UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA BARBARA KRAMŽAR MIKROKAPSULIRANJE ETERIČNIH OLJ S KOACERVACIJSKIM POSTOPKOM V ŠOLSKEM LABORATORIJU DIPLOMSKO DELO LJUBLJANA, 2014
UNIVERZA V LJUBLJANI
PEDAGOŠKA FAKULTETA
BARBARA KRAMŽAR
MIKROKAPSULIRANJE ETERIČNIH OLJ S
KOACERVACIJSKIM POSTOPKOM V ŠOLSKEM
LABORATORIJU
DIPLOMSKO DELO
LJUBLJANA, 2014
UNIVERZA V LJUBLJANI
PEDAGOŠKA FAKULTETA
Študijski program: Gospodinjstvo in kemija
BARBARA KRAMŽAR
Mentorica: prof. dr. BOJANA BOH
MIKROKAPSULIRANJE ETERIČNIH OLJ S
KOACERVACIJSKIM POSTOPKOM V ŠOLSKEM
LABORATORIJU
DIPLOMSKO DELO
LJUBLJANA, 2014
Zahvala
Najprej se iskreno zahvaljujem mentorici dr. Bojani Boh za strokovne nasvete, motivacijo in
vso pomoč pri izdelavi diplomskega dela.
Posebna zahvala velja tudi mami in bratu, ki sta me ves čas študija podpirala in mi stala ob
strani tudi, ko je bilo najtežje.
Zahvala gre tudi vsem prijateljem za spodbudne besede.
Diplomo posvečam pokojnemu očetu, ki je vedno verjel vame in me spodbujal tudi pri
šolanju.
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
i
Povzetek
V diplomskem delu je bil izdelan poenostavljen postopek za mikrokapsuliranje eteričnih olj s
kompleksno koacervacijo želatine in karboksimetil celuloze v šolskem laboratoriju. Ob
upoštevanju šolskih razmer je prilagoditev obsegala uporabljeno opremo, kemikalije in
izvedbo posameznih faz postopka. Kot rezultat postopka so nastale mikrokapsule,
sestavljene iz jedra (eterično olje sivke) in ovojnice (želatina in karboksimetil celuloza). Z
eksperimentalnim delom smo dokazali možnost prilagajanja in poenostavljanja postopka
kompleksne koacervacije za delo v šolskem laboratoriju ter dobro ponovljivost rezultatov.
Poenostavljen postopek je bil umeščen v kurikulum šolskih dejavnosti (Kemija v 9. razredu
osnovne šole, Poskusi v kemiji, Kemija v življenju in naravoslovno tehnični dan) in obšolske
dejavnosti (kemijski krožek). Na koncu je bil oblikovan tudi delovni list za učence in navodila
za delo učitelja. Navodila učitelju služijo kot opora za uspešno izvedbo pouka, ki vključuje
šolski eksperiment in aktivnosti v povezavi z njim.
Ključne besede: kemija, šolski laboratorij, mikrokapsule, kompleksna koacervacija, želatina,
karboksimetil celuloza, eterično olje sivke.
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
ii
Abstract
In the diploma work, a simplified procedure has been prepared for microencapsulation of
essential oils with the complex coacervation of gelatin and carboxymethyl cellulose, adapted
for the school laboratory. Taking into account the characteristics of the school environment,
the process adjustments included equipment, chemicals, and the implementation of various
stages of the process. As a result, microcapsules have been produced, composed of a core
material (the essential oil of lavender), and the wall (gelatin and carboxymethyl cellulose).
With experimental work, we have demonstrated the ability to adapt and simplify the complex
coacervation procedure for the school laboratory, with a good reproducibility of results. The
simplified procedure has been installed into the curriculum of school activities (Chemistry in
the 9th grade, Experiments in Chemistry, Chemistry in life, Science and technical days), and
into the extracurricular activities (optional chemical activities). At the end, the students'
worksheet and the instructions for teachers have been designed, to support the successful
implementation of lessons which include a school experiment and the related activities.
Keywords: chemistry, school laboratory, microcapsules, complex coacervation, gelatin,
carboxymethyl cellulose, essential oil of lavender.
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
iii
KAZALO VSEBINE
1. Uvod ................................................................................................................................. 1
1.1. Opredelitev naloge ...................................................................................................... 1
1.2. Namen, cilji in delovne hipoteze .................................................................................. 1
2. Teoretični del ................................................................................................................... 3
2.1. Mikrokapsule ............................................................................................................... 3
2.1.1. Oblike in uporaba mikrokapsul .............................................................................. 4
2.1.2. Postopki izdelave mikrokapsul .............................................................................. 6
2.1.3. Koacervacija ......................................................................................................... 7
2.2. Eterična olja ...............................................................................................................15
2.2.1. Kemijska sestava eteričnih olj ..............................................................................15
2.2.2. Metode izolacije eteričnih olj ................................................................................16
2.2.3. Eterično olje sivke ................................................................................................21
2.3. Umestitev teme v šolske in obšolske dejavnosti .........................................................23
3. Uporabljeni materiali in metode ....................................................................................26
3.1. Kemikalije ..................................................................................................................26
3.2. Oprema ......................................................................................................................26
3.3. Laboratorijski postopek kompleksne koacervacije ......................................................27
4. Rezultati in razprava .......................................................................................................29
4.1. Prilagajanje postopka kompleksne koacervacije želatine in karboksimetil celuloze za
delo v šolskem laboratoriju ................................................................................................29
4.1.1. Optimizirani postopek za pripravo mikrokapsul ....................................................35
4.2. Razprava o pridobljenih rezultatih eksperimentov ......................................................36
4.3. Navodila za delo učitelja ............................................................................................41
4.4. Delovni list za učenca ................................................................................................50
5. Zaključek .........................................................................................................................55
6. Literatura .........................................................................................................................59
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
iv
KAZALO SLIK
Slika 1: Mikrokapsule pod svetlobnim mikroskopom (povečava 40-krat) ............................... 3
Slika 2: Oblike mikrokapsul (Boh, 1986) ................................................................................ 4
Slika 3: Mikrokapsuliranje po področjih uporabe (ISI, 2011) .................................................. 5
Slika 4: Trifazni diagram enostavne koacervacije: I. – raztopina, II. – koacervacija, III. –
koacervacija + oborina, IV. – oborina (Vaje iz farmacevtske tehnologije 2, 2002) .................. 9
Slika 5: Sekvenca glicin-prolin-hidroksiprolin v kolagenu ......................................................12
Slika 6: Kemijska struktura želatine (Ofori, 1999) .................................................................12
Slika 7: Kemijska zgradba celuloze (Gao, 2003) ...................................................................13
Slika 8: Kemijska zgradba karboksimetil celuloze (Gao, 2003) .............................................14
Slika 9: Lavanda angustifolia (Voda, 1998) ...........................................................................21
Slika 10: Skupki koaguliranega stenskega materiala (povečava 100-krat) v neuspelem
poskusu kompleksne koacervacije .......................................................................................36
Slika 11: Disperzija mikrokapsuliranja eteričnega olja sivke, eksperiment 2 (povečava 40-
krat) ......................................................................................................................................38
Slika 12: Disperzija mikrokapsuliranega eteričnega olja, eksperiment 3 (povečava 40-krat) .38
Slika 13: Disperzija mikrokapsuliranega rastlinskega olja,eksperiment 4(povečava 40-krat).40
Slika 14: Disperzija mikrokapsuliranega eteričnega olja, eksperiment 5 (povečava 40-krat) .40
Slika 15: Nabrekanje želatine ...............................................................................................56
Slika 16: Segrevanje želatine ...............................................................................................56
Slika 17: Emulgiranje eteričnega olja ....................................................................................57
Slika 18: Koacervacija ..........................................................................................................57
Slika 19: Ohlajanje disperzije ................................................................................................58
Slika 20: Zamreževanje z raztopino tanina ...........................................................................58
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
v
KAZALO SHEM
Shema 1: Pregled pogosto uporabljenih metod izdelave mikrokapsul (Ghosh, 2006; Dubey,
Shami in Bhasker Rao, 2009; Zvonar in Gašperlin, 2011) ..................................................... 6
Shema 2: Faze koacervacije (Boh, 1986; Barrow, Nolan in Jin, 2007; Zvonar in Gašperlin,
2011) ..................................................................................................................................... 8
Shema 3: Metode izolacije eteričnih olj (Clarke, 2008) .........................................................17
Shema 4: Umestitev prilagojenega postopka v šolske in obšolske dejavnosti ......................25
Shema 5: Izhodiščni postopek za mikrokapsuliranje dibutilftalata, rastlinskega olja in zmesi
rastlinsko olje/evgenol (Voda, 1998) .....................................................................................28
Shema 6: Postopek za pripravo mikrokapsul s kompleksno koacervacijo želatine in
karboksimetil celuloze v šolskem laboratoriju .......................................................................30
Shema 7: Poenostavljena shema štirih faz koacervacije: emulzija olja v vodi, sprožitev
koacervacije, nalaganje koacervatov na oljne kapljice, utrjevanje sten mikrokapsul .............46
KAZALO TABEL
Tabela 1: Nekateri primerni materiali za tvorbo ovojnice mikrokapsul v farmaciji, kozmetiki in
živilstvu (Zupančič Brouwer in Boh, 1996; Vilstrup 2001; Zvonar in Gašperlin, 2011) ............ 4
Tabela 2: Primerne snovi za tvorbo stene mikrokapsul s kompleksno koacervacijo (Zupančič
Brouwer in Boh, 1996) ..........................................................................................................10
Tabela 3: Primeri proteinsko-polisaharidnih kompleksov v koacervaciji ................................11
Tabela 4: Primeri spojin, ki sestavljajo eterična olja (Clarke, 2008; Voda, 1998) ...................15
Tabela 5: Surovine za izolacijo eteričnih olj ..........................................................................17
Tabela 6: Uporabljene kemikalije in oprema v petih eksperimentih za prilagoditev postopka
mikrokapsuliranja pogojem v šolskem laboratoriju ................................................................31
Tabela 7: Primerjava treh začetnih faz v postopku: nabrekanje, segrevanje in emulgiranje ..33
Tabela 8: Primerjava faz koacervacije, ohlajanja in zamreževanja .......................................34
Tabela 9: Faze poenostavljenega in optimiziranega postopka v obliki slik ............................56
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
1
1. Uvod
1.1. Opredelitev naloge
V vsakdanjem življenju smo ljudje v stiku z različnimi odišavljenimi izdelki z nadzorovanim
sproščanjem vonja, kot so kozmetični izdelki, odišavljene tekstilije in dišeči papirni izdelki, ki
porajajo vprašanje, od kod prijeten vonj, ki se nenadoma sprosti. Na podlagi tega smo se
odločili, da se z diplomskim delom osredotočimo na področje mikrokapsuliranja eteričnih olj.
Mikrokapsule so zelo majhni delci, ki so sestavljeni iz jedra in ovojnice, kot na primer jajce, ki
je sestavljeno iz rumenjaka in beljaka (jedro) ter jajčne lupine (ovojnica). Danes imajo širok
spekter uporabe, zato so učenci pogosto v stiku z izdelki, ki vsebujejo mikrokapsule. S
pomočjo podatkovnih baz smo poiskali domačo in tujo strokovno ter znanstveno literaturo o
koacervacijskem mikrokapsuliranju in o eteričnih oljih. Po pregledu in analizi literature smo
izpeljali mikrokapsuliranje s koacervacijo za eterično olje sivke.
1.2. Namen, cilji in delovne hipoteze
Glavni namen diplomskega dela je bil izdelati poenostavljen, vendar delujoč in ponovljiv
postopek za mikrokapsuliranje eteričnih olj, ki je prilagojen razmeram v šolskem laboratoriju
glede na uporabljeno opremo, kemikalije in razumevanje koacervacijskega procesa.
Temeljno izhodišče za pripravo šolskega eksperimenta je bil laboratorijski postopek
mikrokapsuliranja evgenola s kompleksno koacervacijo želatine in karboksimetil celuloze
(Karmen Voda, diplomska naloga FKKT, 1998), ki je bil zasnovan s primerjalno analizo in
sintezo podatkov iz patentne in znanstvene literature.
Cilji diplomskega dela so bili:
S pomočjo podatkovnih baz poiskati domačo in tujo strokovno ter znanstveno
literaturo o koacervacijskem mikrokapsuliranju (osnove koacervacije, metode
mikrokapsuliranja in uporaba mikrokapsul) in o eteričnih oljih (zlasti kemijska
sestava in lastnosti eteričnih olj).
Na osnovi analize literature predstaviti mikrokapsuliranje s koacervacijo za
eterično olje sivke.
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
2
Učencem na primeren in nazoren način razložiti ter vizualizirati procese, ki so
vključeni v koacervacijsko mikrokapsuliranje.
Na osnovi zahtevnejšega kemijskega postopka mikrokapsuliranja evgenola s
kompleksno koacervacijo želatine in karboksimetil celuloze (Boh, 1986; Voda,
1998) izdelati poenostavljen postopek, primeren za šolski laboratorij, glede na
uporabljene kemikalije, opremo in izvedbo.
Preveriti in optimizirati poenostavljen postopek v laboratoriju ter zagotoviti
ponovljivost rezultatov.
Izdelati delovni list za učence in navodila za delo učitelja ter poiskati možnosti za
vpetost v učni načrt kemije za osnovno šolo.
V diplomskem delu smo postavili naslednje delovne hipoteze:
Postopek mikrokapsuliranja eteričnih olj s kompleksno koacervacijo želatine in
karboksimetil celuloze je možno prilagoditi in poenostaviti za izvedbo v šolskem
laboratoriju.
Prilagoditev postopka obsega recepturo, kemikalije, opremo in izvedbo.
Prilagojeni postopek mikrokapsuliranja eteričnih olj je glede na učni načrt smiselno
vključiti v eksperimentalno delo pri kemiji v 9. razredu in pri izbirnem predmetu
Poskusi v kemiji.
Učenci na osnovi poenostavljenega postopka ob ustrezni razlagi in vizualizacijskih
procesov spoznajo in razumejo pojme koacervacije, mikrokapsul in nadzorovanega
sproščanja učinkovin v izdelkih.
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
3
2. Teoretični del
2.1. Mikrokapsule
Mikrokapsule so delci mikrometrskih dimenzij, sestavljeni iz trdne, tekoče ali plinaste snovi
(jedro), ki je obdana z ovojnico (zaščitna stena). Ovojnica je sestavljena iz različnih
materialov: naravnih, sintetičnih in polsintetičnih (Kukovič, Knez in Pipal, 1998).
Za jedrni material, ki je odvisen od področja uporabe mikrokapsul, se uporabljajo različne
aktivne snovi (npr. eterična olja).
Slika 1: Mikrokapsule pod svetlobnim mikroskopom (povečava 40-krat)
Velikost mikrokapsul se giblje v razponu od 1 µm do 4000 µm (Slika 1), odvisno od
uporabljenih materialov, metode in namena mikrokapsuliranja (Boh, 1986)
Mikrokapsule se razlikujejo tudi v kemični sestavi in debelini ovojnice, namenu uporabe in
načinu sproščanja jedrnega materiala ter v načinu priprave.
Za tvorbo ovojnice oziroma zaščitne stene mikrokapsul v farmaciji, kozmetiki in živilstvu so
primerni naravni in biokompatibilni materiali, zlasti iz skupin ogljikovih hidratov, beljakovin in
lipidov (Tabela 1) .
