Proč v rostlinách nejsou žádné éterické oleje?

Aroma ateliér vám přináší zážitek ze vzdělání nejen prostřednictvím kurzů, ale i článků. Jedinečný článek týkající se rostlinných těkavých látek a s tím související definice éterických olejů jsem objevila na blogu The PhytoVolatilome. Neváhala jsem ani vteřinu, a oslovila jeho autorku. Je mi ctí, že vám ve spolupráci s Petrou Ratajc Ph.D. (Slovinsko) mohu prezentovat překlad jejího článku.

 

 

Obvykle považujeme éterické oleje za pouhý odraz procesů v rostlinách, přičemž předpokládáme, že rostliny „produkují“ a „obsahují“ éterické oleje, a destilace je metoda k jejich získávání v čisté a koncentrované podobě. Vždyť voní zrovna jako rostliny, z nichž pocházejí, že? Avšak jen do chvíle, než je spolu porovnáme.

 

Vítejte ve světě rostlinných těkavých látek…

 

Ačkoliv budeme mít stejný rostlinný druh, dokonce stejný chemotyp rostoucí ve stejných podmínkách, bude složení aromatických molekul v čerstvé rostlině vždy o něco jiné ve srovnání s éterickým olejem. Nepotřebujete chemickou analýzu, abyste si všimli rozdílu: éterický olej obyčejně voní méně čerstvě a má „vařený“ nebo „terpenický“ tón.

 

Éterické  oleje jako takové v rostlinách vlastně neexistují!

 

DEFINICE ÉTERICKÉHO OLEJE

Proč tomu tak je, bude jasné z definic esenciálních olejů. Podívejme se na některé z nich:

 

 

 Co mají tyto definice společného, je, že éterické oleje charakterizuje metoda, jakou se získávají: o éterickém oleji lze hovořit teprve poté, co je rostlinný materiál z určitého aromatického rostlinného druhu destilován nebo získán mechanickým procesem známým jako lisování. Nejsou to tedy, přísně vzato, rostlinné produkty, ale produkty destilace.

 

CO JSOU AROMATICKÉ „SUBSTANCE“, KTERÉ ROSTLINY PRODUKUJÍ?

 

Jsou  to těkavé složky aromatických rostlin, označované  jako rostlinné těkavé látky nebo těkavé organické sloučeniny (pozn. překladatele anglicky volatile organic compounds, zkráceně VOC). V souladu s érou systémové biologie si rovněž získává uznání pojem volatilom (Maffei a kol., 2007). Zahrnuje celkový podíl rostlinných těkavých molekul.

 

Sušený aromatický materiál obyčejně obsahuje kolem jednoho procenta těkavých organických sloučenin, ale jejich procentní podíl se značně mění, od téměř nuly po sedmnáct procent (hřebíček) nebo více než sedmdesát procent v sušených pryskyřicích.

 

Na základě jejich biochemického původu jsou největšími skupinami těkavých organických sloučenin (Dudareva a kol., 2013):

• terpeny a jejich oxidované deriváty terpenoidů (hemi-, mono-, seskvi-, di-terpeny a terpenoidy);
• fenylpropanoidy;
• deriváty mastných kyselin (např. těkavé látky ze zelených listů);
• deriváty aminokyselin (aldehydy, kyseliny, alkoholy a estery);
• sloučeniny, které nepatří do těchto skupin a jsou omezeny na určité rostliny.

 

Těkavé organické sloučeniny jsou syntetizovány ve všech částech rostlin: květech, listech, kořenech, stoncích, kmenech, borce (kůře), plodech a semenech. Jsou uloženy ve speciálních strukturách, jako jsou různé typy žlázových buněk, dutiny a kanálky, žláznaté trichomy a epidermální buňky. Odsud se uvolňují do prostředí různými mechanismy, v závislosti na jejich biologické úloze.

 

ROSTLINNÉ TĚKAVÉ LÁTKY: KDE, CO A PROČ?

