Альфа-пинен

Альфа-пинен (alpha-pinene) является одним из наиболее часто встречающихся терпенов в маслах сосны и аналогичных деревьев (терпен: семейство молекул, составляющих эфирные масла растений) [1]. В масле из хвои сосны обыкновенной (Pinus sylvestris) его доля варьирует в зависимости от типа дерева [2]: в Литве в сухом растении она составляла от 7 до 33 % [3], [4], в Испании было зафиксировано значение около 70 % [5]. В скипидаре, перегнанном из сосновой смолы, содержание находится в диапазоне от 70 до 85 % [6]. У молекулы есть две зеркальные формы. То, какая из них преобладает, определяется видом дерева [7]. При контакте с воздухом вещество разлагается, а продукты распада вызывают кожную аллергию [8]. Парфюмерно-косметическая промышленность закупает альфа-пинен в качестве ароматического вещества [1], сектор бытовой химии — как ароматическое вещество [9], химическая отрасль — как терпеновое сырье [10].

Где именно в сосне и сколько содержится?

В смоле и хвое. Смола (живица), вытекающая при повреждении коры сосны, состоит из эфирного масла и твердой смолы. При дистилляции живицы летучая фракция выделяется в виде скипидара [6]. В хвое масла содержится меньше: из сухого сырья сосны обыкновенной было получено около 1 % масла [4]. В Литве исследовалась возможность применения хвои после вырубок для получения масла: зрелое дерево (объем ствола 1 м³) дает не менее 10 килограммов свежей хвои, выход масла из хвои составляет от 0,43 до 0,64 % [11].

У сосны обыкновенной существует два типа деревьев. Были изучены 36 образцов масел сосны обыкновенной (на этой странице — «первичное масло»), дистиллированных исследователями из деревьев известного происхождения. В 19 из них главным компонентом был альфа-пинен, в 14 — 3-карен (3-carene, другой сосновый терпен). Авторы называют масла с содержанием 3-карена более 5 % 3-кареновым типом [2]. В маслах сосны обыкновенной из разных регионов Литвы альфа-пинен был измерен на уровне от 18,5 до 33,0 %, 3-карен — от 9,1 до 24,6 % [4]. В Испании в масле из хвои сосны обыкновенной альфа-пинен составил в среднем 69,5 %, камфен — 14,9 %, бета-пинен — 9,1 %, при этом доля заметно менялась от месяца к месяцу [5]. В маслах из хвои турецкой сосны обыкновенной основными компонентами являются альфа-пинен, камфен и бета-пинен [12]. Доля определяется измерением, а не названием дерева.

Часть растения и сушка меняют процент. На тех же деревьях в Испании в масле из ветвей альфа-пинен составил 49,2 %, в масле из хвои — 69,5 % [5]. Первичное масло из хвои сосны обыкновенной содержит более тяжелые терпены (сесквитерпены) и еще более тяжелый компонент изоабиенол (дитерпен), которые служат своего рода маркерами подлинности масла. Изоабиенол был обнаружен в хвое и практически отсутствовал в ветвях [2]. Борнилацетат в литовских маслах определялся на уровне от 0,5 до 3,9 % [4], [3]. В масле из высушенной хвои легкие терпены (альфа-пинен и родственные соединения) составили от 26,4 до 41,3 %, в то время как в единственном свежем образце было измерено 71,0 % [3].

Альфа-пинен, 3-карен, вербенон: в чем разница?

Значения получены из PubChem. XLogP показывает, к чему вещество ближе: к жиру или к воде. Чем выше значение, тем больше оно тяготеет к жиру. Первые семь строк имеют одинаковую формулу (C₁₀H₁₆): те же атомы, другое расположение. Альфа-пинен со значением 2,8 находится на стороне жира, не растворяется в воде [13] и легко улетучивается [14].

Две зеркальные формы: где какая преобладает. Эти две зеркальные конфигурации называются энантиомерами. Преобладание той или иной формы зависит от вида дерева. В первичных маслах сосны обыкновенной преобладает (+)-альфа-пинен. В сосне черной, горной сосне и скипидаре преобладает (−)-альфа-пинен [7]. В масле из хвои сосны обыкновенной из Финляндии форма (+) превышала форму (−) в 2,5 раза, и это соотношение сохранялось как для 3-каренового, так и для другого типа [15]. Энантиомеры могут действовать по-разному: раздражение носа и горла у мышей вызывал (+)-альфа-пинен, тогда как (−)-альфа-пинен был практически неактивен [16]. Воздействие на микроорганизмы приведено ниже.

