Лимонен

Лимонен является главным компонентом масел кожуры цитрусовых и терпеном, несущим запах апельсина (терпены представляют собой семейство летучих ароматических веществ растений). Около 95 % масла сладкого апельсина составляет лимонен [1]. Производители продуктов питания приобретают его как ароматизатор, а производители косметики и парфюмерии используют его как душистое вещество. Лимонен является одним из наиболее часто используемых душистых веществ [2]. Он также выделяется как побочный продукт соковой промышленности и продается в качестве обезжиривающего растворителя [3]. У этой же молекулы есть и обратная сторона: при контакте с воздухом она окисляется, а ее окисленная форма является распространенным контактным аллергеном [2].

Где и в каком количестве он содержится в цитрусовых?

В кожуре. Кожура составляет примерно от 40 до 50 % плода, и эфирное масло сосредоточено в кожуре [4]. Масло извлекают холодным прессованием из вместилищ на внешней поверхности кожуры. В Тунисе выход масла из кожуры четырех видов цитрусовых в процессе созревания варьировал от 0,5 до 2,7 % [5].

Лимонен практически преобладает. В 190 образцах подлинного масла сладкого апельсина, произведенных в Италии за один сезон, содержание лимонена составило около 95 %. Наиболее важными из кислородсодержащих компонентов (альдегиды, спирты, сложные эфиры) являются альдегиды октаналь и деканаль. Состав менялся в зависимости от сезона, метода выделения масла и сорта апельсина; масла кровавого апельсина содержали больше терпенов [1]. В Турции в масле кожуры горького апельсина из двух регионов было измерено: лимонена от 93,7 до 94,3 %, мирцена от 1,7 до 1,9 %, линалилацетата от 1,2 до 1,3 %, линалоола от 0,3 до 0,5 % [6]. В турецком масле кожуры грейпфрута содержание лимонена составило 92,5 %, мирцена 2,6 %, а сумма терпенов составила 96,4 %. В том же исследовании лимонное масло показало совершенно иной профиль: лимонен 61,8 %, гамма-терпинен 10,6 %, бета-пинен 8,1 % [7]. Октаналь и деканаль называют компонентами, определяющими характер масла сладкого апельсина [8].

Степень зрелости меняет соотношение. В Тунисе содержание лимонена в масле кожуры горького апельсина увеличивалось в процессе созревания с 67,9 до 91,0 %, а в сладком апельсине оставалось в пределах от 81,5 до 86,4 % [5]. В Иране в горьком апельсине лимонен в зрелых плодах достигал 93,5 %, тогда как уровни линалоола, мирцена и альфа-терпинеола снижались до минимума [9]. Точная доля определяется анализом, а не названием фрукта.

Метод выделения также меняет состав. Проведено сравнение холодного прессования и гидродистилляции кожуры апельсина и тангора (гибрид мандарина и апельсина). Тяжелые и кислородсодержащие компоненты оказались характерны для холодного прессования. При дистилляции же в большем количестве образовывались два компонента, считающиеся дефектом запаха в соке (терпинен-4-ол и 4-винилгваякол) [10]. В лабораторном масштабе выход масла грейпфрута холодного прессования оказался значительно выше, чем при гидродистилляции; содержание лимонена составило 92,8 % в масле холодного прессования и 96,1 % в дистиллированном масле. В том же исследовании в антиоксидантном тесте дистиллированное масло грейпфрута превзошло масло холодного прессования [11]. В промышленности в масле грейпфрута, полученном паровой дистилляцией отжимок, содержание лимонена составило 70,9 % [12].

Чистый лимонен является побочным продуктом соковых заводов. В интегрированном процессе переработки цитрусовых отходов из 1 тонны отходов (20 % сухого вещества) было получено 8,9 L лимонена [13]. Этот продукт соковой промышленности поступает на рынок под названием «d-лимонен» и применяется как обезжиривающий и чистящий растворитель [3].

Лимонен, октаналь, оксид лимонена: в чем разница?