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
4
Tabela 1: Nekateri primerni materiali za tvorbo ovojnice mikrokapsul v farmaciji, kozmetiki in živilstvu
(Zupančič Brouwer in Boh, 1996; Vilstrup 2001; Zvonar in Gašperlin, 2011)
Beljakovine želatina, kolagen, gluten, albumin, peptidi, kazein, fibrinogen, hemoglobin,
sojini proteini, beljakovine sirotke
Ogljikovi
hidrati
glukoza, fruktoza, galaktoza, maltoza, saharoza, oligosaharidi, škrobni
derivati, maltodekstrini, dekstrini, agar, alginati, arabski gumi, breskov gumi,
pektini, karagenani, metilceluloza, etilceluloza, karboksimetil celuloza,
celulozni acetat-ftalat, hidroksipropil metilceluloza, hidroksipropil celuloza,
sulfoniran hitosan
Lipidi voski, monogliceridi, digliceridi, naravne masti, naravna olja, frakcionirane in
hidrogenirane masti, parafin, lecitin, čebelji vosek
Polimeri polimlečna kislina, polikaprolakton, polietilen glikol, polivinilalkohol,
polivinilklorid, polivinilpirolidon, poliakrilat, poliamid, kopolimeri akrilne kisline,
kopolimeri akrilamida, kopolimeri akrilne kisline
2.1.1. Oblike in uporaba mikrokapsul
Morfološke lastnosti mikrokapsul so v večji meri odvisne od sestave jedra in postopka
izdelave. Na osnovi morfološke sestave jih delimo na enojedrne mikrokapsule, večjedrne
mikrokapsule in mikrokapsulirane trdne delce (Slika 2) (Boh, 1986; Ghosh, 2006; Park in
Yeo, 2007).
Slika 2: Oblike mikrokapsul (Boh, 1986)
enojedrne
mikrokapsule
večjedrne
mikrokapsule
mikrokapsulirani trdni
delci
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
5
Glavne prednosti vgrajevanja različnih učinkovin v mikrokapsule so:
vgrajena učinkovina je zavarovana pred različnimi vplivi iz okolja,
prekrivanje okusa in vonja učinkovine,
kontrolirano in ciljno sproščanje učinkovine,
varno shranjene strupene učinkovine,
sprememba tekoče učinkovine v trdno,
ločitev reaktivnih komponent zmesi,
preprečevanje izhlapevanja hlapnih učinkovin,
preprečevanje razgradnih reakcij, kot sta dehidracija in oksidacija (Boh, 1986; Ghosh,
2006).
Številne prednosti mikrokapsuliranja so vzrok, da se mikrokapsule uporabljajo že skoraj
povsod. Naprej so mikrokapsule pričeli uporabljati v papirni industriji in tisku. Kasneje so
metode mikrokapsuliranja napredovale, kar je omogočilo njihovo uporabo tudi na drugih
področjih, kot so kmetijstvo, kemija, tekstilije, hrana, farmacija, medicina, kozmetika,
elektrotehnika, fotografija in še mnoge druge (Slika 3).
Slika 3: Mikrokapsuliranje po področjih uporabe (ISI, 2011)
Mikrokapsule z eteričnim oljem se uporabljajo predvsem v proizvodnji kozmetike in
parfumov. Pogoste so tudi v živilski industriji in kmetijstvu zaradi podaljšanega ali ciljnega
sproščanja aromatičnih učinkovin. Mnoga eterična olja imajo tudi zdravilne lastnosti, zato jih
uporabljajo pri izdelavi funkcionalnih živil in farmacevtskih produktov (Silva, Matos, Roberto,
Lopez, Silva in Holanda, 2004).
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
6
2.1.2. Postopki izdelave mikrokapsul
Metode mikrokapsuliranja delimo na kemijske, fizikalno-kemijske in fizikalno-mehanske
(Shema 1).
Shema 1: Pregled pogosto uporabljenih metod izdelave mikrokapsul (Ghosh, 2006; Dubey, Shami in
Bhasker Rao, 2009; Zvonar in Gašperlin, 2011)
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
7
2.1.3. Koacervacija
Koacervacija je ena izmed najstarejših metod mikrokapsuliranja, ki se uporablja za izdelavo
različnih produktov. Uvrščamo jo v fizikalno-kemijske metode mikrokapsuliranja (Deasy,
2007).
Gre za spontan pojav v koloidnih sistemih, do katerega pride v specifičnih pogojih zaradi
spremembe parametrov, kot so gostota naboja polimerov, temperatura sistema, površinska
napetost v sistemu, mešanje in hlajenje sistema (Leclercq, Harlander in Reineccius, 2009).
Koacervacijo zasledimo najpogosteje v koloidni raztopini, ki je med koloidnimi sistemi najbolj
zanimiva in znana. To je sistem s trdnim topljencem (npr. polisaharid, beljakovina) v tekočem
topilu (npr. voda). Vzpostavljeno je ravnotežje med fazo, ki je bogata s koloidom (visoka
koncentracija koloidno raztopljenega polimera) in fazo, ki je s koloidom revna (nizka
koncentracija koloidno raztopljenega polimera). S spremembo temperature, pH in z
dodajanjem različnih snovi zmanjšamo topnost oziroma hidratacijski ovoj makromolekul v
koloidni vodni raztopini. Pri tem se s koloidom bogata faza, ki jo imenujemo tudi koacervat, v
kapljicah dispergira v fazi, ki je revna s koloidom. Stopnja koacervacije je vmesna stopnja
med koloidno raztopino in končno oborino. Koacervati oziroma kapljice s koloidom bogate
faze težijo k sprejemanju netopnih trdnih delcev in kapljic hidrofobnih tekočin. Postopoma jih
obdajo in izoblikujejo koacervatno ovojnico (Boh, 1986; Lazarini in Brenčič, 2004; Venkata
Naga Jyothi, Muthu Prasanna, Narayan Sakarkar, Surya Prabha, Seetha Ramaiah in
Srawan, 2010; Zvonar in Gašperlin, 2011).
Teoretično bi bili za tvorbo koacervata primerni kateri koli nasprotno nabiti komponenti,
vendar je v praksi potrebno upoštevati gostoto naboja za tvorbo primernih tekočih
koacervatov (Frugier in Audebert, 1994).
Znana sta dva tipa koacervacije, odvisno od polimernih komponent. V primeru, da je v
postopku prisoten samo en polimer, poteka enostavna koacervacija, v nasprotnem primeru,
kjer sta prisotna najmanj dva polimera, postopek imenujemo kompleksna koacervacija.
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
8
Mehanizmi koacervacije
Temeljni postopek koacervacije prikazuje Shema 2.
Trifazni sistem
obsega:
tekočo kontinuirano
fazo, material za
steno mikrokapsul in
jedra mikrokapsul.
S spremembo
temperature ali pH,
dodatkom tekočine,
ki sproži ločevanje
faz, dodatkom soli ali
inkompatibilnega
polimera.
Polimer se absorbira
na stični površini
med jedri in
kontinuirano fazo.
Z znižanjem
temperature,
spremembo pH,
dodajanje polimerov
in tekočin, ki
pospešujejo
ločevanje faz,
desolvacija in
zamreževanje stene
mikrokapsule z
zamreževalom.
Shema 2: Faze koacervacije (Boh, 1986; Barrow, Nolan in Jin, 2007; Zvonar in Gašperlin, 2011)
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
9
Enostavna koacervacija
Enostavna koacervacija je proces, kjer nastopa en sam polimer oziroma polimerna
komponenta. Proces lahko dosežemo z različnimi fizikalnimi in kemijskimi dejavniki, npr. z
dodatkom močno hidroskopne snovi, ki ima sposobnost vezave vode (koncentrirana
raztopina soli, npr. Na2SO4), z dodatkom organskega topila, ki ne raztaplja polimera, a se
meša z vodo in jedrnim materialom (etanol, aceton), z dodatkom inkompatibilnega polimera
ali z zniževanjem temperature. Ti dejavniki povzročijo tanjšanje hidratacijske ovojnice
molekul velike molekulske mase, da se lahko približajo in prepletajo med seboj.
Slika 4: Trifazni diagram enostavne koacervacije: I. – raztopina, II. – koacervacija, III. –koacervacija + oborina, IV. – oborina (Vaje iz farmacevtske tehnologije 2, 2002)
topilo
netopilo
polimer
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
10
Kompleksna koacervacija
Pogoj za uspešno kompleksno koacervacijo sta vsaj dva koloida za nasprotnim nabojem, ki z
aktivno substanco ne reagirata. V večini primerov sta to dva biopolimera. Za slednje je
značilna močna interakcija z vodo oziroma dobra topnost v nosilnem mediju. V začetku
postopka koacervacije imata koloida praviloma enak naboj, zato je pH v sistemu ustrezno
uravnan. Koloida dobita nasproten naboj, ko se pH v sistemu spremeni. Poteče nevtralizacija
nasprotnih nabojev koloidov, kar stanjša hidratacijski ovoj in posledično zmanjša topnost.
Za mikrokapsuliranje s kompleksno koacervacijo uporabljajo kombinacije polianionskih in
polikationskih makromolekul (Tabela 2).
Tabela 2: Primerne snovi za tvorbo stene mikrokapsul s kompleksno koacervacijo (Zupančič Brouwer
in Boh, 1996)
Najbolj znan sistem kompleksne koacervacije predstavljata želatina kot polikation in gumi
arabika kot polianion (Tabela 3). Mikrokapsule z ovojnico želatine in gumi arabike so močno
zastopane v proizvodnji kopirnega papirja, tekstilij, prehranskih in farmacevtskih izdelkov
(Chourpa, Ducel, Richard, Dubois in Boury, 2006).
Koloidi, ki delujejo kot polikationi Koloidi, ki delujejo kot polianioni
OGLJIKOVI HIDRATI: celulozni derivati, škrobni derivati.
OGLJIKOVI HIDRATI: agar, bakterijski polisaharidi, breskov gumi, celulozni derivati, karagenan, mandljev gumi, natrijev alginat, pektin, pektinska kislina, sulfoniran hitosan, škrobni derivati.
BELJAKOVINE: albumin, fibrinogen, hemoglobin, kazein, kolagen, želatina.
BELJAKOVINE: kazein, želatina.
ORGANSKI SINTETIČNI POLIMERI: epoksi smole, polivinilpirolidon.
ORGANSKI SINTETIČNI POLIMERI: karboksiliran polivinil alkohol, kopolimeri akrilamida, kopolimeri akrilne kisline, kopolimeri anhidrida jabolčne kisline, poliakrilna kislina, polistiren-sulfonska kislina, polivinil sulfonska kislina, vinilni polimer Carbopol-anionski.
ANORGANSKI POLI-IONI: natrijev heksametafosfat, polifosfat, polimolibdat, polisilikat.
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
11
Tabela 3: Primeri proteinsko-polisaharidnih kompleksov v koacervaciji
Kompleksna
koacervacija
Protein Polisaharid
Želatina Karboksimetil celuloza
Želatina Gumi arabika
Albumin Karboksimetil celuloza
Različni fizikalni dejavniki, kot so ionska jakost, pH, razmerje med beljakovino in
polisaharidom, naboj beljakovine in polisaharida ter molekulska masa, vplivajo na nastanek
in stabilnost koacervatnih kompleksov. Pomembno vlogo imajo tudi temperatura in mehanski
dejavniki, ki vplivajo na časovno stabilnost sistema in ločevanje faz. Na splošno kažejo
proteinsko-polisaharidni kompleksi veliko boljše funkcionalne lastnosti kot beljakovine in
polisaharidi sami (Schmitt, Sanchez, Desobry-Banon in Hardy, 1998).
Kompleksna koacervacija želatine in karboksimetil celuloze
Želatina
Želatina je v vodi topna beljakovina, ki nastane s hidrolizo kolagena, prisotnega v kosteh,
koži in vezivnem tkivu sesalcev (Patil, Mark, Apostolov, Vassileva in Fakirov, 2000; Benito-
Ruiz, Camacho-Zambrano, Carrillo-Arcentales, Maestanza-Peralta, Vallejo-Flores, Vargas-
López, Villacis-Tamayo in Zurita-Gavilanes 2009). To dobro prebavljivo beljakovino je možno
opredeliti kot hidrokoloid (Dickinson, 2009). V mnogih pogledih je kemična sestava želatine z
visoko molekulsko maso podobna sestavi matičnega kolagena. Kolagen je najizrazitejši
predstavnik fibrilarnih proteinov in glavni protein v kosteh, koži in vezivnem tkivu. V
zaporedju aminokislin vsebuje ponavljajoče se sekvence Hyp-Gly-X in Pro-Gly-X, pri čemer
Gly označuje glicin, Hyp hidroksiprolin, X pa je lahko katera koli aminokislina (Slika 5). V
sestavi aminokislin kolagena ima največji delež glicin, približno 33 %. Poleg tega je kolagen
bogat s prolinom, ki se prostorsko ne more zvijati v nobeno od urejenih sekundarnih struktur,
kot sta α-vijačnica oziroma β-struktura. Kolagen vsebuje tudi aminokislino hidroksiprolin, ki je
redko prisotna v drugih beljakovinah živalskega izvora. Tri iztegnjene vijačnice, ki so
organizirane v trojno vijačnico, sestavljajo značilno tridimenzionalno strukturo kolagena.
Iztegnjene verige so med seboj prepletene in stabilizirane s kovalentnimi prečnimi
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
12
povezavami in vodikovimi vezmi. Takšna struktura ima močno čvrstost z majhno možnostjo
krčenja, kar je ustrezno za funkcije kosti in vezi (Brodsky, Werkmeister in Ramshaw, 2004;
Boyer, 2005).
Slika 5: Sekvenca glicin-prolin-hidroksiprolin v kolagenu
Skupna vsebnost sekvence glicin-prolin-hidroksiprolin je eden od dejavnikov, ki vplivajo na
termostabilnost kolagena (Burjandze, 2000).
V želatini je zaporedje aminokislin odvisno od vira pridobivanja. Vsebuje vse esencialne
aminokisline razen triptofana. Sestavljena je predvsem iz velike količine glicina, prolina in
hidroksiprolina (Slika 6). Količina hidroksiprolina in prolina se spreminja predvsem zaradi
temperature, pa tudi zaradi različne izpostavljenosti številnim okoljskim pogojem (Kasankala,
Xue, Weilong, Hong in He, 2007; Karim in Bhat, 2008).
Slika 6: Kemijska struktura želatine (Ofori, 1999)
hidroksiprolin
prolin
glicin
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
13
Topna je v vodnih raztopinah polihidroksi alkoholov, kot sta glicerol in propilen glikol.
Netopna je v manj polarnih organskih topilih, kot so benzen, ogljikov tetraklorid, aceton in
primarni alkoholi (Means in Feeney, 1971; Vold, R. D. in Vold, M. J., 1983). Nabreka v hladni
vodi, v vroči vodi je popolnoma topna. Z ohlajanjem raztopine želatine viskoznost narašča,
postopno prehaja v gel. V primeru, da se gel ponovno segreva, ponovno nastane raztopina,
zato je gel termoreverzibilen (Morimura, Nagata, Uemura, Fahmi, Shigematsu in Kida, 2002;
Guillen, Gimenez, Lopez-Caballero in Montero, 2011; Karim in Bhat, 2008).
Zaradi neškodljivosti za organizme in ustreznih fizikalno-kemijskih lastnosti ima želatina širok
spekter uporabe predvsem v farmacevtski, kozmetični, fotografski, papirni, živilski in tekstilni
industriji. Deluje kot stabilizator v emulziji, gostilo in emulgator (Dickinson in Lopez, 2001;
Lobo, 2002; Gomez-Guillen, Gimenez, Lopez-Caballero in Montero, 2011; Balti, Jridi, Sila,
Souissi, Nedjar-Arroume, Guillochorn in Nasri, 2011; Milanović, Petrović, Sovilj in Katona,
2013; Schrieber in Gareis, 2007).
Karboksimetil celuloza
Celuloza je glavna komponenta rastlinskih vlaken in lesa. Linearna makromolekula celuloze
vsebuje od nekaj sto do več tisoč vezanih D-glukoznih enot z β (1 → 4) glikozidnimi vezmi
(Slika 7). Število monomernih enot je odvisno od izvora celuloze in načina izolacije. Vsaka
monomerna enota ima tri hidroksilne skupine, ki so sposobne vezave s sosednjimi
molekulami.