Окисление на воздухе. В масле, контактирующем с воздухом, сначала образуется гидропероксид (первичный продукт окисления) [17]. Затем формируются вербенол, вербенон и альфа-пиненоксид [18]. Гидропероксиды терпенов являются сильными аллергенами и вызывают контактный дерматит [19].

Для чего используется?

Чистящие средства: сосновый аромат и дезинфицирующее сырье. В чистящие средства альфа-пинен приносит и сосновый запах, и способность убивать микробы. В пробирке он останавливал бактерии и грибы, разрушал прилипшую к поверхности микробную пленку и не вредил клеткам кожи человека. (+)-альфа-пинен и (+)-бета-пинен (одна из двух зеркальных форм молекулы, со знаком плюс) подавляли все тестируемые бактерии и грибы в концентрациях от 0,1 до 4,2 грамма на литр. Дрожжеподобный гриб Candida albicans полностью уничтожался за 60 минут, антибиотикорезистентный стафилококк (MRSA) — за 6 часов. Формы (−) (вторая зеркальная форма) оставались неэффективными до концентрации 20 граммов на литр. При концентрации 0,25 грамма на литр (+)-альфа-пинен снижал жизнеспособность иммунных клеток мышей (мера вреда для клеток) до 66,8 %, а (+)-бета-пинен — до 57,7 % [20]. Более позднее исследование протестировало оба энантиомера (обе зеркальные формы) по отдельности и показало близкую активность (от 0,25 до 4 граммов на литр). Разница проявилась в смесях: (−)-альфа-пинен в сочетании с бета-кариофилленом (еще один компонент эфирных масел) действовал против стафилококка сильнее, чем по отдельности [21]. Купленное на рынке масло сосны обыкновенной показало высокую активность против редких видов Candida и нетипичных дрожжей. Альфа-пинен действовал и сам по себе [22]. Альфа-пинен разрушал зрелую биопленку Candida albicans (слой микроорганизмов на поверхности) на величину до 88 %, не повреждая клетки кожи человека [23].

Косметика и парфюмерия: ароматическое вещество. Альфа-пинен — одно из самых распространенных ароматических веществ в освежителях воздуха: он придает им и косметике сосновую ноту. В помещении он достаточно мягок, чтобы не раздражать глаза. В 90 % из 41 освежителя воздуха, продаваемого в Европе, был обнаружен альфа-пинен. Наряду с линалоолом и лимоненом (основными ароматическими молекулами лаванды и цитрусовых) он входит в тройку наиболее распространенных ароматических веществ [24]. В тестах на добровольцах оценивались запах и степень раздражения глаз четырьмя терпенами. Ни один из четырех не оказался достаточно сильным, чтобы раздражать глаза в закрытом помещении. Для альфа-пинена жалобы на раздражение были настолько редкими, что порог (уровень, с которого начинается раздражение) определить не удалось [25].

Техническое применение: растворитель и терпеновое сырье. В промышленности у альфа-пинена две роли: он заменяет растворитель нефтяного происхождения и служит исходным сырьем для других ароматических веществ и смол. Альфа-пинен тестировался в качестве замены гексана, растворителя нефтяного происхождения. При извлечении масла из масличных семян результат был на уровне гексана, при этом большая часть альфа-пинена была регенерирована (возвращена в оборот) [26]. В качестве сырья альфа-пинен перерабатывается в альфа-терпинеол (ароматическое вещество с запахом сирени) [10], [27], камфен (промежуточный продукт для получения камфоры) [28] и терпеновые смолы (смолы для клеев и покрытий) [29].