Значения получены из PubChem. XLogP показывает сродство вещества к жиру или воде. Чем выше значение, тем выше липофильность. Лимонен со значением 3,4 липофилен и крайне слабо растворим в воде. Продукты окисления (оксид лимонена 2,5, карвеол 2,1) более гидрофильны. Альфа-терпинеол со значением 1,8 является наиболее гидрофильным среди них.

У лимонена есть две конфигурации. Две молекулы с одинаковой формулой являются зеркальными отражениями друг друга (энантиомеры). Лимонен масла кожуры цитрусовых представлен (R)-(+) энантиомером (CAS 5989-27-5) [2]. Рацемический лимонен (равная смесь обоих энантиомеров) рассматривается как отдельное душистое вещество [14]. Против восьми микроорганизмов (R) и (S) энантиомеры проявили эффективность при практически одинаковой концентрации [15]. В модели белого вина изменение энантиомерного соотношения лимонена не повлияло на восприятие аромата [16]. Важность конфигурации заключается не в запахе, а в идентификации: вопрос о натуральном или синтетическом происхождении решается по энантиомерному распределению.

Характер формируется не только лимоненом. В апельсиновом соке, восстановленном из концентрата, тремя наиболее сильными одорантами оказались линалоол, лимонен и фруктовый сложный эфир, за которыми следовали октаналь и деканаль [17]. В свежевыжатом апельсиновом соке ведущую роль играли фруктовые сложные эфиры и деканаль [18]. В масле кожуры характер несут октаналь и деканаль [8]. В пятикратно концентрированном апельсиновом масле лимонен усиливал восприятие сладости раствора сахарозы [19].

Продукты окисления образуются на воздухе. В лимонене, контактировавшем с воздухом, идентифицировано пять основных продуктов окисления. Карвон и оксид лимонена оказались сильными сенсибилизаторами, карвеол сенсибилизации не вызвал. В этом исследовании чистый лимонен не вызывал сенсибилизации в тестах на животных, тогда как окисленный на воздухе лимонен вызывал ее [20]. Гидропероксиды, образующиеся при окислении (кислородсодержащие, реакционноспособные по отношению к коже промежуточные соединения), являются сильными сенсибилизаторами в тестах на животных и дают положительный результат при патч-тестах (аппликационных кожных пробах) у пациентов с экземой [21]. Температура и давление приводят к другим изменениям: в апельсиновом соке высокое давление и температура вызывали деградацию лимонена с ростом уровней альфа-терпинеола и карвона [22]. В водно-спиртовой смеси лимонен разрушался под действием тепла [23].

Для чего он используется?

В качестве душистого вещества: да, одно из наиболее используемых душистых веществ. Лимонен является одним из наиболее часто используемых ароматических компонентов в технических продуктах и парфюмерии [2]. Это справедливо и для освежителей воздуха: исследование 109 освежителей показало, что лимонен и линалоол являются двумя наиболее часто используемыми душистыми веществами. Оба компонента показали отрицательный результат в тестах на респираторную сенсибилизацию [24]. Экспертная группа по безопасности косметических ингредиентов признала ингредиенты цитрусового происхождения безопасными при условии, что готовый продукт не вызывает раздражения и сенсибилизации. Единственным поводом для беспокойства группы являются окисленные лимонен и линалоол [25]. Проблема заключается не в самом лимонене, а в продукте длительного хранения. Свежий лимонен безопасен, окисленный на воздухе лимонен становится аллергеном. Подробности приведены в разделе «Как ведет себя в рецептурах?».

Пищевая промышленность: основа апельсинового аромата. В апельсиновых и цитрусовых ароматизаторах лимонен выступает носителем запаха, а характер придают сопутствующие альдегиды [8]. В напитки масло не вводится напрямую, а добавляется в виде эмульсии (смеси масла с водой). В эмульсиях для напитков на основе гуммиарабика и ксантановой камеди концентрация апельсинового масла тестировалась в диапазоне от 6 до 10 % [26]. При хранении профиль аромата меняется: при выдерживании апельсинового сока в тепле в течение четырех недель уровни октаналя, деканаля и линалоола снижались, а содержание альфа-терпинеола росло. Затхлый запах был вызван двумя другими соединениями [27]. Пластиковая упаковка может сорбировать лимонен, и апельсиновый сок является наиболее изученным примером этого явления [28].