Slika 7: Kemijska zgradba celuloze (Gao, 2003)
S substituiranjem hidroksilnih skupin lahko pripravimo derivate, ki so topni v vodi. Celulozni
derivati v vodnih raztopinah se uporabljajo predvsem kot sredstva za zgoščevanje, veziva,
emulgatorji in stabilizatorji (Clasen in Kulicke, 2001).
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
14
Eden najpomembnejših derivatov celuloze je karboksimetil celuloza – CMC (Slika 8), ki je
pridobljena s kemijsko modifikacijo naravne celuloze. Proizvajajo jo z alkalijsko katalizirano
reakcijo celuloze z monoklorocetno kislino ali s soljo kisline, natrijevim monokloracetatom.
Na tržišču se pojavlja v obliki natrijeve soli, ki je v čisti obliki bel prah brez okusa in vonja
(Bodvik in sod., 2008; Cheng in Biswas, 2011).
Slika 8: Kemijska zgradba karboksimetil celuloze (Gao, 2003)
Karboksimetil celuloza (CMC) ali celulozni gumi je dolgoverižen anionski linearni eter
celuloze. Dobra topnost v vodi je posledica vezanih karboksimetilnih skupin na
glukopiranoznih monomernih enotah verige celuloze. Lastnosti so odvisne od povprečne
dolžine verige ali stopnje polimerizacije ter tudi od stopnje substitucije (Hercules, 2010; Singh
in Ahmad, 2014). Stopnja polimerizacije ima vpliv na viskoznost raztopine CMC
(Reese, Siu in Levinson, 1950). Stopnja substitucije (povprečno število karboksimetilnih
skupin, ki so vezane na enoto anhidroglukoze) vpliva na topnost CMC v vodi. Teoretično je
najvišja vrednost stopnje substitucije CMC 3, pri CMC, dostopni na tržišču, pa je vrednost
stopnje substituiranosti od 0,4 do 1,5. Porazdelitev karboksilnih skupin na CMC vpliva na
intermolekularne interakcije in hkrati na sposobnost agregacije (Heinze in Koschella, 2005;
Reese, Siu in Levinson, 1950).
CMC uporabljajo kot želirno sredstvo v živilski in farmacevtski industriji, v proizvodnji papirja,
lepil, tekstila, na področju gradbeništva ter na mnogo drugih področjih. Uporabna je tudi kot
zaščitni koloid in disperzijsko sredstvo v vodnih topilih. Za proizvodnjo celofana uporabljajo
natrijeve soli karboksimetil celuloze (Heinze in Koschella, 2005; Boruvkova in Wiener, 2011;
Damlin, Mikkola in Salmi, 2010).
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
15
2.2. Eterična olja
2.2.1. Kemijska sestava eteričnih olj
Eterična olja so zmesi velikega števila naravnih hlapnih spojin, ki nastanejo kot produkt
presnove v rastlinah. Glavne kemijske komponente eteričnih olj so (Tabela 4):
ogljikovodiki (monotrpeni, seskviterpeni, diterpeni, aromatski in alifatski
ogljikovodiki),
kisikove spojine (alkoholi, aldehidi, ketoni, kisline, estri, fenoli, laktoni, kumarini,
furokumarini, oksidi),
dušikove spojine,
žveplove spojine.
V vsakdanjem življenju imajo pomembno vlogo zaradi antibakterijskih, antiglivičnih,
antivirusnih in antioksidativnih lastnosti (Bakkali, Averbeck, Averbeck in Idaomar, 2008).
Tabela 4: Primeri spojin, ki sestavljajo eterična olja (Clarke, 2008; Voda, 1998)
Komponente
eteričnih olj
Ogljikovodiki mircen, pinen, cimen, okimen, terpinen,
selinen, bisabolen, farnezen, bulnezen, cedren
Spojine s kisikom
Alkoholi
borneol, nerol, fenil alkohol, citronelol, linalol,
lavandulol, mirtenol, geraniol, atlantol,
bisabolol, nerolidol, elemol, cedrol, farnezol,
santalol
Fenoli karvakrol, krezol, timol, evgenol, fenetil alkohol
Aldehidi
citronelal, acetaldehid, piperonal, dekanal,
citral, mirtenal, valeranal, nonanal
Ketoni acetofenon, menton, jasmon, oktanon,
pulegon, valeranon, tageton, pinokarvon, tujon
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
16
Kisline anisična kislina, citronska kislina, valerična
kislina, palmitinska kislina, benzojska kislina,
cimetova kislina, fenilocetna kislina
Estri benzilacetat, benzilbenzoat, geranilacetat,
metilsalicilat, nerilacetat, bornilacetat
Laktoni alantolakton
Kumarini citropten, kumarin, dihidrokumarin, 7-
metilkumarin, 7-hidroksikumarin
Furokumarini bergapten, bergaptol, psoralen
Oksidi bisabolol oksid, cineol, bisabolol oksid, linalol
oksid, pinen oksid
Spojine z žveplom alicin, dimetilsulfid, dimetiltrisulfid,
dipropildisulfid
Spojine z dušikom vodikov cianid
2.2.2. Metode izolacije eteričnih olj
Eterična olja so hlapne koncentrirane zmesi, ki za razliko od maščobnih olj niso sestavljene
iz maščobnih kislin. Pridobivajo jih z izolacijo rastlinskih delov, kot so cvetovi, stebla, listi,
korenine, semena, lubje, les in smole. Primeri eteričnih olj, izoliranih iz različnih rastlinskih
delov, so prikazani v Tabeli 5 (Rao in Pandey, 2006).
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
17
Tabela 5: Surovine za izolacijo eteričnih olj
Cvetje Listi Semena Les Korenina Smole
Vrtnice
Jasmin
Kamilice
Pomaranča
Sivka
Salvija
Majaron
Ilang-ilang
Cimet
Origano
Rožmarin
Meta
Zelena čaj
Evkaliptus
Timijan
Lovorjev list
Zelena
Kumina
Janež
Muškatni
orešček
Koromač
Mandeljni
Koriander
Poper
Kafra
Sandalovina
Iglavci
Ingver
Baldrijan
Mirta
Za izolacijo eteričnih olj iz rastlinskega materiala uporabljajo različne postopke (Shema 3).
Nekateri tradicionalni so si podobni, drugi pa so novi in posledično manj uveljavljeni.
Shema 3: Metode izolacije eteričnih olj (Clarke, 2008)
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
18
Destilacija z vodno paro
Destilacija z vodno paro je tradicionalen postopek, ki se uporablja za izolacijo hlapnih
tekočin, ki se z vodo ne mešajo. V primeru neidealne zmesi tekočin M in N je celotni parni
tlak P enak vsoti parnega tlaka vode PM in parnega tlaka druge tekočine PN:
P = PM + PN
Vrelišče zmesi je vedno nižje od vrelišča vode oziroma temperature vodne pare. Posledično
naprej destilira zmes spojine in vode, destilacija je končana, ko destilira samo še voda
(Svete, 1999). Poleg tekočin se lahko z destilacijo izolira tudi pri sobni temperaturi trdne
spojine, ki se z vodo ne mešajo, z vodo ne reagirajo, v vodi ne razpadejo pri temperaturah do
100 °C in imajo pri teh temperaturah znaten parni tlak (Petrič in Kočevar, 2010).
Pri praktični izvedbi postopka destilacije segreta vodna para prehaja skozi destilacijsko
zmes. Para prične hlapne spojine eteričnih olj nositi do ohlajenega hladilnika, kjer se eterično
olje skupaj s paro utekočini. Na koncu destilacije so v vodni raztopini snovi, ki so topne v vodi
in na vodni površini plavajoča eterična olja, ki so v vodi netopna. Postopek poteka običajno
pri temperaturi približno 100 °C in pri atmosferskemu tlaku. Vendar so Rouatbi, Dugenoy in
Giampaoli ugotovili, da je temperatura 175 °C najbolj učinkovita za pridobivanje
kakovostnega eteričnega olja (Rouatbi, Dugenoy in Giampaoli, 2007).
Postopek destilacije se uporablja za izolacijo občutljivih zmesi spojin, na primer za
pridobivanje eteričnih olj iz listov, cvetov in plodov rastlin. Rastline vsebujejo od 0,01 % do 10
% eteričnega olja in za izolacijo večjih količin potrebujemo velike količine rastlinskega
materiala. Z destilacijo z vodno paro ekstrahirajo približno 93 % vseh komercialno dostopnih
eteričnih olj, preostalih 7 % eteričnih olj pridobijo s pomočjo drugih metod (Masango, 2001).
Uporaba te najbolj klasične metode ima nekaj slabosti, kot so: tveganje izgube termolabilnih
spojin zaradi povišane temperature, dolgotrajnost postopka in dodatno odstranjevanje vode
iz eteričnih olj (Luque de Castro, Jimenez–Carmona in Fernandez-Perez, 1999; Rao in
Pandey, 2006; Clarke, 2008).
Ekstrakcija s topili
Ekstrakcija s topili je poleg destilacije z vodno paro najbolj pogosto uporabljena metoda za
izolacijo eteričnih olj iz rastlinskega materiala (Luque de Castro, Jimenez–Carmona in
Fernandez-Perez, 1999).
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
19
Aromatični rastlinski material dodamo v organsko lahko hlapno topilo, kot so heksan, aceton,
etanol, metanol in toluen, ki izločijo eterična olja iz rastlinskega materiala. Uporabljajo lahko
čista organska topila ali njihove zmesi. V topilih se poleg eteričnih olj raztapljajo tudi smolnati
produkti, naravni voski, klorofil in druga barvila. Poleg primernega topila je za ekstrakcijo
pomembna večkratna ponovitev z manjšo količino topila (Clarke, 2008; Petrič in Kočevar,
2010). Na splošno je ekstrakcija osnovana na razliki topnosti komponent zmesi v določenem
topilu. Pri ekstrakciji tekoče-tekoče je topljenec porazdeljen med dve topili. Slednji topili se
med seboj ne mešata v vseh razmerjih (Petrič in Kočevar, 2010).
Porazdelitveni koeficient K ponazarja porazdelitev topljenca med topili M in N:
K = CM/CN
CM ravnotežna koncentracija topljenca v topilu M,
CN ravnotežna koncentracija topljenca v topilu N.
Glavni namen ekstrakcije je prenos topljenca iz enega topila v drugo topilo, najpogosteje
kombinacija vode in nepolarnega organskega topila, kot so ogljikovodiki, klorirani
ogljikovodiki, etri in estri. Izbrano topilo ne sme reagirati niti s spojino, ki jo ekstrahiramo niti s
topilom, iz katerega ekstrahiramo (Svete, 1999).
CO2 in superkritična CO2 ekstrakcija
CO2 in superkritična CO2 ekstrakcija je moderna tehnologija, ki je bila prvič preizkušena leta
1920 in vključuje uporabo ogljikovega dioksida kot "topila", ki odnaša eterično olje iz
rastlinskega materiala. Zaradi močne lipofilne selektivnosti CO2 so ekstrakti brez nezaželenih
komponent, kot so anorganske in organske soli, aminokisline, sladkorji in tanini. Pri nižjem
tlaku se ogljikov dioksid ohlaja v temperaturnem intervalu med 35 °C in 55 °C. Skozi
rastlinski material ogljikov dioksid črpajo pri tlaku 1000 kPa, pri tem kondenzira v tekočino.
Superkritična CO2 ekstrakcija vključuje ogljikov dioksid, ki je segret na 87 °C. V tem primeru
ogljikov dioksid skozi rastlinski material prečrpajo pri tlaku 8.000 kPa v obliki hlapov. Ko je
ekstrakcija končana, se pritisk sprosti, ogljikov dioksid izhaja v plinasti obliki, za seboj pa
pusti eterično olje. Tehnologija je kompleksna in draga, a zagotavlja kvalitetno eterično olje,
ki je pridobljeno pri nizkih temperaturah in nizkemu tlaku. Nizka temperatura zagotavlja in
ohranja termolabilne spojine v ekstraktu. V nasprotnem primeru se pri hitrem načinu
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
20
obdelave in visoki temperaturi uničijo funkcionalne lastnosti eteričnega olja, hkrati se
spremeni tudi vonj (Rao in Pandey, 2006; Clarke, 2008; Da Porto, Decorti in Kikic, 2009).
Maceracija
Pri maceraciji za pridobivanje eteričnega olja iz različnih rastlinskih delov uporabljajo vročo
maščobo. Cvetove v rastlinski maščobi segrevajo pri temperaturi od 45 °C do 60 °C od 1 do
2 uri. Čas segrevanja je odvisen od rastlinske vrste. Nasičene maščobe iz eteričnega olja
odstranijo z alkoholom. Maceracija se uporablja za izolacijo eteričnih olj, ki jih ni možno
izolirati z destilacijo. Eterično olje, pridobljeno z maceracijo, se lahko uporablja za masažo
(Rao in Pandey, 2006; Clarke, 2008).
Enflaraža
Enflaraža je tradicionalni način pridobivanja eteričnih olj iz nežnega cvetja. Cvetje je posuto
po površini steklenih plošč s plastjo maščobe, ki je brez vonja. Maščoba v stiku z dišečimi
cvetovi absorbira eterično olje, ki ga cvetovi oddajajo. Ko je maščoba nasičena, eterično olje
ekstrahirajo v heksan ali v alkohol (etanol), ki ga na koncu postopka uparijo (Rao in Pandey,
2006; Clarke, 2008).
Hladno stiskanje
Postopek uporabljajo za pridobivanje eteričnih olj iz olupkov agrumov, kot so pomaranče,
limone in grenivke. Olupke zmeljejo in stisnejo pri temperaturi 120 °C, da oljne žleze v
olupkih počijo in sprostijo eterično olje. Produkt stikanja je vodna raztopina eteričnega olja.
Eterična olja, pridobljena s stiskanjem, imajo relativno kratek rok uporabe (Rao in Pandey,
2006; Clarke, 2008).
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
21
2.2.3. Eterično olje sivke
Lavanda angustifolia ali prava sivka (Slika 9) je grmasta trajnica iz družine Lamiaceae. Gojijo
jo predvsem zaradi aromatičnega cvetja (Lis-Balchin, 2002). Obstaja od 25 do 30 različnih
vrst sivke, dokaj odpornih na temperaturo in sušo, ki izvirajo iz mediteranskega območja,
območja južne Afrike in številnih območij Azije (Piccaglia, Marotti, Giovanelli, Deans in
Eaglesham, 1993). Glavne štiri uporabljene vrste sivke so (Agricultural Research Service,
2000) :
Lavanda angustifolia,
Lavanda latifolia,
Lavanda stoechas,
Lavanda x intermedia.
Slika 9: Lavanda angustifolia (Voda, 1998)
Eterično olje sivke vsebuje več kot 100 kemijskih komponent. Najpogostejše spojine so:
linalol, linalilacetat, lavandulol, 1,8-cineol in kafra (Lis-Balchin in Hart, 1999). Visoko
kakovostno sivkino olje vsebuje veliko količino linalilacetata in linola. Povečana vsebnost
kafre v eteričnem olju slabša prijeten vonj (Adam, 2006).
Običajno eterično olje iz sivke pridobivajo iz cvetov in listov z destilacijo z vodno paro.
Kemijska sestava eteričnega olja iz cvetov se razlikuje od eteričnega olja iz listov. Sestava je
v veliki meri odvisna tudi od vrste sivke, iz katere je eterično olje pridobljeno. Olje je bolj
aromatično, če je izolirano iz cvetja (McGimpsey in Porter, 1999). Količina pridelanega
eteričnega olja znaša 0,6 % do 1 % (Burdock, 1998).