 

Dvěma základními biologickými funkcemi těkavých organických sloučenin jsou komunikace a ochrana. Jejich biologické role, chemické složení a vzorce uvolňování závisí z velké míry na tom, v jaké části rostliny jsou syntetizovány.

 

Květy uvolňují nejvyšší a nejrozmanitější množství těkavých organických sloučenin. Jejich přirozenou úlohou je z dálky přilákat opylovače, ale také bránit rostliny před mikrobiálními patogeny,  mravenci a jiným hmyzem. Známé obranné květinové sloučeniny zahrnují linalool a β-karyofylen, které oba společně přispívají k jejich celkové květinové vůni (Muhlemann a kol., 2014).

 

Exhalace květinových těkavých organických sloučenin často kolísá podle denních rytmů, přičemž vrcholí v době, kdy jsou opylovači nejaktivnější. Mnoho rostlin, jejichž opylovači jsou noční živočichové, jako můry nebo netopýři, tudíž uvolňuje nejvyšší množství těkavých organických sloučenin v noci. Květiny obvykle nemají zvláštní struktury na ukládání těkavých organických sloučenin, ale produkují je a vydávají z oblastí specializovaných epidermálních sekrečních buněk, někdy zvaných osmofory. V některých případech se však ukládají v sekrečních žlázách (např. heřmánek nebo hřebíček).

 

Oproti květinovým mají listové a stonkové těkavé organické sloučeniny převážně obrannou úlohu a jsou uvolňovány lokálně, když je rostlina napadena patogenem nebo býložravcem. Terpenoidy a fenylpropanoidy jsou obyčejně uloženy v:

• různých typech žláznatých trichomů u čeledí Lamiaceae (hluchavkovité) (aromatické rostliny jako je bazalka, levandule, šalvěj, atd.), Asteraceae (hvězdicovité) (heřmánek, smil), Solanaceae (likovité) (rajče) a Cannabaceae (konopovité) (konopí)
• pryskyřičných kanálcích jehličnanů jako je borovice, jedle a smrk z čeledi Pinaceae (borovicovité) a jalovec, cypřiš a cedr z čeledi Cupressaceae (cypřišovité);
• samostatných žlázových buňkách v listech aromatických travin čeledi Poaceae (lipnicovité) jako je citronová tráva neboli citronela (voňatka citronová) z rodu Cymbopogon, a v bobkových listech vavřínu z čeledi Lauraceae - vavřínovité;
• sekrečních dutinách v myrtě, čajovníkových a eukalyptových listech a listech z čeledi Myrtaceae (myrtovité), v listech citroníku, pomerančovníku, bergamotu (citrusu bergamia), mandarinkovníku, kombavě a u jiných druhů rodu Citrus.

 

Když se například nějaký hmyz dotkne žláznatého trichomu na listu, ten praskne jako balónek naplněný vodou a uvolní do svého okolí obranné sloučeniny.

 

 

Schéma žláznatého trichomu štítnatého (přirostlého) typu. Těkavé organické sloučeniny jsou produkovány v cytosolu (seskviterpeny) a v plastidech (monoterpeny) žlázových buněk a uvolňovány mezi buněčnou stěnou a kutikulou (vosková zevní vrstva epidermálních buněk). Kutikula vytváří bublinovitou strukturu, v níž jsou uloženy těkavé organické sloučeniny. Často jsou kromě těkavých látek produkovány jiné typy sloučenin, např. polysacharidy, bílkoviny, mastné kyseliny, lipidy a flavonoidy.

 

Dalším hlavním typem obranných těkavých organických sloučenin v listech jsou těkavé látky zelených listů (pozn. překladatele anglicky green leaf volatiles neboli GLVs). Jsou to původem alkoholy, aldehydy a estery mastných kyselin s charakteristickou zelenou“ vůní čerstvě posečené trávy (např. cis-3-hexenol a.k.a. listový alkohol), produkované téměř všemi zelenými rostlinami.