Масло кожуры, концентрат или чистый лимонен: какая форма?

Эфирные масла также часто продаются разбавленными в пищевом масле. В сертификате должно быть четко указано, к чему относится процентное содержание: к чистому маслу или к разбавленному продукту.

Зачем использовать цитрусовый лимонен при наличии рацемического? Рацемический продукт представляет собой равную смесь двух энантиомеров и оценивается как отдельное вещество [14]. Цитрусовый лимонен дает два преимущества. Во-первых, оптическую чистоту: как в масле кожуры, так и в чистом изоляте лимонен представлен (R) энантиомером [2]. Во-вторых, подтверждаемое происхождение: энантиомерное распределение и изотопный анализ (позволяющий отличить синтетические добавки или примеси других растений) подтверждают натуральность масла [31], [32]. Масло кожуры дает дополнительное преимущество перед чистым лимоненом: октаналь и деканаль, несущие характерный профиль апельсина, присутствуют только в масле кожуры [8], [1]. Лимонен служит носителем этих ароматов.

Выбор зависит от четырех вопросов.

• Какой цитрус, какой профиль? В сладком апельсине среди кислородсодержащих компонентов лидируют октаналь и деканаль [1]. В горьком апельсине измерено от 1,2 до 1,3 % линалилацетата и от 0,3 до 0,5 % линалоола [6]. Грейпфрут содержит 92,5 % лимонена и 2,6 % мирцена, лимон с 61,8 % лимонена имеет совершенно иной профиль [7].
• Является ли продукт водным или подвергается нагреву? Лимонен плохо растворим в воде и вводится в напитки через эмульсию [26]. Нагрев и давление трансформируют лимонен в альфа-терпинеол и карвон [22]. Пластиковая упаковка может сорбировать лимонен [28].
• Какой объем требуется? Если в 1 тонну напитка через эмульсию вводится 1 kg апельсинового масла (одна тысячная часть) с содержанием лимонена 95 % [1], концентрация лимонена в напитке составит 950 mg/kg. Цифры приведены для примера.
• Стоимость. В масле апельсина и грейпфрута холодного прессования содержание лимонена составляет от 92 до 95 % [1], [6], [7]. Поэтому цена за килограмм лимонена не является единственным критерием. Критериями служат доля альдегидов и свежесть. Для чистого лимонена сравнивают цену за килограмм и степень окисления.

Как читать протокол анализа?

Метод. Масло кожуры анализируют методом газовой хроматографии (ГХ, метод разделения летучей смеси на компоненты и измерения доли каждого из них). Компоненты идентифицируют с помощью масс-спектрометрии (детектор, определяющий вещества по их масс-спектральным отпечаткам). Проценты чаще всего представляют собой относительную долю компонентов (нормализация площадей). Для лимонена также существует отдельный метод жидкостной хроматографии, отслеживающий процессы деградации [23].

Как выявляется примесь дешевого масла. Дешевое масло, полученное дистилляцией отжимок, может подмешиваться к маслу холодного прессования. При исследовании 266 образцов масла холодного прессования, 29 дистиллированных и 26 смешанных масел мандарина соотношение нескольких маркеров, таких как терпинен-4-ол и деканаль, в большинстве случаев выявляло 10 % фальсификацию; для более низких концентраций предел установить не удалось [33]. При гидродистилляции образуется больше соединений с дефектом запаха по сравнению с холодным прессованием [10].

Энантиомерное распределение и изотопный анализ. Сочетание энантиомерного распределения основных компонентов и изотопного анализа позволяет установить подлинность цитрусовых масел [31]. В мандариновых маслах изотопный анализ использовался для выявления синтетических добавок, примесей другого сырья и географического происхождения [32].

Спецификация и фактический результат не тождественны. Спецификация отражает заявленные параметры производителя, измеренное значение является результатом анализа конкретной партии. Лист технических данных (TDS) является общим документом, сертификат анализа (CoA) относится к конкретной партии.

Что указывает на качество?

