryczne są powszechnie stosowane na całym świecie. Zwłaszcza w dobie aktualnej mody na naturalność i organiczność, rynek ten jest wart miliardy Euro. EOs są zatem interesującym surowcem roślinnym ze względu na różnorodne aktywności biologiczne. Chemiczna charakterystyka ma znaczenie z powodu bezpieczeństwa użycia, właściwości biologicznych i toksykologicznych, a przede wszystkim ze względu na sprawiedliwy i odpowiedzialny handel. Z tego względu szczególnie istotnych danych dostarcza profil spektroskopowy połączony z analizą chromatograficzną olejków eterycznych.

Zarówno analiza w podczerwieni jak i ramanowska stosowane jednocześnie mogą dostarczyć wiele wartościowych informacji na temat próbki i często są wystarczające do badań potwierdzających skład EOs. Należy zaznaczyć, iż techniki spektroskopowe czasami są nie wystarczające i dokładniejszych danych dostarczą badania chromatograficzne.

6. Bibliografia:

1. A. Akdağ, E. Ozturk, Distillation Methods of Essential Oils, Nisan (2019) 45 (1), 22-31
2. M. Hossein Salehi Sourmaghi, G. Kiaee, F. Golfakhrabadi, H. Jamalifar, M. Khanavi, FT-IR, GC-MS/MS analysis of essential oil from coriandrum sativum seeds, antibacterial assay. Authenticity of essential oils, Journal of Food Science and Technology (2015) 52, 2452–2457, doi.org/0.1007/s13197-014-1286-x
3. K.H.C. Başer, G. Buchbauer, Analysis of essential oils. Handbook of Essential Oils: Science, Technology, and Applications. Taylor & Francis Group Inc, Boca Raton, (2010) 151–183
4. https://echa.europa.eu/pl/support/substance-identification/sector-specific-support-for-substance-identification/essential-oils
5. https://www.perfumerflavorist.com/
6. P.V. Jentzsch, L.A. Ramos, V. Ciobotă, Handheld Raman Spectroscopy for the Distinction of Essential Oils Used in the Cosmetics Industry. Cosmetics (2015) 2, 162-176, doi.org/10.3390/cosmetics2020162
7. P.V. Jentzsch, L.A. Ramos, V. Ciobotă, Adulteration of clove essential oil: Detection using a handheld Raman spectrometer, Flavour and Fragnance Journal (2018), 33 (2), 184-190, doi.org/10.1002/ffj.3438
8. Roczniki statystyczne handlu zagranicznego 2017-2019 – Główny Urząd Statystyczny; Publikacje dostępne na stronie internetowej stat.gov.pl
9. Produkcja wyrobów przemysłowych w 2015, 2016 i 2019 roku – Główny Urząd Statystyczny; Publikacje dostępne na stronie internetowej stat.gov.pl

Diana Dołęga, Arkadiusz Dobosz
Jagiellońskie Centrum Innowacji