 

Syntéza těkavých látek zelených listů se drasticky v řádu sekund zvýší poté, co jsou listy infikovány nebo mechanicky poraněny. Jakmile jsou uvolněny z poškozených tkání, působí tak, aby přímo odstrašily invazivní organismy, přilákaly přirozené nepřátele napadajících býložravců a jako signál komunikace mezi rostlinami k vyvolání dalších obranných mechanismů – jedná se o příklad, jak spolu mohou rostliny vzájemně komunikovat (Scala a kol., 2013). Těkavé látky zelených listů se často vyskytují v éterických olejích a hydrolátech získaných z listů rostlinného materiálu, avšak v minimálních množstvích.

 

Kořeny vylučují řadu živin, jako jsou cukry a aminokyseliny, jakož i těkavých a netěkavých sekundárních metabolitů: cílem je selektivně přilákat prospěšné (symbiotické) organismy a odradit patogeny a býložravce. Těkavé organické sloučeniny  uvolňované z kořenových žlázových buněk byly primárně studovány pro své antiherbivorní a antimikrobiální účinky.

 

Seskviterpeny uvolňované z kořenů vetiveru působí jako potrava pro určité bakterie. Tyto bakterie mohou pro změnu růst v sousedství kořenů a bránit tak kolonizaci jiných, potenciálně patogenních mikroorganismů (Junker a Tholl 2013). Navíc tato kořenová bakteriální společenství z velké části určují složení éterického oleje z vetiveru, neboť bylo zjištěno, že v nekolonizovaných kořenech je komplexnost éterického oleje drasticky snížena (Del Giudice a kol. 2008).

 

Hlavní úlohou dužinatého ovoce, jako jsou jablka a bobule, ačkoli těkavé organické sloučeniny aktivně nevydávají, je přilákat plodožravé býložravce, kteří pomáhají v šíření semen. Ovocné těkavé organické sloučeniny jsou obyčejně charakterizovány velkým podílem esterů neterpenického původu, ale přítomny jsou i jiné skupiny těkavých látek. Specifické směsi ovocných těkavých organických sloučenin přispívají k jejich charakteristické vůni a chuti, již dále zvyšují cukry. V dužinatém ovoci stejně jako v suchých plodech, jako je kardamom nebo černý pepř, jsou těkavé organické sloučeniny produkovány a ukládány v samostatných žlázových buňkách.

 

Těkavé organické sloučeniny, převážně terpenické sloučeniny a fenylpropanoidy, obsažené v semenech rostlin z čeledi Apiaceae (miříkovité) (např. koriandr, kmín, mrkev) jsou uloženy v žláznatých kanálcích, rourovitých dutinách pod povrchem semene. Úlohou těchto těkavých organických sloučenin je opět obrana proti mikrobům a býložravcům a také zabránění růstu jiných rostlin (tkvz. alelopatie).

 

Těkavé organické sloučeniny nacházející se v borce (kůře) a dřevě obsahují buď značný podíl pryskyřice, která je uložena v pryskyřičných kanálcích a vylučována, když je rostlina poraněna, nebo jsou rozptýleny ve dřevě. V prvním případě se éterické oleje destilují ze sebrané pryskyřice (např., myrha a kadidlo), zatímco v druhém případě musí být k získání oleje stromy pokáceny a jejich dřevo rozštípáno nebo rozdrceno. Sem patří třeba santalové dřevo (Santalum album), růžové dřevo (Aniba parviflora) a oud (Aquillaria), jejichž přírodní zdroje jsou ohroženy z důvodu jejich neudržitelné těžby.

 

Než budeme pokračovat, je třeba připomenout ještě jednu důležitou věc: rostlinné těkavé látky v rostlinách neproudí nebo neobíhají, žádný podobný oběhový systém neexistuje a rozhodně nejsou žádnou unikátní esencí nebo dokonce duší rostliny.