Свежесть. Контактировавший с воздухом лимонен образует карвон, оксид лимонена и гидропероксиды [20], [21]. Гидропероксиды могут быть измерены отдельным методом. В исследовании отмечается, что европейские косметические нормы требуют маркировки линалоола и лимонена при концентрациях выше 0,01 % в смываемой и выше 0,001 % в несмываемой продукции, однако образующиеся при окислении гидропероксиды в этой маркировке не отражаются [34]. В сертификате строки карвона, карвеола и оксида лимонена оцениваются совместно с датой анализа и степенью заполнения емкости.

Доля альдегидов. В большинстве цитрусовых масел содержание лимонена превышает 90 %, разницу формируют кислородсодержащие компоненты. Доля альдегидов зависит от способа выделения масла, сорта апельсина и сезона [1]. Примесь дистиллята снижает долю деканаля [33]. Строки альдегидов в сертификате несут больше информации, чем строка лимонена.

Остаточные растворители и испытания сырья. Ни одна из форм в таблице не требует применения органических растворителей; строка остаточных растворителей имеет значение только для продуктов экстракции. Кожура непосредственно контактирует с обработками при выращивании, поэтому в сертификате масла кожуры контролируют строку пестицидов.

Как ведет себя в рецептурах?

Воздух. Антиоксиданты блокируют путь окисления: в вазелине с добавлением антиоксиданта на основе производного витамина E гидропероксиды лимонена подвергались значительному разложению, тогда как в вазелине без антиоксиданта они сохранялись без изменений в течение шести недель в холодильнике [35]. В спиртовой парфюмерии лимонен продемонстрировал стабильность. В полупустых флаконах, открывавшихся и закрывавшихся в течение девяти месяцев, гидропероксиды не были обнаружены; в собранных у потребителей старых духах определялось около 0,2 % лимонена, и лишь в незначительной части присутствовали следовые количества продуктов окисления [21]. Хранение осуществляется в герметичной, полностью заполненной таре в прохладном и темном месте.

Вода, температура и кислотность. Лимонен крайне слабо растворим в воде и требует эмульгирования в напитках [26]. Нагрев и давление превращали лимонен в альфа-терпинеол и карвон [22]; в водно-этанольном растворе происходила термическая деградация [23]. Инкапсуляция повышает стабильность: в микроэмульсиях с ультрамалым размером капель время до начала окисления лимонена увеличивалось в 4–8 раз, однако сами эмульсии физически разрушались при температуре выше 50 °C [36]. Применение циклодекстрина (циклического сахара, связывающего молекулу внутри своей структуры) повысило растворимость и термостойкость, а также замедлило высвобождение [37].

Упаковка. Некоторые виды пластика сорбируют лимонен и поглощают аромат [28]. Выбор упаковки является частью расчета дозировки ароматизатора.

Кожа: свежий лимонен безопасен, окисленный лимонен является аллергеном. Чистый лимонен не вызывает сенсибилизации кожи. При выдерживании на воздухе и окислении образуются сенсибилизирующие вещества [20]. Это распространенная проблема. В шести странах у 5,2 % из 2 900 пациентов с экземой наблюдалась реакция на окисленный лимонен в кожных тестах [38]. В Великобритании среди 4 731 пациента эта доля составила 5,0 % [39]. Среди 26 ароматических аллергенов, подлежащих обязательной маркировке, окисленный линалоол занимает первое место, а окисленный лимонен находится на третьем месте [40]. Существует диагностическая сложность: стандартный тест на аллергию к ароматизаторам не всегда фиксирует эту реакцию. В одном исследовании 57 % пациентов с реакцией на окисленный лимонен показали отрицательный результат в стандартном тесте на смеси ароматизаторов [2], тогда как в более ранней работе большинство реагировало и на стандартную пробу [3]. По этой причине окисленный лимонен тестируют отдельно. Для разработчика вывод однозначен: предотвращение окисления лимонена исключает проблему образования аллергенов. Формат указания душистого вещества на этикетке определяется категорией продукции и требованиями законодательства.

Паспорт безопасности. При работе с экстрактом следует руководствоваться паспортом безопасности (SDS). Класс транспортировки и условия хранения определяются по SDS.