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
22
Eterično olje sivke ima širok spekter uporabe. Aromatičen vonj omogoča uporabo predvsem
v parfumih, milih, kolonjskih vodah in drugih kozmetičnih izdelkih (Paul, Brophy, Goldsack in
Fontaniella, 2004). V živilski proizvodnji ga uporabljajo kot naravni aromatični dodatek za
sladoled, pijače, sladkarije, žvečilne gumije in pecivo (Kim in Lee, 2002). Zaradi zdravilnih
lastnosti, kot so antiseptično, protivnetno, protibakterijsko in protivirusno delovanje, ga
uporabljajo tudi v farmacevtske namene (Haas, 2001). Alternativna medicina vključuje
eterično olje sivke predvsem zaradi ugodnih učinkov na delovanje centralnega živčnega
sistema. Sivkino olje učinkuje na telo kot poživilo, pomirjevalo in hipnotik. Uporabljajo ga tudi
v dermatološke namene za zdravljenje kožnih izpuščajev in sončnih opeklin (Cavanagh in
Wilkinson, 2002).
Za analizo eteričnega olja uporabljajo zlasti plinsko kromatografijo z masno spektrometrijo in
infra-rdečo spektroskopijo (Ristorcelli, Tomi in Casanova, 1998).
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
23
2.3. Umestitev teme v šolske in obšolske dejavnosti
Splošno izobraževalni predmet Kemija v 9. razredu
Mikrokapsule so opredeljene kot s prostim očesom nevidni delci, ki so sestavljeni iz jedra
(lahko je v različnih agregatnih stanjih) in iz ovojnice. Za pripravo ovojnice mikrokapsul so
primerni različni materiali, kot so beljakovine in ogljikovi hidrati. V poenostavljenem in
optimiziranem postopku izdelave mikrokapsul z eteričnim oljem po koacervacijskem
postopku kot stenska materiala uporabljamo želatino in karboksimetil celulozo. Želatina je
beljakovina, ki nastane z delno hidrolizo živalskega kolagena. Karboksimetil celuloza je
derivat celuloze, ki nastane s kemijsko modifikacijo naravne celuloze, ki je naravni strukturni
polisaharid. Učenci v 9. razredu osnovne šole pri pouku kemije spoznavajo kisikovo in
dušikovo družino organskih spojin. Ti temi sta umeščeni v učni načrt za kemijo v osnovni šoli.
V okviru teme kisikova družina organskih spojin učenci spoznavajo in opredelijo lastnosti
ogljikovih hidratov. Kot najpomembnejša predstavnika polisaharidov sta omenjena škrob in
celuloza. V okviru teme dušikova družina organskih spojin učenci pri pouku spoznajo
beljakovine, ki so zgrajene iz aminokislin. Seznanijo se tudi z osnovnimi lastnostmi in
funkcijami beljakovin tudi v prehrani (Učni načrt za kemijo, 2011).
Na osnovi predhodno pridobljenega znanja bi poenostavljen postopek mikrokapsuliranje s
koacervacijo lahko izvajali v šolskem laboratoriju kot ponovitev znanja o beljakovinah in
ogljikovih hidratih. Opažanja in sklepe izvedenega praktičnega dela bi učenci zapisovali v
pripravljen delovni list. Poenostavljen postopek v šolskem laboratoriju časovno še vedno
presega učno uro (45 min.), zato bi ga izvajali vsaj v dveh učnih urah (blok ura).
Na šolah poleg rednega pouka izvajajo tudi različne športne, tehnične in naravoslovne
dneve. Želatina se uporablja tudi kot sestavina pri pripravi jedi, predvsem sladic, zato se
lahko pri obravnavi želatine kemija poveže z gospodinjstvom. Učenci pridobijo znanja in
spretnosti uporabe gospodinjskih aparatov, tudi kuhinjskega mešalnika, ki je del
poenostavljene opreme za izvedbo postopka mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijo v
šolskem laboratoriju. Učenci znanje in spretnosti gospodinjstva prenesejo in uporabijo na
področju kemije. Zato bi lahko eksperimentalno delo izvajali tudi v okviru naravoslovno-
tehničnega dneva, saj je takrat na razpolago več časa.
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
24
Izbirni predmeti
Poenostavljen postopek mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijo bi lahko izvajali v
okviru izbirnega predmeta Poskusi v kemiji (Shema 4). V učnem načrtu tega predmeta je
eden od predlaganih eksperimentov tudi ekstrakcija olja iz semen, ki ustreza operativnemu
cilju spoznavanje, preizkušanje in uporaba osnovnih laboratorijskih tehnik in operacij. Učenci
lahko ekstrahirajo tudi eterično olje sivke iz cvetov in nato olje uporabijo za izdelavo
mikrokapsul. Za izvedbo je potrebna vsaj blok ura (strnjenih 90 minut). Poleg izbirnega
predmeta Poskusi v kemiji se izvaja tudi izbirni predmet Kemija v življenju v 9. razredu.
Predmet je sestavljen iz treh modulov. Eden od modulov se imenuje Kemija tudi diši (Učni
načrt za kemijo-izbirni predmeti, 2005). V okviru modula učenci spoznajo eterična olja, zato
bi lahko izdelali mikrokapsule po prilagojenem postopku kompleksne koacervacije z
različnimi eteričnimi olji, ki bi jih ekstrahirali iz rastlinskega materiala.
Kemijski krožek
Na mnogih slovenskih osnovnih šolah poleg rednega pouka kemije in izbirnih predmetov
organizirajo tudi različne krožke oziroma interesne dejavnosti. Učenci kažejo zanimanje za
kemijske vsebine, posebej tiste, ki so povezane z vsakdanjim življenjem. Pri kemijskem
krožku učenci spoznavajo tudi eksperimentalne metode, ki jih še posebej zanimajo; s tem
svoje znanje kemije še dodatno poglabljajo. V okviru kemijskega krožka lahko učenci izdelajo
mikrokapsule z eteričnim oljem po koacervacijskem postopku, ki je poenostavljen glede na
uporabljeno opremo, izbor in količino kemikalij. Izvedba postopka je enostavna, saj ne
zahteva uporabe specialno opremljenega laboratorija z dragimi aparaturami. Z mentorjem pri
kemijskem krožku lahko učenci pripravijo tudi raziskovalno nalogo na temo koacervacijskega
mikrokapsuliranja eteričnih olj.
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
25
Shema 4: Umestitev prilagojenega postopka v šolske in obšolske dejavnosti
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
26
3. Uporabljeni materiali in metode
3.1. Kemikalije
želatina, kislinsko obdelana (Hercules),
karboksimetil celuloza, nizko viskozni tip 7L (Hercules),
sivkino eterično olje, 100 % (Parfummele),
rastlinsko olje Mercator (Tovarna olja Gea, d. d., Slovenska Bistrica),
natrijev hidroksid, 99 % (Riedel-de Haën),
ocetna kislina, 99,8 % (Fluka),
tanin smreka (Tanin, Sevnica).
3.2. Oprema
električni kuhinjski mešalnik (Gorenje),
elektronska tehtnica CME 6000-1 (Kern),
pH indikatorski lističi: pH 0 – 14; pH 2 – 9 pH (Macherey-Nagel),
termometer,
kuhinjska lopatka,
magnetno mešalo Rotamix 550 MMH (Tehtnica, Železniki),
optični mikroskop (Bresser) s kamero in programsko opremo MicroCamLab Software
6.1.4.0 (Meade Instruments).
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
27
3.3. Laboratorijski postopek kompleksne koacervacije
Temelj za oblikovanje sheme poenostavljenega in optimiziranega postopka za šolski
laboratorij je bil laboratorijski postopek mikrokapsuliranje evgenola s kompleksno
koacervacijo želatine in karboksimetil celuloze (Shema 5), ki je bil zasnovan z analizo in
primerjavo 45 patentnih postopkov ter preizkušen s petimi različnimi jedrnimi materiali: z
dibutilftalatom, evgenolom, rastlinskim oljem, zmesjo rastlinskega olja in evgenola ter
eteričnim oljem poprove mete (Voda, 1998).
Rezultat je bila naslednja receptura:
10,00 g kislinsko obdelane želatine eno uro nabrekamo v 80 ml vode in segrejemo na 50 oC,
da se raztopi. Celoten sistem in vhodne surovine vzdržujemo pri temperaturi 50 oC z vodno
kopeljo. 50,00 g jedrnega materiala (evgenol) tri minute emulgiramo s turbinskim mešalom
pri 200 obr/min. Emulziji ob stalnem mešanju (400 obr/min) dodamo raztopino karboksimetil
celuloze (3,33 g/ 80 ml destilirane vode). Uravnavamo pH na 4,5 z 10 % CH3COOH(aq), kar
sproži koacervacijo, ki poteka ob mešanju emulzije (400–650 obr/min) in vzdrževanju
temperature okoli 50 oC dve uri. V fazi hlajenja temperaturo 90 minut znižujemo do 10 oC.
Stene ohlajenih mikrokapsul zamrežimo z dodatkom 1,75 ml 37 % formaldehida ob mešanju
disperzije (300-400 obr/min) pri temperaturi 10 oC 15 minut ter pri sobni temperaturi 1–2 uri
(Voda, 1998).
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
28
Shema 5: Izhodiščni postopek za mikrokapsuliranje dibutilftalata, rastlinskega olja in zmesi rastlinsko
olje/evgenol (Voda, 1998)
nabrekanje
poteka 1 uro pri sobni temperaturi
segrevanje
poteka pri temperaturi 50 oC
emulgiranje
poteka 3 minute s turbinskim
mešalom (1500 obr/min)
koacervacija
poteka ob mešanju emulzije
(400–650 obr/min) 2 uri
ohlajanje
zniževanje temperature 90 minut
na 10 oC
zamreževanje
poteka ob mešanju disperzije
(300–400 obr/min) pri temperaturi
10 oC 15 minut in pri sobni
temperaturi 1–2 uri
destilirana voda 80 mL
želatina 10g
dimetilftalat, rastlinsko olje
ali zmes rastlinsko olje +
evgenol (3:1)
3,33g CMC / 80mL
destilirane vode
10% CH3COOH(aq)
10% NaOH(aq)
destilirana voda
250 ml
37% formaldehid
1,75 mL
disperzija mikrokapsul
vodna raztopina želatine
emulzija tipa O/V
pH= 6,0
pH= 4,5
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
29
4. Rezultati in razprava
4.1. Prilagajanje postopka kompleksne koacervacije želatine in
karboksimetil celuloze za delo v šolskem laboratoriju
Prilagajanje postopka kompleksne koacervacije za delo v šolskem laboratoriju je potekalo na
osnovi :
izhodiščnega postopka za mikrokapsuliranje evgenola s kompleksno koacervacijo
želatine in karboksimetil celuloze, ki ga je izdelala Karmen Voda (1998),
analize znanstvene in strokovne literature o kompleksni koacervaciji, ki je bila
pridobljena s pomočjo podatkovnih baz Science Direct (Science Direct, 2014), Web of
Science (IZUM, 1997-2004), Google Scholar (Google učenjak, 2011), DiKUL
(Digitalna knjižnica Univerze v Ljubljani, 1998–2012), Baza o eteričnih oljih (KemInfo,
2008).
Shema 6 prikazuje v tem diplomskem delu modificirani postopek za pripravo mikrokapsul s
kompleksno koacervacijo želatine in karboksimetil celuloze za šolski laboratorij.
Sledi Tabela 6, ki prikazuje opremo in kemikalije, ki smo jih uporabili pri izvedbi petih
eksperimentov. Uporabili smo opremo, dostopnejšo šolskim razmeram, ki jo lahko učenci
samostojno uporabljajo. Poleg opreme so bile uporabljene kemikalije, s katerimi lahko učenci
varno rokujejo pri delu v šolskem laboratoriju.
Tabeli 7 in 8 prikazujeta trajanje in izvedbo šestih glavnih faz petih eksperimentov. Za
eksperimentalno delo učencev je pri pouku na razpolago malo časa, zato smo trajanje
posameznih faz postopka skrajšali do te mere, da so še zagotovljeni optimalni rezultati.
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
30
Shema 6: Postopek za pripravo mikrokapsul s kompleksno koacervacijo želatine in karboksimetil
celuloze v šolskem laboratoriju
nabrekanje
poteka 1 uro pri sobni temperaturi
segrevanje
poteka pri temperaturi 50 oC
emulgiranje
poteka 3 minute s kuhinjsko
lopatko
koacervacija
poteka ob mešanju emulzije s
kuhinjskim mešalnikom 45 minut
ohlajanje
temperaturo 30 minut znižujemo z
ledeno kopeljo do 10 oC
zamreževanje
poteka ob mešanju disperzije pri
temperaturi 10 oC 15 minut in pri
sobni temperaturi 15 minut
destilirana voda 80 mL
želatina 10g
eterično olje lavande
50g
3,33g CMC / 80mL
destilirane vode
10% CH3COOH(aq)
10% NaOH(aq)
destilirana voda
200 ml
10% raztopina tanina
30ml
disperzija mikrokapsul
vodna raztopina želatine
emulzija tipa O/W
1
2
3
4
5
6
pH= 6,5
pH= 4,5
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
31
Tabela 6: Uporabljene kemikalije in oprema v petih eksperimentih za prilagoditev postopka
mikrokapsuliranja pogojem v šolskem laboratoriju
Uporabljene kemikalije, s katerimi lahko učenci rokujejo pri delu v šolskem laboratoriju:
Oprema, ki jo učenci uporabljajo pri delu v šolskem laboratoriju:
Eksperiment 1 destilirana voda,
kislinsko obdelana želatina,
karboksimetil celuloza,
eterično olje sivke,
10 % CH3COOH (aq),
10 % NaOH (aq).
laboratorijski pribor: čaše različnega volumna, kadička, steklene palčke, kapalke,
laboratorijski pripomočki: termometer, pH lističi,
magnetno mešalo ali kuhalna plošča,
kuhinjski mešalnik (metlice za stepanje).
Eksperiment 2 destilirana voda,
kislinsko obdelana želatina,
karboksimetil celuloza,
eterično olje sivke,
10 % CH3COOH (aq),
10 % NaOH (aq),
10 % tanin (aq),
led.
laboratorijski pribor: čaše različnega volumna, kadička, steklene palčke, kapalke,
laboratorijski pripomočki: termometer, pH lističi,
magnetno mešalo ali kuhalna plošča,
kuhinjski mešalnik (metlice za stepanje),
kuhinjska lopatka.
Eksperiment 3 destilirana voda,
kislinsko obdelana želatina,
karboksimetil celuloza,
eterično olje sivke,
10 % CH3COOH (aq),
10 % NaOH (aq),
10 % tanin (aq),
led.
laboratorijski pribor: čaše različnega volumna, kadička, steklene palčke, kapalke,
laboratorijski pripomočki: termometer, pH lističi,
magnetno mešalo ali kuhalna plošča,
kuhinjski mešalnik (metlice za gnetenje),
kuhinjska lopatka.
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
32
Eksperiment 4 destilirana voda,
kislinsko obdelana želatina,
karboksimetil celuloza,
jedilno (sončnično) olje,
10 % CH3COOH(aq),
10 % NaOH(aq),
10 % tanin(aq),
led.
laboratorijski pribor: čaše različnega volumna, kadička, steklene palčke, kapalke,
laboratorijski pripomočki: termometer, pH lističi,
magnetno mešalo ali kuhalna plošča,
kuhinjski mešalnik (metlice za gnetenje),
kuhinjska lopatka.
Eksperiment 5 destilirana voda,
kislinsko obdelana želatina,
karboksimetil celuloza,
eterično olje sivke,
10 % CH3COOH(aq),
10 % NaOH(aq),
10 % tanin(aq),
led.
laboratorijski pribor: čaše različnega volumna, kadička, steklene palčke, kapalke,
laboratorijski pripomočki: termometer, pH lističi,
kuhinjski mešalnik (metlice za gnetenje),
magnetno mešalo.