 

Rostliny je produkuji, protože plní pro rostliny specifické biologické funkce. Skutečnost, že jsou přírodní, neznamená, že jsou neškodné. Rostliny se nezajímají, zda jsou látky, které produkují, jedovaté nebo prospěšné pro nás lidi, kteří je používáme pro své vlastní potřeby. Je naší odpovědností, abychom je používali bezpečně.

 

TAKŽE CO JE TEDY V LAHVIČKÁCH?

 

Nejen že existuje široká škála těkavých organických sloučenin, ale i jejich složení je vysoce dynamické. Odráží soustavně se měnící faktory v rámci  rostlin a jejich prostředí: vývojové stádium a orgány, denní rytmy, počasí, roční období, půdu, stav vod, mikrobiální infekce, spásání, atd. Složení se může významně lišit dokonce i mezi sousedními žlázami stejného typu a ve stejné rostlině z důvodu přirozené proměnlivosti v jejich produkci (Schmiderer a kol., 2008).

 

Destilovaný éterický  olej je jako obraz zamrzlý v čase, s kombinovaným přispěním všech těchto faktorů prostředí a vnitřní proměnlivosti, zprůměrovaný příspěvek od milionů jednotlivých žlázových buněk z rostlinného materiálu.

 

Éterický olej je směsí desítek či stovek různých sloučenin, které odrážejí:

• procesy v rostlinách;
• procesy, ke kterým dochází během destilace,
• procesy následující po destilaci.

 

Podívejme se na některé z těchto procesů podrobněji. Podle toho zda a jak se liší od rostlinných těkavých látek, můžeme éterické oleje rozdělit do čtyř kategorií.

 

1. Sloučeniny, které se vyskytují v rostlině před sklizní a destilací a závisí na rostlinném druhu, části rostliny, vývojovém stádiu a specifických podmínkách prostředí – jak již bylo řečeno.

 

2. Sloučeniny  jsou rozdělovány do nepolární (éterický olej) a polární (hydrolát) frakce destilátu. Ne všechny těkavé organické sloučeniny jsou rozděleny do nepolární složky destilátu, protože některé jsou polární molekuly, což znamená, že jsou rozpustné ve vodě a lze je nalézt převážně v hydrolátové frakci. Typickým příkladem je fenylethylalkohol. Vyskytuje se ve značných množstvích v mnoha květinách, například v růži, ale nepatrné množství je přítomno v éterickém oleji. Je to nicméně hlavní aromatická sloučenina v hydrolátu nebo v růži absolue.

 

3. Sloučeniny, které se tvoří během destilace následkem chemických modifikací posílených přítomností vody nebo tepla. Jedním z typů reakcí je hydrolýza, štěpení chemických vazeb způsobené vodou. Estery, molekuly vázané na cukry a bílkoviny (které mohou produkovat sirné sloučeniny s „tlumenými“ tóny) mají sklon k hydrolýze (Williams, 2008).

 

Typickým příkladem je hydrolýza linalylacetátu (monoterpenický ester, který se vyskytuje např. v levanduli, bergamotu a šalvěji muškátové), který se během destilace částečně přemění na linalol (monoterpenický alkohol) a kyselinu octovou.

 

Kromě hydrolýzy může dojít k celé řadě jiných chemických modifikací, jako je hydratace a dehydratace (přidání a štěpení vody) nebo dekarboxylace (štěpení oxidu uhličitého). Typickým příkladem těchto změn je chamazulen, který se tvoří z matricinu a zbarví intenzivně domodra některé éterické oleje, například heřmánku německého nebo řebříčku.

 

4. Sloučeniny, které se tvoří po destilaci následkem reakcí způsobených světlem, teplem a kyslíkem. Terpeny, fenoly a aldehydy mají sklon k oxidaci a některé z produktů oxidace mohou způsobovat podráždění, ztrátu čerstvé vůně, zápach (např., kvůli tvorbě karboxylových kyselin z aldehydů), a ztmavnutí oleje. Typickými příklady jsou limonenoxid a (+)-karvon, produkty oxidace limonenu, který se vyskytuje v mnoha éterických olejích, zejména citrusech (Williams, 2008).