Ароматизация помещений и ингаляция: испытания на людях и мышах. От альфа-пинена в ароматизации помещений ждут успокаивающего действия: снижение стресса от лесного воздуха отчасти приписывают этому веществу, а у мышей его вдыхание уменьшало тревожность. Уровни, измеренные в домах и офисах, намного ниже порога раздражения. Двенадцать мужчин совершали трехдневные прогулки по лесу. В лесном воздухе определялись альфа-пинен и бета-пинен, тогда как в городском воздухе они практически отсутствовали. Прогулки привели к увеличению активности и числа естественных киллеров (иммунных клеток, уничтожающих зараженные клетки) и снижению уровня гормона стресса в моче. Эффект сохранялся более 7 дней. Аналогичная поездка в город не вызвала изменений. Авторы частично связывают эффект с терпенами, выделяемыми деревьями в воздух [30]. Вдыхание альфа-пинена мышами по 90 минут в день снижало тревожность на 1-й, 3-й и 5-й дни, эффект оставался стабильным на протяжении пяти дней [31]. Максимальные уровни альфа-пинена, зафиксированные в жилых домах и офисах, близки к порогу обонятельного восприятия и значительно ниже уровней, вызывающих раздражение глаз и горла [32]. В воздушной фазе над маслами четырех видов сосны доля альфа-пинена была выше, чем в жидкой фазе самих масел [33]. Исследование на мышах проводилось с использованием чистого альфа-пинена.

30 % или 80 %: какая форма?

Почему масло сосны обыкновенной, а не отдельная молекула? Для производителей чистящих средств и мыла аргументами являются профиль запаха и эффективность. Помимо альфа-пинена, масло содержит бета-пинен, камфен, лимонен [5], борнилацетат и тяжелые терпены [3], [2], которых нет в отдельной молекуле. Действие также обусловлено смесью: то же количество альфа-пинена проявляло разную антимикробную активность в зависимости от сопутствующих компонентов и соотношения энантиомеров [35]. Третий фактор — происхождение: профиль тяжелых терпенов масла сосны обыкновенной работает как отпечаток пальца [2]. У отдельной молекулы такого следа нет.

Выбор зависит от четырех вопросов.

• Запах, дезинфекция или растворитель? Для запаха читают строки сопутствующих компонентов. Для дезинфицирующего сырья мерой служат приведенные выше данные по микроорганизмам [20], [21]. Для целей растворителя достаточно строки альфа-пинена.
• Какой тип? Тип показывает содержание 3-карена: в 3-кареновом типе оно превышает 5 % [2], в сосне обыкновенной из Литвы было измерено от 5 до 25 % [3], [4].
• Какая дозировка требует выноса на этикетку? Порог для этикетки моющих средств составляет 0,01 % [36]. В регламенте альфа-пинен и бета-пинен объединены в одну позицию [37]. Скипидар с суммарным содержанием 90 % [6], [34] достигнет этого порога при вводе 111 граммов на одну тонну продукта. В несмываемой косметике порог составляет 0,001 % [37]: для того же масла достаточно 11 граммов на тонну. Цифры приведены для примера и рассчитываются по сумме двух строк пиненов в сертификате.
• Как сравнивать цену? В таблице доля альфа-пинена варьирует от 7 до 85 %. Сравнивается не цена за килограмм масла, а цена за килограмм альфа-пинена. Если покупатель платит за характер запаха, сравнение проводится с учетом сопутствующих компонентов.

Как читать протокол анализа?

Метод. Масло сосны обыкновенной анализируют методом газовой хроматографии (метод разделения летучей смеси на компоненты с определением доли каждого из них) [6]. Проценты обычно представляют собой относительную долю компонентов, а не абсолютное количество.

Перекисное число указывает на свежесть. Перекисное число отражает степень контакта с воздухом. Регламент ЕС по косметике требует менее 10 ммоль/л для пинена и менее 20 ммоль/л для лимонена [37]. Аллергенные гидропероксиды нестабильны при нагревании и не видны в компонентном анализе [19]. Поэтому их контролируют по строке перекисного числа, а не по таблице состава.

Строки тяжелых терпенов показывают часть растения. Строки тяжелых терпенов (сесквитерпенов и дитерпенов) в масле из хвои сосны обыкновенной позволяют определить, из какой части растения получено масло [2].

Спецификация и результаты испытаний — разные вещи. Спецификация отражает заявленные параметры производителя, измеренное значение — результат конкретной партии. Лист технических данных (TDS) является общим документом, сертификат анализа (CoA) относится к партии.

Что указывает на качество?