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
33
Glavne faze in procesi poenostavljenega in optimiziranega postopka mikrokapsuliranja so
bili:
nabrekanje,
segrevanje,
emulgiranje,
koacervacija,
ohlajanje,
zamreževanje.
Pri razvoju poenostavljenega laboratorijskega postopka smo pozornost namenili zlasti
izpeljavi procesa emulgiranja in koacervacije, da kljub poenostavitvi omogočata dobre
rezultate.
Tabela 7: Primerjava treh začetnih faz v postopku: nabrekanje, segrevanje in emulgiranje
Faze poenostavljenega postopka za delo v šolskem laboratoriju
nabrekanje 1
segrevanje 2
emulgiranje 3
Eksperiment 1 10 g želatine nabrekamo eno uro v 80 mL destilirane vode.
Po eni uri nabrekanja želatino segrevamo na 50°C, da iz gela preide v sol stanje.
Emulgiranje poteka s kuhinjskim mešalnikom 3 minute.
Eksperiment 2 enako kot eksp. 1 enako kot eksp. 1 Emulgiranje poteka ročno s kuhinjsko lopatko 3 minute.
Eksperiment 3 enako kot eksp. 1 enako kot eksp. 1 enako kot eksp. 2
Eksperiment 4 enako kot eksp. 1 enako kot eksp. 1 enako kot eksp. 2; jedrni material sončnično olje.
Eksperiment 5 enako kot eksp. 1 enako kot eksp. 1 Emulgiranje poteka 3 minute z magnetnim mešalom pri 200 obr/min.
Fazi nabrekanje in segrevanje sta v vseh izvedenih eksperimentih potekali pod enakimi
pogoji. Pri vseh izvedenih eksperimentih je faza emulgiranje potekala 3 minute, razlika je bila
v načinu mešanja in jedrnem materialu.
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
34
Tabela 8: Primerjava faz koacervacije, ohlajanja in zamreževanja
Pri eksperimentih 2, 3, 4 in 5 je koacervacija potekala pri enakem pH, razlika je vidna v
trajanju procesa in načinu mešanja. V omenjenih eksperimentih je faza ohlajanja potekala 30
minut z ledeno kopeljo. Zamreževanje je potekalo z 30 ml 10 % raztopine tanina z enakim
načinom mešanja. Razlika je bila v času zamreževanja.
Faze poenostavljenega postopka za delo v šolskem laboratoriju
Koacervacija
4
Ohlajanje
5
Zamreževanje
6
Eksperiment
1
Dodatek 9 ml 10 %
CH3COOH(aq) v emulzijo.
Eksperiment je bil
opuščen, ker koacervacija
ni potekla.
Eksperiment
2
S postopnim dodajanjem
10 % CH3COOH (aq) po
kapljicah poteka
uravnavanje pH na 4,5.
Koacervacija poteka ob
mešanju emulzije s
kuhinjskim mešalnikom,
metlica za stepanje, ob
najnižji hitrosti, 30 minut
pri temperaturi 50 °C.
Faza hlajenja poteka
30 minut. Temperaturo
postopno znižujemo do
10 °C z ledeno kopeljo
v pripravljeni kadički.
Koacervatno ovojnico
ohlajenih mikrokapsul
zamrežimo z dodatkom
30 mL 10 % raztopine
tanina ob mešanju z
mešalnikom 15 minut
pri temperaturi
10 °C in nato pri sobni
temperaturi 15 minut.
Eksperiment
3
enako kot eksp. 2, metlica
za gnetenje, čas
koacervacije podaljšan za
15 minut, skupaj 45 minut
enako kot eksp. 2 enako kot eksp. 2
Eksperiment
4
enako kot eksp. 2, metlica
za gnetenje
enako kot eksp. 2 enako kot eksp. 2
Eksperiment
5
Z dodajanjem 10 %
CH3COOH(aq) po
kapljicah poteka
uravnavanje pH na 4,5.
Koacervacija poteka ob
mešanju (450 obr/min)
emulzije 30 minut pri
temperaturi 50°C.
enako kot eksp. 2 Stene ohlajenih
mikrokapsul zamrežimo
z dodatkom 30 mL 10 %
raztopine tanina ob
mešanju 15 minut pri
temperaturi 10 °C in pri
sobni temperaturi 20
minut.
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
35
4.1.1. Optimizirani postopek za pripravo mikrokapsul
Na osnovi primerjave izvedenih eksperimentov je bilo ugotovljeno, da se je eksperiment 3
izkazal kot najbolj uspešen, saj smo na koncu pridobili mikrokapsule z dobro vidno
koacervatno ovojnico. Mešanje je potekalo s kuhinjskim mešalnikom z metlico za gnetenje, ki
je vnašala manj zraka v sistem. Emulgirali smo ročno s kuhinjsko lopatko, zato so nastale
večje oljne kapljice in posledično večje mikrokapsule. Koacervacija je potekala v primerjavi z
drugimi eksperimenti dlje, kar je za izdelavo mikrokapsul izrednega pomena, saj pride do
nalaganja koacervatnih kapljic okrog jedrnega materiala.
V diplomskem delu poenostavljen in optimiziran postopek, primeren za šolski laboratorij,
poteka po naslednji recepturi:
V 80 ml destilirane vode nabrekamo 10,00 g kislinsko obdelane želatine eno uro. Nabreklo
želatino segrejemo na 50 oC, da iz gela preide v sol stanje. Z vodno kopeljo vzdržujemo
ustrezno temperaturo celotnega sistema ves čas postopka. Jedrni material (eterično olje) 3
minute emulgiramo ob mešanju s kuhinjsko lopatko. Emulziji ob stalnem mešanju s
kuhinjskim mešalnikom v najnižji prestavi dodamo pripravljeno raztopino karboksimetil
celuloze (3,33 g/ 80 ml destilirane vode). Pazljivo uravnavamo pH sistema na 4,5 z 10 %
CH3COOH(aq), kar sproži koacervacijo. Poteka ob mešanju emulzije s kuhinjskim
mešalnikom in vzdrževanju temperature približno 50 oC, 45 minut. V fazi hlajenja
temperaturo postopno znižujemo z ledeno kopeljo 30 minut. Ovojnice nastalih mikrokapsul
zamrežimo z dodatkom 30 ml 10 % raztopine tanina ob mešanju s kuhinjskim mešalnikom pri
temperaturi 10 oC, 15 minut ter pri sobni temperaturi še 15 minut.
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
36
4.2. Razprava o pridobljenih rezultatih eksperimentov
Eksperiment 1
Pri prvem eksperimentu smo pozornost namenili preizkusu prilagojene oziroma
poenostavljene opreme, ki je bila predhodno izbrana. Mešanje je potekalo s kuhinjskim
mešalnikom, ki je v primerjavi z laboratorijskim turbinskim mešalom dostopnejši in bolj
enostaven za uporabo. Za lažje uravnavanje temperature vodne kopeli je segrevanje
potekalo z magnetnim mešalom Rotamix. Za segrevanje bi lahko uporabili tudi kuhalno
ploščo ali trinožno stojalo in gorilnik. Temperaturo vodne kopeli smo ves čas postopka
preverjali s termometrom. Razen zamreževala smo uporabljali enake kemikalije v količinah,
ki so bile že uporabljene v originalnem postopku (Voda, 1998). Vodni raztopini želatine kot
prvemu stenskemu materialu oziroma koloidu je bila po fazi emulgiranja olje faze dodana
vodna raztopina karboksimetil celuloze kot drugi stenski material oziroma koloid. Razmerje
med karboksimetil celulozo in želatino je bilo 1:3. Kot jedrni material smo uporabili 100 %
eterično olje sivke, razmerje med stenskim materialom in jedrnim materialom je bilo 1:4. Po
nabrekanju in segrevanju želatine je iz gela nastala bistra koloidna raztopina, saj je gel
prešel v sol stanje. Emulgiranje je potekalo tri minute s kuhinjskim mešalnikom v najnižji
prestavi z metlico za stepanje. V emulzijo so se pri tem vnašali zračni mehurčki, kar ni bilo
zaželeno. Velika hitrost mešanja je povzročila nastanek zelo majhnih oljnih kapljic, kar je bilo
doseženo tudi v originalnem postopku. Pri uravnavanju pH smo v prvem eksperimentu dodali
preveliko količino 10 % CH3COOH(aq), kar je povzročilo hiter padec pH na 2,5. Kljub
dodatku 10 % NaOH(aq) ni bilo več možno uravnati pH sistema na 4,5, da bi proces
koacervacije potekal nadzorovano. Prišlo je do koagulacije in izpada faze želatine in
karboksimetil celuloze ter s tem do ločitve vodne faze (Slika 10). Nastali so skupki stenskega
materiala.
Slika 10: Skupki koaguliranega stenskega materiala (povečava 100-krat) v neuspelem poskusu
kompleksne koacervacije
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
37
Eksperiment 2
Kot pri prvem eksperimentu je bilo pri vseh nadaljnjih eksperimentih razmerje med
karboksimetil celulozo in želatino 1:3. Kot jedrni material smo uporabili 100 % eterično olje
sivke, razmerje med stenskim materialom in jedrnim materialom je bilo 1:4. Tokrat smo
eterično olje sivke emulgirali ročno s kuhinjsko lopatko, z namenom zmanjšati hitrost in
intenzivnost mešanja in s tem preprečiti vnos zraka v sistem. Za nadaljnje mešanje smo
uporabili kuhinjski mešalnik z metlico za stepanje. Po dodatku raztopine karboksimetil
celuloze je bila pH vrednost sistema 6,5. Sledila je faza koacervacije pri pH 4,5. Sprožili smo
jo z dodajanjem 10 % CH3COOH (aq) po kapljicah in destilirane vode (200 ml).
Razredčevanje z destilirano vodo je omililo kopičenje nastajajočih mikrokapsul. Koacervacija
je potekala pri temperaturi 50 °C 30 minut, kar je 90 minut manj kot v originalnem postopku.
Ohlajanje z ledeno kopeljo je potekalo 30 minut, kar je 60 minut manj kot v originalnem
postopku. Dodajali smo večje količine ledu in s tem pospeševali hitrost ohlajanja disperzije. V
eni minuti je temperatura povprečno padla za 1 °C. Po končani kompleksni koacervaciji je
stenski material dobro obdajal oljne kapljice, ki so nastale v fazi emulgacije. Ohlajanje je prva
stopnja utrjevanja sten mikrokapsul. V originalnem postopku so ohlajene stene mikrokapsul
zamrežili z dodatkom 1,75 ml 37 % formaldehida. Za delo v šolskem laboratoriju ni primerna
uporaba formaldehida, ker je strupen, ima neprijeten vonj in draži sluznico. Uporabili smo
zamreževanje ohlajenih sten mikrokapsul z naravnimi polifenolnimi spojinami – tanini. To so
rastlinske polifenolne spojine grenkega okusa, ki tvorijo močne komplekse z beljakovinami in
drugimi polimeri. Po pregledu in analizi literature smo se odločili za uporabo raztopine
taninov smreke, ki niso nevarni za delo v šolskem laboratoriju. Xing, Cheng, Yang in Ma
(2003) so pri mikrokapsuliranju s kompleksno koacervacijo uporabili za zamreževanje 30 ml
10 % raztopine tanina. Izbor zamreževalca je bil uspešen, zato smo ga tudi sami uporabili za
zamreževanje, ki je druga stopnja utrjevanja sten mikrokapsul. Stene ohlajenih mikrokapsul
smo zamrežili z dodatkom 30 mL 10 % raztopine tanina ob mešanju s kuhinjskim
mešalnikom 15 minut pri temperaturi 10 °C in nato pri sobni temperaturi še 15 minut, kar je
105 minut manj kot v originalnem postopku ob mešanju s turbinskim mešalom.
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
38
Slika 11: Disperzija mikrokapsuliranja eteričnega olja sivke, eksperiment 2 (povečava 40-krat)
Nastale so mikrokapsule s tanko koacervatno ovojnico, saj je koacervacija v primerjavi z
originalnim postopkom potekala krajši čas. Opaziti je bilo možno tudi zračne mehurčke,
okrog katerih se je nalagal stenski material (Slika 11).
Eksperiment 3
Pri tretjem eksperimentu smo tako kot pri drugem eksperimentu uporabili enake količine
kemikalij v posameznih fazah postopka. Pri tem eksperimentu je mešanje potekalo s
kuhinjskim mešalnikom z metlico za gnetenje, kar je vnašalo manj zraka v sistem kot pri
eksperimentu 1 in 2. Emulgiranje je potekalo ročno kot pri eksperimentu 2, zato so bile oljne
kapljice večje v primerjavi z oljnimi kapljicami eksperimenta 1, ko smo emulgirali s kuhinjskim
mešalnikom. Pri drugem eksperimentu so že nastale dobro opazne mikrokapsule, zato smo
čas koacervacije podaljšali še za 15 minut, skupaj 45 minut. Na koncu eksperimenta je bilo
možno opaziti učinek, saj so nastale enojedrne mikrokapsule, ki so imele dobro vidno tanjšo
koacervatno ovojnico (Slika 12).
Slika 12: Disperzija mikrokapsuliranega eteričnega olja, eksperiment 3 (povečava 40-krat)
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
39
V primeru, da bi želeli mikrokapsule z debelejšo ovojnico, bi morala faza koacervacije
potekati dlje. S tem bi omogočili, da bi se več stenskega materiala naložilo okrog oljnih
kapljic. Faza koacervacije je potekla pri temperaturi 50 °C in pH 4,5. V fazi ohlajanja
disperzije, ki je potekala 30 minut, ni prihajalo do prehitrega želiranja. Zamreževanje sten
mikrokapsul je potekalo ob mešanju s kuhinjskim mešalnikom 15 minut pri temperaturi 10 °C
in nato pri sobni temperaturi še 15 minut kot pri drugem eksperimentu. Končna disperzija
mikrokapsul je bila redka in ni vsebovala ostanka stenskega materiala. Kot najuspešnejši za
prenos v šolski laboratorij se je med petimi poskusi izkazal eksperiment 3. Receptura je bila
preverjena s ponovitvijo postopka. Rezultati so bili ponovljivi.
Eksperiment 4
Pri tem eksperimentu je bila izvedba glede kemikalij in opreme enaka kot pri eksperimentu 3.
Razlika je le v jedrnem materialu, ki smo ga emulgirali. Za učence je zagotovo bolj zanimivo,
če vidijo večje mikrokapsule, čeprav s pomočjo mikroskopa. Na osnovi te ugotovitve smo se
odločili, da kot jedrni material uporabimo rastlinsko olje (sončnično), ki ima večjo viskoznost
kot eterično olje sivke. Zato smo pričakovali večje oljne kapljice v fazi emulgiranja glede na
to, da so bili pogoji mešanja enaki (ročno mešanje). Izkazalo se je, da je bila razlika v
velikosti mikrokapsul komaj opazna. Nadaljnje mešanje je potekalo s kuhinjskim mešalnikom
v najnižji prestavi in z metlico za gnetenje, ki je vnašala manj zraka, vendar je kljub temu
prihajalo do močnega penjenja, do česar pri tretjem eksperimentu ni prihajalo. Močno
penjenje smo pripisali slabši kakovosti oziroma nečistočam v sončničnem olju. Želeno pH
vrednost 4,5 smo dosegli s postopnim dodajanjem 10 % CH3COOH (aq), sledilo je
razredčevanje z 200 ml destilirane vode, ki je olajšalo ločevanje faz koacervacije. Čas
koacervacije je bil skrajšan s 45 minut na 30 minut z namenom, da se skrajša celoten čas
izvedbe eksperimenta na 90 minut, ki bi jih učenci imeli na razpolago v laboratoriju.