 

Přítomnost vody obvykle ve stopovém množství může vést k další hydrolýze esterů. Dalším typem chemické změny je polymerizace, kdy se navzájem dohromady váže mnoho podobných molekul, aby vytvořily široké lineární řetězce, což vede ke zvýšení viskozity, ztmavnutí, zakalení a snížení intenzity vůně.

 

V některých případech je však zrání žádoucí. Některé éterické oleje například pačuli, santalové dřevo, vetiver, oud apod. postupně ztrácejí terpenické, zemité, kouřové a jiné drsné tóny a stávají se jemnějšími, krémovějšími a sladšími, zrají podobně jako dobré víno.

 

Bez ohledu na to, zda jsou všechny tyto změny chtěné či nechtěné, je éterický olej novým produktem, který je spoluvytvořen rostlinou, člověkem a prostředím.

 

O autorce:

Petra Ratajc vystudovala biologii na univerzitě v Lublani a získala titul Ph.D. výzkumem v oblasti léčivých aromatických rostlin a éterických olejů. Jejím posláním je zprostředkovat výzkum veřejnosti tím, že poskytuje spolehlivé a nezávislé informace. Více o Petře naleznete na http://phytovolatilome.com 

Foto: archív Petra Ratajc

 

REFERENCE

Adebesin, F., Widhalm, J. R., Boachon, B., Lefèvre, F., Pierman, B., Lynch, J. H.,& Porter, J. A. (2017). Emission of volatile organic compounds from petunia flowers is facilitated by an ABC transporter. Science, 356(6345), 1386-1388.

Dudareva, N., Klempien, A., Muhlemann, J. K., & Kaplan, I. (2013). Biosynthesis, function and metabolic engineering of plant volatile organic compounds. New Phytologist, 198(1), 16-32.

Franz C. and Novak J. 2010. Sources of Essential Oils. V Handbook of Essential Oils: Science, Technology, and Applications (p. 39-83). CRC Press, Boca Raton, FL, USA

ISO 9235:2 – Aromatic natural raw materials

Junker, R. R., & Tholl, D. (2013). Volatile organic compound mediated interactions at the plant-microbe interface. Journal of chemical ecology, 39(7), 810-825.

Maffei, M. E., Mithöfer, A., & Boland, W. (2007). Insects feeding on plants: rapid signals and responses preceding the induction of phytochemical release. Phytochemistry, 68(22), 2946-2959.

Muhlemann, J. K., Klempien, A., & Dudareva, N. (2014). Floral volatiles: from biosynthesis to function. Plant, cell & environment, 37(8), 1936-1949.

Scala et al., 2013).   Scala, A., Allmann, S., Mirabella, R., Haring, M. A., & Schuurink, R. C. (2013). Green leaf volatiles: a plant’s multifunctional weapon against herbivores and pathogens. International journal of molecular sciences, 14(9), 17781-17811

Schmiderer C., Grassi P., Novak J., Weber M., Franz C. 2008. Diversity of essential oil glands of clary sage (Salvia sclarea L., Lamiaceae). Plant Biology 10: 433–440

Svoboda, K. P., Svoboda, T. G., & Syred, A. D. (2000). Secretory structures of aromatic and medicinal plants: a review and atlas of micrographs. Microscopix Publications.

Widhalm, J. R., Jaini, R., Morgan, J. A., & Dudareva, N. (2015). Rethinking how volatiles are released from plant cells. Trends in plant science, 20(9), 545-550.

Williams D.G. 2008. The Chemistry of Essential Oils: An Introduction for Aromatherapists, Beauticians, Retailers and Students (Second Edition). Micelle Press, Dorset.

 

Zdroj a copyright:

http://phytovolatilome.com/

Přeloženo se svolením autorky.