Свежесть и часть растения. Перекисное число показывает свежесть [37], строки 3-карена и тяжелых терпенов — тип и часть сырья [2]. Эти три строки читаются вместе.

Остаточные растворители и испытания сырья. При паровой дистилляции органические растворители не используются, строка остаточных растворителей имеет значение только для продуктов экстракции. Для растительного сырья также проверяются показатели пестицидов и тяжелых металлов.

Как ведет себя в рецептуре?

Аллергия связана с продуктами распада. Аллергия на скипидар известна на протяжении века. Обзор литературы связывает ее с продуктами окисления, образующимися на воздухе. С прекращением использования скипидара на производствах сенсибилизация среди рабочих прекратилась [8]. В Португалии у 17 из 22 пациентов с аллергией на скипидар кожные патч-тесты (аппликационные аллергопробы) дали реакцию на альфа-пинен, у 15 — на дипентен (лимонен) [38]. В Германии и Австрии при патч-тестах 45 005 пациентов аллергическая реакция на скипидар составила 0,5 % в период с 1992 по 1995 год, 1,7 % в 1996 году и 3,1 % в 1997 году [39].

Температура и кислотность. При нагревании от 130 до 155 °C с кислотным катализатором альфа-пинен превращался в камфен и лимонен [28]. При нагревании с водой и кислотой образуется альфа-терпинеол: из чистого альфа-пинена было получено 67 % альфа-терпинеола [10]. Данные превращения учитываются при проектировании кислых и высокотемпературных процессов.

Водные продукты. Альфа-пинен не растворяется в воде [13]. Для водных сред требуется эмульсия (система из масла и воды с поверхностно-активным веществом) или носитель. Альфа-пинен заключали в циклодекстрин (кольцевой сахар, вмещающий молекулу внутрь) и загружали в липосомы (пузырьки из жировой оболочки). Смеси сохраняли стабильность при 4 °C в течение трех месяцев [14]. Инкапсулированный в циклодекстрин альфа-пинен испарялся медленнее: период полувыведения увеличился с 3,5 до 7,8 дня [40]. При одновременном применении циклодекстрина и ПАВ растворимость росла меньше, чем ожидаемая сумма эффектов [41].

Кожа: проходит через кожу. В образце изолированной кожи человека альфа-пинен увеличивал прохождение тестового лекарственного вещества в 2 раза [42]. Это учитывается в продуктах с компонентами, которые не должны проходить через кожу.

Маркировка косметики: пинен включен в список, масло сосны обыкновенной под собственным именем отсутствует. Альфа-пинен и бета-пинен были включены в список парфюмерных аллергенов Европейского союза, подлежащих обязательному декларированию, в 2023 году как единая позиция. Скипидар указан в списке отдельной строкой, как и масла горной и карликовой сосен. Масло сосны обыкновенной под собственным именем в перечне отсутствует и попадает под требования через содержание пиненов. Входящий в состав масла лимонен содержался и в предыдущих версиях списка. Терпинолен и бета-кариофиллен внесены регламентом 2023 года. Камфен, 3-карен, борнилацетат и лонгифолен в перечень не входят. Название аллергена выносится на этикетку при превышении порога 0,001 % для несмываемой и 0,01 % для смываемой продукции. Продукция, выпускаемая на рынок после 31 июля 2026 года, обязана соответствовать правилу по пиненам. Продукция, уже находящаяся на полках, может реализовываться до 31 июля 2028 года [37].

Маркировка моющих средств. Регламент ЕС по моющим средствам требует указания парфюмерных аллергенов из косметического списка: аллергены в концентрации более 0,01 % выносятся в перечень ингредиентов по названиям. Отдушки и эфирные масла считаются единым компонентом, из их состава перечисляются только вещества из списка аллергенов. Аллергены, дополнительно внесенные в косметический регламент, также подпадают под эти правила [36].

Быстро выводится из организма. Около 60 % вдыхаемого альфа-пинена усваивается легкими и быстро выводится из крови [43]. От 1 до 4 % принятой дозы выводилось с мочой в виде вербенолов, большая часть выделялась в течение 20 часов [44].

Паспорт безопасности. При работе с маслом соблюдаются указания паспорта безопасности (SDS). Класс транспортировки и условия хранения определяются по SDS.