Skrajšanje časa poteka koacervacije se je izkazalo za manj učinkovito. V fazi hlajenja, ki je
potekala 30 minut, je temperatura intenzivno padala. Opaziti je bilo manjše želiranje
kontinuirne faze disperzije. Zamreževanje je bilo podaljšano za 5 minut, kar se ni odražalo v
trdnosti sten mikrokapsul.
Na koncu kompleksne koacervacije so v tem eksperimentu nastale mikrokapsule z
nepopolno ovojnico (Slika 13). Koacervati so se neenakomerno nalagali okoli oljnih jeder v
emulziji. Opaziti je bilo možno ostanek zamreževala. Na podlagi tega opažanja bi lahko za
utrjevanje sten mikrokapsul uporabili manjši volumen 10 % raztopine tanina.
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
40
Slika 13: Disperzija mikrokapsuliranega rastlinskega olja, eksperiment 4 (povečava 40-krat)
Eksperiment 5
Uporabljene so bile enake količine kemikalij kot v predhodnih eksperimentih. Manjše
spremembe so bile uvedene glede uporabljene opreme. Poleg segrevanja je tokrat potekalo
tudi mešanje z magnetnim mešalom do faze hlajenja. Jedrni material (eterično olje sivke)
smo tri minute emulgirali z magnetnim mešalom pri 200 obr/min v bistri vodni raztopini
želatine. V fazi emulgiranja ni bilo opaziti penjenja zaradi drugačnega načina mešanja.
Hitrost mešanja je bila privzeta iz originalnega postopka, kjer so uporabili turbinsko mešalo.
Emulziji olje v vodi smo ob stalnem mešanju (400 obr/min) nato dodali vodno raztopino
karboksimetil celuloze. Po dodatku po kapljicah 10 % CH3COOH (aq) in destilirane vode je
pH vrednost padla na 3,9. Potrebno je bilo uravnavanje pH vrednosti sistema na 4,5 z 10 %
NaOH (aq). Koacervacija je nato potekala 30 minut ob mešanju emulzije z magnetnim
mešalom (400–650 obr/min) in vzdrževanju temperature približno 50 oC. Fazi hlajenja in
zamreževanja sta potekali po enakem postopku kot pri eksperimentu 4. Nastala je gostejša
disperzija z neuporabljenimi delci stenskega materiala, ki se ni v celoti naložil na oljna jedra
(Slika 14).
Slika 14: Disperzija mikrokapsuliranega eteričnega olja, eksperiment 5 (povečava 40-krat)
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
41
4.3. Navodila za delo učitelja
Naslov eksperimenta
Mikrokapsuliranje eteričnih olj s kompleksno koacervacijo
Novi ključni pojmi
mikrokapsule,
stenski material (želatina in karboksimetil celuloza),
jedrni material (eterično olje sivke),
emulgiranje,
koacervacija,
hidratacijski ovoj,
koloidno bogata faza,
zamreževanje.
Stopnja
Eksperiment je primeren za osnovno šolo. Vključimo ga lahko kot ponovitev kisikove in
dušikove skupine organskih spojin pri pouku kemije v 9. razredu. Eksperiment se lahko
vključi v naravoslovno-tehnični dan, saj je možna medpredmetna povezava z
gospodinjstvom. Lahko se izvaja v okviru izbirnih predmetov Kemija v življenju in Poskusi v
kemiji, kjer se obravnavajo eterična olja.
Predznanja
Učenci vedo, da so :
kationi pozitivno nabiti delci, anioni pa negativno nabiti delci,
ogljikovi hidrati sestavljeni iz več med seboj povezanih monosaharidov, npr. glukoznih
enot, z glikozidno vezjo,
beljakovine zgrajene iz aminokislin, ki se med seboj povezujejo z peptidno vezjo.
Učenci poznajo :
nastanek ionske in kovalentne vezi,
pH-lestvico, ki jo uporabljajo kot merilo za oceno kislosti in bazičnosti raztopin,
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
42
kemijsko reakcijo nevtralizacije, pri kateri nastaneta sol in voda,
pojma raztopine in topnost snovi,
funkcionalne skupine kisikovih organskih spojin, ki se nahajajo tudi v eteričnih oljih,
osnovne lastnosti in funkcije ogljikovih hidratov ter beljakovin,
osnovne eksperimentalne tehnike (merjenje volumna, segrevanje, mešanje).
Učenci so sposobni urejati in analizirati preproste tabele podatkov (Zupančič Brouwer in
Vrtačnik, 1995).
Učni cilji
Učenci:
ponovijo in utrdijo znanja o ionih, nevtralizaciji, topnosti snovi, ogljikovih hidratih in
beljakovinah,
spoznajo zgradbo mikrokapsul,
spoznajo in razumejo pojem koacervacije,
razumejo privlak med molekulami želatine in karboksimetil celuloze,
spoznajo in razumejo nastanek koloidno bogate faze - koacervatov,
razumejo pomen zamreževanja sten mikrokapsul,
razvijajo sposobnost opazovanja,
uporabljajo laboratorijske spretnosti pri izvedbi eksperimenta.
Način izvedbe
Eksperiment od učencev zahteva natančnost in dobro razvite osnovne laboratorijske
spretnosti. Zato je priporočljivo, da ga učenci izvajajo v dvojicah ali v skupinah s tremi učenci,
ki jih učitelj sestavi tako, da v vsako skupino dodeli vsaj enega učenca z dobro razvitimi
laboratorijskimi spretnostmi. Tako se učenci učijo medsebojnega sodelovanja in pomoči v
skupini ter s tem dosegajo uspešne rezultate.
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
43
Čas
Za izvedbo eksperimenta in optimalne rezultate je potrebna minimalno blok ura (strnjenih 90
minut). Večina časa je namenjena eksperimentalnemu delu učencev. Priporočljiva je izvedba
v okviru kemijskega krožka in naravoslovno-tehničnega dneva, kjer je na razpolago več
časa.
Zaščita in varnost
Učenci pri delu v šolskem laboratoriju nosijo zaščitno haljo, zaščitna očala in zaščitne
rokavice. Seznanimo jih z delovanjem kuhinjskega mešalnika, ki ga bodo uporabljali pri
svojem delu. Opozorimo jih, naj ves čas mešanja z eno roko držijo kuhinjski mešalnik, z
drugo roko pa čašo z emulzijo, saj bi se lahko zaradi intenzivnosti mešanja čaša premaknila.
Mešanje naj prekinejo za kratek čas med določanjem pH vrednosti sistema s pH lističem – v
tem času naj bo mešalnik izklopljen. Med mešanjem naj ne segajo z rokami v čašo. Če se
pojavijo nepravilnosti pri delovanju kuhinjskega mešalnika, naj ga takoj izklopijo. Steklene
čase lahko nadomestimo tudi s plastičnimi posodami manjšega volumna, ki jih uporabljamo v
gospodinjstvu. Tako zagotovimo še varnejše delo. Pozorni smo, da učenci pravilno
uporabljajo kapalke pri dodajanju ocetne kisline v emulzijo. Učence opozorimo, da vse
reakcijske produkte zavržejo v pripravljene posode za odpadke. Na koncu
eksperimentalnega dela jih opozorimo, da pravilno izključijo vse naprave in si umijejo roke.
Potrebščine (za dvojico ali skupino)
500 ml čaša,
300 ml čaša,
večja kadička,
steklene palčke in kapalke,
termometer,
kuhinjska lopatka,
električni kuhinjski mešalnik,
pH lističi,
magnetno mešalo ali kuhalna plošča,
mikroskop (za več dvojic).
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
44
Kemikalije (za dvojico ali skupino) Piktogrami o kemijski varnosti
200 ml destilirane vode za razredčevanje, 80
ml za nabrekanje želatine in 80 ml za
pripravo raztopine karboksimetil celuloze
Snov ni nevarna.
10 g kislinsko obdelane želatine Snov ni nevarna.
3,33 g karboksimetil celuloze Snov ni nevarna.
50 ml eterično olje sivke
10 % CH3COOH (aq),
10% NaOH (aq),
30 ml 10 % tanina (aq) Snov ni nevarna.
led Snov ni nevarna.
Priprava kemikalij
Na plastične pladnje (za dvojice ali skupine) predhodno pripravimo označene čase s:
a) 3,33 g CMC/80 ml destilirane vode,
b) 10 % CH3COOH (aq),
c) 10 % NaOH (aq),
d) 30 ml 10 % tanina (aq).
Pred izvedbo eksperimenta 10 g želatine nabrekamo eno uro v 80 ml destilirane vode (za
dvojico ali skupino). Učenci lahko takoj pričnejo s segrevanjem želatine in jim tako
omogočimo več časa za nadaljnje eksperimentalno delo.
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
45
Vodenje laboratorijske aktivnosti
Pogovor in razlaga pred eksperimentalnim delom:
Učencem razložimo, da se mikrokapsule uporabljajo v mnogih izdelkih iz vsakdanjega
življenja. Zagotovo so že opazili samokopirni papir, dišeče robčke, tekstilije in kreme
prijetnega vonja, ki imajo podaljšano delovanje. Ti izdelki vsebujejo mikrokapsule – s prostim
očesom nevidne delce, ki so sestavljeni iz jedra in ovojnice, kot na primer jajce, ki je
sestavljeno iz rumenjaka in beljaka (jedro) ter apnenčaste lupine (ovojnica).
Učencem povemo, da bodo pri izdelavi mikrokapsul kot jedrni material uporabljali eterično
olje sivke, ki je zmes naravnih hlapnih spojin prijetnega vonja. Za zaščitno steno oziroma
ovojnico bodo uporabili želatino in karboksimetil celulozo, ki se bosta zaradi različnega
naboja med seboj povezali v prozorno, gelu podobno snov, ki jo znanstveno imenujemo
koacervat. Želatina je beljakovina, sestavljena iz aminokislin, povezanih s peptidno vezjo.
Nastane z delno hidrolizo živalskega kolagena. Nabreka v hladni vodi, v vroči vodi je
popolnoma topna. Kot želirno sredstvo se uporablja tudi pri pripravi različnih jedi. Za pripravo
karboksimetil celuloze uporabljajo celulozo, ki je strukturni polisaharid sestavljen iz med
seboj povezanih mnogih glukoznih enot. V postopku koacervacije naravnamo pogoje tako,
da se molekule želatine s pozitivnim nabojem približajo in šibko povežejo z molekulami
karboksimetil celuloze, ki nosijo negativni naboj ter izoblikujejo ovojnico okoli oljnih kapljic v
vodi.
Učencem razložimo, da je kompleksna koacervacija ena najstarejših metod
mikrokapsuliranja. Sledi razlaga faz v postopku koacervacijskega mikrokapsuliranja:
Eterično olje sivke emulgiramo v vodni raztopini želatine (prvi koloid – makromolekula, ki bo
imela prebitek pozitivnih nabojev). Pri tem v vodnem okolju nastajajo majhne oljne kapljice, ki
so bodoča jedra mikrokapsul. Nastali emulziji dodamo vodno raztopino karboksimetil
celuloze (drugi koloid, ki nosi negativni naboj). Z dodajanjem 10 % CH3COOH (aq) in
destilirane vode znižujemo pH na 4,5. Takrat makromolekule želatine pridobijo prebitek
pozitivnega naboja, da delno nevtralizirajo negativni naboj karboksimetil celuloze. Pri tem se
hidratacijski ovoj (ovoj vodnih molekul okrog nabitih delcev) stanjša in nastajajo koacervatne
kapljice (koloidno bogata faza), ki se nalagajo okrog oljnih jeder. Makromolekule želatine in
karboksimetil celuloze se privlačijo, kar povzroči prehajanje v koloidno bogato fazo, ki je
podobna gelu. Sledi utrjevanje tekoče koacervatne stene mikrokapsul z zniževanjem
temperature in zamreževanjem stene mikrokapsul z raztopino tanina.
Učence opozorimo, da so pri dodajanju ocetne kisline še posebej pozorni in natančni, saj
mora biti pH natančno določen, če želimo, da koacervacija uspešno poteče.
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
46
Kot oporo za razlago in boljšo predstavo učencev lahko uporabimo Shemo 7.
Shema 7: Poenostavljena shema štirih faz koacervacije: emulzija olja v vodi, sprožitev koacervacije, nalaganje koacervatov na oljne kapljice, utrjevanje sten mikrokapsul
Učencem je potrebno razložiti vse ključne pojme, ki jih morajo razumeti za uspešno izvedbo
eksperimenta. Z vidika učenca lahko pride do nejasnosti glede nadzorovanega sproščanja
aktivnih snovi iz mikrokapsul, zato je potrebno pojasniti tudi različne mehanizme sproščanja
aktivnih snovi.
Interakcija učitelj – učenec
Med eksperimentalnim delom učence opazujemo in jih opozarjamo na morebitne napake.
Opozarjamo jih, da so pri delu natančni, pravilno ravnajo s kemikalijami, vzdržujejo mešanje
disperzije ves čas postopka in pozorno opazujejo spremembe, ki se dogajajo pri dodajanju
posameznih sestavin v sistem in spremembe zapisujejo na delovni list.
Priporočljivo je opazovanje procesa koacervacije na mikroskopski ravni. Učenca v dvojici
uravnata ustrezno pH vrednost sistema. Eden učenec z našo pomočjo pripravi preparat s
kapljico njune disperzije in si pod mikroskopom ogleda nalaganje koacervatov na oljna jedra,
drugi učenec medtem s kuhinjskim mešalnikom meša disperzijo. Učenca nato vlogi
zamenjata. Tako zagotovimo boljše razumevanje koacervacije in preverimo, če je uspešno
potekla. V primeru neuspešne koacervacije, učenca eksperiment opustita.
Pričakovani rezultati
Tabela 1: Rezultati eksperimenta
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
47
Faze postopka Opažanja Sklepi
Nabrekanje želatine Po eni uri so zrna želatine
nabrekla. Volumen želatine
je v primerjavi s prvotno
suho želatino povečan.
Želatina ima sposobnost
vezave vode, zato nabrekne.
Posledično je tudi volumen
nabrekle želatine večji.
Segrevanje želatine Pri temperaturi 50 oC se
želatina raztopi in nastane
bistra rumena raztopina.
Pri segrevanju nastane bistra
koloidna raztopina želatine.
Pri temperaturi nad 50 oC gel
postopno prehaja v sol
stanje.
Emulgiranje eteričnega
olja
Nastane emulzija olje-v-vodi,
vidna kot motna rumenkasta
emulzija.
Opazimo lahko tudi večje
kapljice olja in posamezne
zračne mehurčke.
Olje se z vodo ne meša in
plava na vodi, ker ima
manjšo gostoto kot voda.
Majhne kapljice olja se z
mešanjem razporedijo
(emulgirajo) v vodi.
Večje kapljice olja in
posamezni zračni mehurčki
so posledica neustreznega
mešanja.
Koacervacija S pH lističi določimo pH
disperzije, ki je od 6 do 9.
Z dodatkom 10 % CH3COOH
(aq) in destilirane vode
znižamo pH na 4,5.
Volumen disperzije
povečamo z razredčevanjem
z vodo.
Z znižanjem pH vrednosti
sprožimo koacervacijo.
Poteče delna nevtralizacija
nasprotnih nabojev,
hidratacijski ovoj se stanjša
in nastajajo koacervatne
kapljice, ki se nalagajo okrog
oljnih jeder.
Razredčevanje z destilirano
vodo olajša koacervacijski
proces.
Ohlajanje disperzije Ohlajanje z ledeno kopeljo
povzroči hitro zniževanje
temperature. Pri mešanju
ohlajene disperzije opazimo,
da se v manjši meri zgosti.
Nižanje temperature do 10 oC
povzroča želiranje tekoče
koloidne stene mikrokapsul.
Manjša zgostitev disperzije je
posledica želiranja
neporabljenega stenskega
materiala.
Zamreževanje sten
mikrokapsul
Po dodatku zamreževala
opazimo rjavo obarvano
disperzijo mikrokapsul.
Rjavo obarvanje je posledica
dodane raztopine tanina.
Nastanejo mikrokapsule s
čvrsto koacervatno ovojnico.
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
48
Tabela 2: Rezultat eksperimenta (slika mikrokapsul pod svetlobnim mikroskopom)
disperzija mikrokapsul
Odgovori na vprašanja
1. Kaj so mikrokapsule?
Mikrokapsule so majhni delci, ki so sestavljeni iz jedra in ovojnice, kot na primer jajce, ki je
sestavljeno iz rumenjaka in beljaka (jedro) ter apnenčaste lupine (ovojnica).
2. Na embalaži eteričnega olja sivke je naslednji znak:
Katera trditev velja za snov, ki je označena s tem znakom za nevarne snovi?
Obkroži črko pred pravilnim odgovorom.
a) Snov je eksplozivna.
b) Snov je strupena.
c) Snov je jedka.
d) Snov je vnetljiva.
Pravilni odgovor je d.
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
49
3. Kaj je emulzija?
Emulzija je zmes dveh tekočin, ki se med seboj ne mešata. Ena tekočina je dispergirana v
drugi v obliki kapljic.
4. Kako sprožimo proces koacervacije?
Proces koacervacije sprožimo z razredčevanjem z vodo in z uravnavanjem pH.
5. Koacervacija poteče pri pH 4,5. Kako bi se pri tem obarval lakmusov papir?
Obkroži črko pred pravilnim odgovorom.
a) modro,
b) rumeno,
c) rdeče,
d) zeleno.
Pravilni odgovor je c.
6. Zakaj je potrebno zamreževanje ohlajene stene mikrokapsul?
Nastala koacervatna stena mikrokapsul je mehka in slabo obstojna, zato jo je potrebno utrditi
z raztopino tanina.
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
50
4.4. Delovni list za učenca
Mikrokapsuliranje eteričnega olja s kompleksno koacervacijo
1. Namen eksperimenta
Pogosto smo v stiku z različnimi odišavljenimi izdelki z nadzorovanim sproščanjem vonja, kot
so kozmetični izdelki, odišavljene tekstilije in dišeči papirni izdelki. Vzrok za nadzorovano
sproščanje vonja so mikrokapsule. Namen eksperimenta je izdelati mikrokapsule z eteričnim
oljem po koacervacijskem postopku.
2. Teoretična izhodišča
Mikrokapsule so zelo majhni delci, sestavljeni iz jedra in ovojnice, kot na primer jajce, ki je
sestavljeno iz rumenjaka in beljaka (jedro) ter apnenčaste lupine (zaščitna stena). Po
velikosti so mikrokapsule 100-krat do 1000-krat manjše od 1 mm.
Kompleksna koacervacija je ena najstarejših metod za izdelavo mikrokapsul. Jedrni material
(eterično olje sivke) emulgiramo v vodni raztopini želatine. Nastali emulziji dodamo vodno
raztopino karboksimetil celuloze. Z dodajanjem 10 % CH3COOH (aq) in destilirane vode
znižujemo pH na 4,5. Pri tem poteče nevtralizacija nasprotnih nabojev dveh koloidov:
pozitivno nabitih molekul želatine in negativno nabitih molekul karboksimetil celuloze.
Nastajajo koacervatne kapljice (koloidno bogata faza), ki se nalagajo okrog oljnih jeder. Z
ohlajevanjem in zamreževanjem utrdimo stene nastalih mikrokapsul.
3. Naloga
Pri izvedbi eksperimenta spremljajte glavne faze mikrokapsuliranja eteričnega olja sivke in
opažanja ter sklepe zapisujte v pripravljeno tabelo. Končni rezultat eksperimenta si oglejte
pod mikroskopom in svoja opažanja skicirajte. Na koncu z vprašanji preverite svoje znanje.
ovojnica
jedro
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
51
4. Potrebščine in kemikalije
5. Zaščita in varnost pri delu
Pri delu nosite zaščitno haljo, zaščitna očala in zaščitne rokavice. Natančno poslušajte in
upoštevajte navodila učitelja. Med mešanjem ne segajte z rokami v čašo; z eno roko trdno
držite kuhinjski mešalnik, z drugo roko pa čašo z emulzijo. Med določanjem pH vrednosti s
pH lističem mešanje za kratek čas prekinite. Če se pojavijo nepravilnosti pri delovanju
kuhinjskega mešalnika, ga takoj izklopite. Vse reakcijske produkte zavrzite v pripravljene
posode za odpadke. Preden laboratorij zapustite, izklopite vse naprave, ki ste jih pri delu
uporabljali in si umijte roke.
6. Potek dela po stopnjah
1. Nabrekanje
želatine
10 g kislinsko obdelane želatine smo predhodno eno uro
nabrekali v 80 ml destilirane vode.
2. Segrevanje
želatine
Pripravimo vodno kopel. Nabreknjeno želatino segrejemo na 50 oC, da se raztopi. Z vodno kopeljo vzdržujemo temperaturo
sistema 50 oC ves čas postopka.
3. Emulgiranje
eteričnega olja
Eterično olje sivke 3 minute emulgiramo v vodni raztopini
želatine ob mešanju s kuhinjsko lopatko.
Potrebščine Kemikalije
500 ml čaša,
300 ml čaša,
večja kadička,
steklene palčke in kapalke,
termometer,
kuhinjska lopatka,
električni kuhinjski mešalnik,
magnetno mešalo ali kuhalna
plošča,
pH lističi.
destilirana voda,
10 g kislinsko obdelane želatine,
3,33 g karboksimetil celuloze,
50 ml eteričnega olja sivke,
10 % CH3COOH (aq),
10 % NaOH (aq),
10 % tanina (aq),
led.
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
52
4. Koacervacija Emulziji ob stalnem mešanju s kuhinjskim mešalnikom v najnižji
prestavi dodamo raztopino karboksimetil celuloze (3,33 g/ 80 ml
destilirane vode).
S kapalko po kapljicah dodajamo 10 % CH3COOH (aq),
postopno razredčujemo z destilirano vodo (200 ml) in hkrati
preverjamo pH s pomočjo pH lističev. Uravnavanje pH vrednosti
na 4,5 sproži koacervacijo, ki poteka ob mešanju emulzije s
kuhinjskim mešalnikom v najnižji prestavi in vzdrževanju
temperature približno 50 oC, 45 minut.
5. Ohlajanje
disperzije
Hladno vodo nalijemo v večjo kadičko in vanjo postavimo čašo z
disperzijo. V kadičko postopno dodajamo led. Z ledeno kopeljo
temperaturo znižujemo do 10 oC (maksimalno 30 minut) in med
tem mešamo s kuhinjskim mešalnikom.
6. Zamreževanje
sten
mikrokapsul
Ohlajeni disperziji pri 10 oC dodamo 30 ml 10 % raztopine tanina
ob mešanju s kuhinjskim mešalnikom 15 minut ter pri sobni
temperaturi še 15 minut.
7. Rezultati
Tabela 1: Rezultati eksperimenta
Faze postopka Opažanja Sklepi
nabrekanje želatine
segrevanje želatine
emulgiranje eteričnega olja
koacervacija
ohlajanje disperzije
zamreževanje sten
mikrokapsul
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
53
Tabela 2: Rezultat eksperimenta (mikroskop)
disperzija mikrokapsul
Ob pomoči učiteljice pripravi preparat
in si nastale mikrokapsule oglej pod
mikroskopom.
Opomba: Natančno opazuj nastale mikrokapsule pod mikroskopom in videno skiciraj.
8. Vprašanja
1. Kaj so mikrokapsule?
2. Na embalaži eteričnega olja sivke je naslednji znak:
Katera trditev velja za snov, ki je označena s tem znakom za nevarne snovi?
Obkroži črko pred pravilnim odgovorom.
a) Snov je eksplozivna.
b) Snov je strupena.
c) Snov je jedka.
d) Snov je vnetljiva.
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
54
3. Kaj je emulzija?
4. Kako sprožimo proces koacervacije?
5. Koacervacija poteče pri pH 4,5. Kako bi se pri tem obarval lakmusov papir?
Obkroži črko pred pravilnim odgovorom.
a) modro,
b) rumeno,
c) rdeče,
d) zeleno.
6. Zakaj je potrebno zamreževanje ohlajene stene mikrokapsul?
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
55
5. Zaključek
V okviru diplomskega dela smo razvili prilagojen in poenostavljen postopek za
mikrokapsuliranje eteričnih olj s kompleksno koacervacijo želatine in karboksimetil celuloze
za izvedbo v šolskem laboratoriju. Šolski eksperiment je bil pripravljen na osnovi
laboratorijskega postopka mikrokapsuliranja evgenola s kompleksno koacervacijo želatine in
karboksimetil celuloze (Boh, 1986; Voda, 1998). Prilagoditev postopka je obsegala
kemikalije, opremo in izvedbo.
Izvedenih je bilo pet eksperimentov. Kot najbolj uspešen se je izkazal eksperiment 3, na
osnovi katerega je bil pripravljen optimiziran postopek. Za stenski material mikrokapsul smo
uporabili želatino in kaboksimetil celulozo. Koloida sta bila v razmerju 3:1. Eterično olje sivke
smo uporabili za jedrni material. Navedene kemikalije niso toksične in niso nevarne za
zdravje učencev, zato jih nismo nadomestili. V primerjavi z originalnim postopkom je
emulgiranje potekalo 3 minute ročno – s pomočjo kuhinjske lopatke, kar je omogočilo
nastanek večjih oljnih jeder, posledično večje mikrokapsule in manjše vnašanje zraka v
sistem. Razen v fazi emulgiranja smo za mešanje uporabili kuhinjski mešalnik v najnižji
prestavi. Za uravnavanje pH smo uporabljali 10 % CH3COOH (aq) in 10 % NaOH (aq).
Raztopini sta razredčeni, zato učenci lahko rokujejo z njima ob upoštevanju navodil učitelja.
Dokazali smo tudi, da je koacervacija uspešna že pri temperaturi 50 °C in času 30 minut.
Ohlajanje disperzije smo pospešili z ledeno kopeljo. Temperaturo smo v 30 minutah znižali
na 10 °C. Zamreževanje ohlajenih sten mikrokapsul je učinkovito potekalo 30 minut z
raztopino tanina, ki ni toksična, v primerjavi s formaldehidom, ki so ga uporabili v originalnem
postopku. Rezultat najuspešnejše izvedenega eksperimenta so bile enojedrne mikrokapsule
limonastih oblik, ki so imele dobro vidno prosojno koacervatno ovojnico in zaščitno
koacervatno steno.
Prilagojeni postopek mikrokapsuliranja eteričnih olj se lahko vključuje v šolske in obšolske
dejavnosti. Poenostavljeni postopek mikrokapsuliranja s koacervacijo bi lahko izvajali v
šolskem laboratoriju kot ponovitev in nadgradnjo znanja o beljakovinah in ogljikovih hidratih
pri pouku kemije v 9. razredu. Priporočljiva je izvedba eksperimenta v okviru naravoslovno-
tehničnega dneva, ker je na voljo več časa. V primeru, da bi hoteli izvesti eksperiment v eni
učni uri, bi morali faze postopka skrajšati, s tem pa ne bi dosegli optimalnih rezultatov. Šolski
eksperiment je možno izvesti tudi pri pouku izbirnih predmetov (npr. Poskusi v kemiji in
Kemija v življenju, ki sta izbirna predmeta v povezavi s kemijo). V okviru teh predmetov se
pozornost nameni tudi eteričnim oljem, zato bi lahko učenci izdelali mikrokapsule z različnimi
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
56
eteričnimi olji, ki bi jih pridobili sami iz rastlinskih virov. Z mentorjem pri kemijskem krožku
lahko učenci pripravijo tudi raziskovalno nalogo na temo koacervacijskega mikrokapsuliranja
eteričnih olj, kjer postopek podrobneje preizkusijo in globlje razumejo.
Za učence je bil izdelan delovni list, ki jim služi kot vodilo skozi eksperimentalno delo ter za
zapisovanje opažanj in sklepov, do katerih pridejo. Z dodatnimi vprašanji na koncu
delovnega lista preverijo svoje znanje. Poleg delovnega lista za učence so bila oblikovana
navodila za delo učitelja, ki so temelj in pomoč za vodenje aktivnosti pri pouku.
Tabela 9: Faze poenostavljenega in optimiziranega postopka v obliki slik
Nabrekanje želatine
V 80 ml destilirane vode nabrekamo 10,00 g kislinsko obdelane želatine eno uro.
Slika 15: Nabrekanje želatine
Segrevanje želatine
Nabreklo želatino segrejemo na 50 oC, da iz gela preide v sol stanje.
Slika 16: Segrevanje želatine
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
57
Emulgiranje eteričnega olja
Jedrni material (eterično olje) 3 minute emulgiramo ob mešanju s kuhinjsko lopatko.
Slika 17: Emulgiranje eteričnega olja
Koacervacija
Emulziji ob stalnem mešanju s kuhinjskim mešalnikom v najnižji prestavi dodamo pripravljeno raztopino karboksimetil celuloze (3,33 g/ 80 ml destilirane vode). Pazljivo uravnavamo pH sistema na 4,5 z 10 % CH3COOH (aq), kar sproži koacervacijo. Poteka ob mešanju emulzije s kuhinjskim mešalnikom in vzdrževanju temperature približno 50 oC, 45 minut.
Slika 18: Koacervacija
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
58
Ohlajanje disperzije
V fazi hlajenja temperaturo postopno znižujemo z ledeno kopeljo 30 minut.
Slika 19: Ohlajanje disperzije
Zamreževanje sten mikrokapsul
Ovojnice nastalih
mikrokapsul
zamrežimo z
dodatkom 30 ml
10 % raztopine
tanina ob
mešanju s
kuhinjskim
mešalnikom pri
temperaturi 10 oC,
15 minut ter pri
sobni temperaturi
še 15 minut.
Slika 20: Zamreževanje z raztopino tanina
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
59
6. Literatura
1. Adam, K.L. (2006). Lavender production, products, markets, and entertainment farms.
Pridobljeno 15. 7. 2014 s http:// Composition of lavenders and lavandins cultivated in
Turkey 679 attra.ncat.org/attra-pub/lavender.html
2. Agricultural Research Service. (2000). Pridobljeno 12. 7. 2014 s http://www.arsgrin.-
gov/duke/
3. Bakkali, F., Averbeck, S., Averbeck, D. in Idaomar, M. (2008). Biological effects of
essential oils a review. Food and Chemical Toxicology, 46(2), 446–475. Pridobljeno
13.7.2014 s http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17996351
4. Balti, R., Jridi, M., Sila, A., Souissi, N., Nedjar-Arroume, N., Guillochorn, D. in Nasri,
M. (2011). Extraction and functional properties of gelatin from the skin of cuttlefish
(Sepia officinalis) using smooth hound crude acid protease-aided process. Food
Hydrocolloids, 25, 943–950.
5. Barrow, C., Nolan, C. in Jin, Y. L. (2007). Stabilization of highly unsaturated fatty
acids and delivery into foods. Lipid Technology, 19, 108–111.
6. Benito-Ruiz, P., Camacho-Zambrano, M. M., Carrillo-Arcentales, J. N., Maestanza-
Peralta, M. A., Vallejo-Flores, C. A., Vargas-López, S. V., Villacis-Tamayo, R. A. in
Zurita-Gavilanes, L. A. (2009). A randomized controlled trial on the efficacy and safety
of a food ingredient, collagen hydrolysate, for improving joint comfort. International
Journal of Food Sciences and Nutrition, 60(S2), 99–113.
7. Bodvik, R., Dedinaite, A., Karlson, L., Bergström, M., Bäverbäck, P., Pedersen, J.,
Edwards, L., Karlsson, G., Varga, I. in Claesson, P. (2008). Agregation and network
formation of aqueous methylcellulose and hydroxypropylmethylcellulose solutions.
Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 354, 162–171.
8. Boh, B. (1986). Mikroenkapsulacija olj s koacervacijo (Magistrska naloga).
Biotehniška fakulteta, Ljubljana.
9. Boruvkova, K. in Wiener, J. (2011). Water absorption in carboxymethyl cellulose.
AUTEX Research Journal, 11(4), 110–113. Pridobljeno 3. 6. 2014 s http://www.autex-
rj.com/cms/zalaczone_pliki/4_0019_11.pdf
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
60
10. Boyer, R. (2005). Temelji biokemije. Ljubljana: Študentska založba.
11. Brodsky, B., Werkmeister, J. A. in Ramshaw, A. M. (2004). Collagens and Gelatins.
Pridobljeno 12. 7. 2014 s http://www.wileyvch.de/books/biopoly/pdf_v08/vol08_07.pdf
12. Burdock, G. A. (1998). Fenaroli’s Handbook of Flavor Ingredients. Florida: CRC
Press.
13. Burjandze, T. V. (2000). New analysis of the phylogenetic change of collagen
thermostability. Biopolymers, 53, 523–528.
14. Cavanagh, H. in Wilkinson, J. M. (2002). Biological activities of lavender essential oil.
Phytotheraphy Research, 16, 301–308. Pridobljeno 3.6.2014 s http://jonnsaroma-
therapy.com/pdf/Cavanagh_Biological_Activities_of_Lavender_Oil_2002.pdf
15. Cheng, H. N. in Biswas, A. (2011). Chemical modification of cotton-based natural
materials: products from carboxymethylation. Carbohydrate Polymers, 84, 1004–
1010. Pridobljeno 3.6. 2014 s http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/-
S0144861710010477
16. Chourpa, I., Ducel, V., Richard, J., Dubois, P. in Boury, F. (2006). Conformational
modifications of a gliadin and globulin proteins upon complex coacervates formation
with gum Arabic as studied by Raman microspectroscopy. Biomacromolecules, 7(9),
2616–2623.
17. Clarke, S. (2008). Essential Chemistry for Aromatherapy. Oxford: Churchill
Livingstone.
18. Clasen, C. in Kulicke, W. M. (2001). Determination of viscoelastic and rheo-optical
material functions of water-soluble cellulose derivatives. Progress in Polymer
Science, 26, 1839–1919. Pridobljeno 3.6.2014 s http://www.sciencedirect.com/-
science/article/pii/S0079670001000247
19. Da Porto, C., Decori, D. in Kikic, I. (2009). Flavour compounds of Lavandula
angustifolia L. to use in food manufacturing: comparison of three different extraction
methods. Food Chemistry, 112, 1072–1078.
20. Damlin, P., Mikkola, J. P. in Salmi, T. (2010). Characterization of hardwood-derived
carboxymethylcellulose by high pH anion chromatography using pulsed amperometric
detection. Cellulose chemistry and tehnology, 44, 65–69. Pridobljeno 3.6.2014 s
http://www.cellulosechemtechnol.ro/pdf/CCT44,1-3%20(2010)/P.65-69.pdf
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
61
21. Deasy, P. B. (2007). Microencapsulation and related drug process. Journal of
Pharmaceutical Sciences, 74(10), 1141.
22. Dickinson, E. in Lopez, G. (2001). Comparison of the emulsifying properties of fish
gelatin and commercial milk proteins. Journal of Food Science, 66, 118–123.
23. Dickinson, E. (2009). Hydrocolloids as emulsifiers and emulsion stabilizers. Food
Hydrocolloids, 23, 1473–1482. Pridobljeno 5.6. 2014 s http://ac.els-
cdn.com/S0268005X08001902/1-s2.0-S0268005X08001902-
main.pdf?_tid=882ac782-3029-11e4-9745-
00000aab0f6c&acdnat=1409391746_36016f076eb2bc8a879520942125de70
24. Dubey, R., Shami, T. C. in Bhasker, R. (2009). Microencapsulation Tehnology and
Applications. Defence Science Journal, 59(1), 82–95.
25. Eterična olja (2008). KemInfo. Pridobljeno s 5.6. 2014 s http://www.kii.ntf.uni-
lj.si/keminfo/
26. Frugier, D. in Audebert, R. (1994). Interaction between oppositely charged low
ionicdensity polyelectrolytes: complex formation or simple mixture? V P.L. Dubin, J.
Bock, R. Davis, D.N. Schulz, C. Thies, Macromolecular Complexes in Chemistry and
Biology (str. 135–149). Berlin Heidelberg: Springer Verlag.
27. Gao, Y. (2003). Effect of Carboxymethyl Cellulose (CMC) on the Physico-Chemical
Properties of Masa/Water Mixtures. (Power Point). Pridobljeno 12. 7. 2014 s
http://fst.osu.edu/vodovotz/downloads/DEFENSE_PRESENTATION_Yani.pdf
28. Ghosh, S. K. (2006). Functional coatings and microencapsulation: a general
perspective. V Swapan Kumar Ghosh, Functional Coatings (str. 1–28). Wiley-VCH
Verlag GmbH & Co. KGaA.
29. Gomez-Guillen, M. C., Gimenez, B., Lopez-Caballero, M. E. in Montero, M. P. (2011).
Functional and bioactive properties of collagen and gelatin from alternative sources: a
review. Food Hydrocolloids, 25(8), 1813–1827.
30. Haas, C. D. (2001). Lavender – The Most Essential Oil. Essendon North, Vic: Pennon
Publishing.
31. Heinze, T. in Koschella, A. (2005). Carboxymethyl ethers of cellulose and starch – a
review. Macromolecular Symposia, 223, 13–39.
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
62
32. Hercules Incorporated. (1999). AQUALON Sodium Carboxymethylcellulose.
Pridobljeno 12. 7. 2014 s http://www.brenntagspecialties.com/en/downloads/Prod-
ucts/Multi_Market_Principals/Aqualon/Aqualon_CMC_Booklet.pdf
33. ISI (2011). Isi web of knowledge. Pridobljeno 3.6.2014 s http://pcs.webofknow-
ledge.com/
34. Karim, A. A. in Bhat, R. (2008). Gelatin alternatives for the food industry: recent
developments, challenges and prospects. Trends in Food Science & Technology, 19,
644–656.
35. Kasankala, M. L., Xue, Y., Weilong, Y., Hong, D. S. in He, Q. (2007). Optimization of
gelatin extraction from grass carp (Catenopharyngodon idella) fish skin by response
surface methodology. Bioresource Tehnology, 98(17), 3338–3343.
36. Kim, N. S. in Lee, D. S. (2002). Comparison of different extraction methods for the
analysis of fragrances from Lavandula species by gas chromatography – mass
spectrometry. Journal of Chromatography A, 982, 31–47. Pridobljeno 9.7.2014 s
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021967302014450
37. Kukovič, M., Knez, E. in Pipal, V. (1998). Mikrokapsule za tekstilno industrijo.
Tekstilec, 41(7–8), 225–230.
38. Lazarini, F. in Brenčič, J. (2004). Splošna in anorganska kemija. Ljubljana: Fakulteta
za kemijo in kemijsko tehnologijo.
39. Leclercq, S., Harlander, K. R. in Reineccius, G. A. (2009). Formation and
characterization of microcapsules by complex coacervation with liquid or solid aroma
cores. Flavour and Fragrance Journal, 24, 17–24.
40. Lis-Balchin, M. in Hart, S. (1999). Studies on the mode of action of the essential oil of
lavender (Lavandula angustifolia P. Miller). Phytother Research, 13, 540–542.
Pridobljeno s 9.7.2014 s http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10479772
41. Lis-Balchin, M. (2002). Lavender: The genus Lavandula. New York: CRC Press.
42. Lobo, L. (2002). Coalescence during emulsification. 3. Effect of gelatin on rupture and
coalescence. Journal of Colloid and Interface Science, 254(1), 165–174.
43. Luque de Castro, M. D., Jimenez-Carmona, M. M. in Fernandez-Perez, V. (1999).
Towards more rational techniques for the isolation of valuable essential oils from
plants. Trends in analytical chemistry, 18(11), 708–716.
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
63
44. Masango, P. (2005). Cleaner production of essential oils by steam distillation. Journal
of Cleaner Production, 13, 833–839. Pridobljeno 9.7.2014 s http://www.science-
direct.com/science/article/pii/S0959652604000654
45. McGimpsey, J.A. in Porter, N.G. (1999). Lavender: A growers guide for commercial
production. New Zealand: Institute for Crop and Food Research Limited.
46. Means, G. E. in Feeney, R. E. (1971). Chemical Modification of Proteins. Holden-Day
Inc.,San Francisco, 35–51.
47. Milanović, J., Petrović, L., Sovilj, V. in Katona, J. (2013). Complex coacervation in
gelatin/sodium caseinate mixtures. Food Hydrocolloids, 37, 196–202. Pridobljeno
27.5. 2014 s http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0268005X13003330
48. Morimura, S., Nagata, H., Uemura, Y., Fahmi, A., Shigematsu, T. in Kida, K. (2002).
Development of an effective process for utilization of collagen from livestock and fish
waste. Journal Process Biochemistry, 37(12), 1403–1412.
49. Park, K. in Yeo, Y. (2007). Microencapsulation technology. V A. Swarbric,
Encyclopedia of Pharmaceutical Technology (str. 2315–2327). New York: Informa-
healthcare.
50. Patil, R. D., Mark, J. E., Apostolov, A., Vassileva, E. in Fakirov, S. (2000).
Crystallization of water in some crosslinked gelatins. European Polymer Journal,
36(5), 1055–1061.
51. Paul, J. P., Brophy, J. J., Goldsack, R. J. in Fontaniella, B. (2004). Analysis of volatile
components of Lavandula canariensis (L.) Mill., a Canary Islands endemic species,
growing in Australia. Biochemical Systematics and Ecology, 32, 55–62.
52. Petrič, A. in Kočevar, M. (2010). Organska kemija: Praktikum. Ljubljana: Fakulteta za
kemijo in kemijsko tehnologijo.
53. Piccaglia, R., Marotti, M., Giovanelli, E., Deans, S. G. in Eaglesham, E. (1993).
Antibacterial and antioxidant properties of Mediterranean aromatic plants. Industrial
Crops and Products, 2(1), 47–50. Pridobljeno 9.7.2014 s http://www.science-
direct.com/science/article/pii/0926669093900107
54. Rao, V. in Pandey, D. (2006). Extraction of essential oil and its applications.
Pridobljeno 10. 7. 2014 s http://ethesis.nitrkl.ac.in/4292/1/Extraction_of_Essential.pdf
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
64
55. Reese, E. T., Siu, R. G. H. in Levinson, H. S. (1950). The Biological Degradation of
Soluble Cellulose Derivatives and its Relationship to the Mechanism of Cellulose
Hydrolysis. Journal of Bacteriology, 59, 485–497. Pridobljeno 12.7.2014 s
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC385789/
56. Ristorcelli, D., Tomi, F. in Casanova, J. (1998). 13C-NMR as a tool for identification
and enantiomeric defferentiation of major terpenes exemplified by the essential oil of
Lavandula stoechas L. ssp. stoechas. Flavour & Fragrance Journal, 13(3), 154–158.
57. Rouatbi, M., Dugenoy, A. in Giampaoli P. (2007). Extraction of the essential oil of
thyme and black pepper by superheated steam. Journal of food engineering, 78,
708–714.
58. Schmitt, C., Sanchez, C., Desobry-Banon, S. in Hardy, J. (1998). Structure and
technofunctional properties of protein-polysaccharide complexes: A review. Critical
Reviews in Food Science and Nutrition, 38, 689–753.
59. Schrieber, R. in Gareis, H. (2007). Gelatin handbook. Theory and industrial practice.
Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.
60. Silva, M. G. d. V., Matos, F. J. d. A., Roberto, P., Lopes, O., Silva, F. O. in Holanda,
M. T. (2004). Composition of essential oils from three ocimum species obtained by
steam and microwave distillation and supercritical CO2 extraction. ARKIVOC, Issue in
Honor of Prof. Otto Gottlieb, 6, 66–71. Pridobljeno 10.7. 2014 s http://www.arkat-
usa.org/get-file/19788/
61. Singh, V. in Ahmed, S. (2014). Carboxymethyl cellulose-gelatin-silica nanohybrid: An
efficient carrier matrix for alpha amylase. International Journal of Biological
Macromolecules, 67, 439–445.
62. Stankovič Elesini, U., Knez, E. in Leskovšek, M. (2004). Vgrajevanje mikrokapsul v
tekstilna vlakna. Tekstilec, 47(5–6), 175–184. Pridobljeno 23.5.2014 s http://www.te-
kstilec.si/wp-content/uploads/2013/01/Vgrajevanje-mikrokapsul-v-tekstilna-vlakna.pdf
63. Svete, J. (1999). Preparativna organska kemija. Pridobljeno 10. 7. 2014 s
http://www.shrani.si/-f/1F/7H/3kjXnjpy/preparativna-organska-ke.pdf
64. Ofori, R. A. (1999). Preparation of gelatin from fish skin by an enzyme aided process.
Pridobljeno 12.7.2014 s http://www.collectionscanada.gc.ca/obj/s4/f2/dsk1/tape2/-
PQDD_0029/MQ64420.pdf
Barbara Kramžar Mikrokapsuliranje eteričnih olj s koacervacijskim postopkom v šolskem laboratoriju
65
65. Učni načrt. Program osnovna šola. Kemija. (2011). Pridobljeno 10. 7. 2014 s
http://www.mss.gov.si/fileadmin/mss.gov.si/pageuploads/podrocje/os/devetletka/pred
meti_obvezni/Kemija_obvezni.pdf
66. Učni načrt. Program osnovna šola. Kemija-izbirni predmeti. (2005). Pridobljeno
10.7.2014 s http://www.mizs.gov.si/fileadmin/mizs.gov.si/pageuploads/podrocje-
/os/devetletka/predmeti_izbirni/Kemija_izbirni.pdf
67. Vaje iz farmacevtske tehnologije 2. (2000). Pridobljeno 10. 7. 2014 s http://www.ffa.-
unilj.si/fileadmin/homedirs/11/Predmeti/Farmacevtska_tehnologija_2/Skripta_FT2.pdf
68. Venkata Naga Jyothi N., Muthu Prasanna, P., Narayan Sakarkar, S., Surya Prabha,
K., Seetha Ramaiah, P. in Srawan, G. Y. (2010). Microencapsulation techniques,
factors influencing encapsulation efficiency. Journal of Microencapsulation, 27(3),
187–197.
69. Vilstrup, P. (2001). Microencapsulation of food ingredients. England: Leatherhead
Publishing.
70. Voda, K. (1998). Izolacija in mikrokapsuliranje evgenola s kompleksno koacervacijo
(Diplomsko delo). Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo, Ljubljana.
71. Vold, R. D. in Vold, M. J. (1983). Colloid and Interface Chemistry. London: Addison-
Wesley.
72. Xing, F., Cheng, G., Yang, B. in Ma, L. (2004). Microencapsulation of Capsaicin by
the Complex Coacervation of Gelatin, Acacia and Tannins. Journal of Applied
Polymer Science, 91, 2669–2675.
73. Zupančič Brouwer, N. in Vrtačnik, M. (1995). Eksperimentalna organska kemija.
Ljubljana: Založba M&N.
74. Zupančič Brouwer, N. in Boh, B. (1996). Metode utrjevanja želatinskih mikrokapsul.
Farmacevtski vestnik, 47(4), 433–447.
75. Zvonar, A. in Gašperlin, M. (2011). Pregled metod izdelave mikrokapsul za
farmacevtsko uporabo. Farmacevtski vestnik, 62 (3), 131–146.