Оценка влияния обработки низкотемпературной плазмой розмарина на эффективность процесса экстракции и качество получаемого эфирного масла

Введение: Эффективность получения эфирных масел из растительного сырья определяется полнотой выделения, скоростью процесса и сохранением характерного компонентного профиля целевого продукта. Для эфиромасличного сырья, в котором летучие компоненты локализованы в секреторных структурах и внутренних вместилищах растительной ткани, важное значение имеет предварительная подготовка капиллярно-пористой структуры. Одним из перспективных способов такой подготовки является обработка сырья низкотемпературной плазмой.

Цель: Оценить влияние предварительной обработки розмарина низкотемпературной плазмой на эффективность получения эфирного масла методами гидродистилляции и паровой дистилляции, с анализом изменений микроструктуры сырья, кинетики выделения эфирного масла и его компонентным составом.

Материалы и методы: Обработку розмарина проводили в режиме низкотемпературной плазмы атмосферного давления при токах разряда до 20 мА, напряжении на электроде до 15 кВ. Проведён сравнительный анализ выделения эфирного масла из контрольных и предварительно обработанных низкотемпературной плазмой образцов розмарина методами гидродистилляции и паровой дистилляции. По динамике накопления эфирного масла оценивали кинетические характеристики процесса, включая прирост выхода, расчётный предельный выход, относительное сокращение времени достижения заданного уровня выделения и эффективный коэффициент диффузии. Компонентный состав эфирных масел определяли методом газовой хроматографии с масс-спектрометрическим детектированием. Для оценки структурных изменений сырья проводили микроструктурный анализ поверхности и поперечного среза листьев розмарина методом сканирующей электронной микроскопии.

Результаты: Установлено, что предварительная обработка розмарина низкотемпературной плазмой интенсифицирует процесс получения эфирного масла. При гидродистилляции конечный выход эфирного масла после обработки увеличивался на 6,25 %, а время достижения уровня, соответствующего конечному выходу контрольного образца, сокращалось на 35,0 %. При паровой дистилляции прирост конечного выхода составил 9,09 %, а сокращение времени достижения контрольного уровня выделения – 51,2 %. Микроструктурный анализ показал, что после обработки низкотемпературной плазмой в тканях листа формируются локальные микрократеры и каналы, которые облегчают массоперенос летучих компонентов. При гидродистилляции выявлено увеличение эффективного коэффициента диффузии с 4,32·10⁻¹³ до 6,37·10⁻¹³ м²/с, то есть примерно на 47,4 %, за счет снижения диффузионного сопротивления растительной матрицы после обработки. Хроматографический анализ эфирного масла розмарина показал, что при гидродистилляции после обработки увеличивалась доля 1,8-цинеола и камфоры, снижалось содержание β-мирцена и происходило перераспределение минорных компонентов, тогда как при паровой дистилляции базовый терпеновый профиль эфирного масла сохранялся, а изменения затрагивали преимущественно минорную фракцию.

Выводы: Предварительная обработка розмарина низкотемпературной плазмой является эффективным способом подготовки эфиромасличного сырья перед гидродистилляцией и паровой дистилляцией. Интенсифицирующий эффект связан с изменением микроструктуры растительной ткани и перехода формы связи эфирного масла из связанного в свободную. Для гидродистилляции показан рост эффективного коэффициента диффузии и увеличение выхода масла, тогда как для паровой дистилляции основной эффект выражается в более быстром достижении контрольного уровня выделения и повышении расчётного предельного выхода при сохранении характерного компонентного профиля эфирного масла. Рекомендовано проводить обработку низкотемпературной плазмой на стадии предварительной подготовки эфирномасличного сырья розмарина перед экстракцией для последующей глубокой переработки.

1. Belopukhov, S. L., Khlypenko, L. A., Feskov, S. A., Shevchuk, O. M., Dmitriev, L. B., & Dmitrieva, V. L. (2017). Accumulation dynamics and component composition of the essential oil of Rosmarinus officinalis L. growing on the Crimea Southern Coast. Bulletin of the Timiryazev Agricultural Academy, (6), 129–140. (In Russ.) https://doi.org/10.26897/0021-342X-2017-6-129-140

2. Ermachenkov, R. E., Markov, A. L., Agaev, M. M., Burtseva, E. V., & Terninko, I. I. (2024). Study of component features of essential oils of Rosmarinus officinalis and Salvia sclarea of Crimean origin. Drug Development & Registration, 13(4), 161–179. (In Russ.) https://doi.org/10.33380/2305-2066-2024-13-4-1832

3. Ermachenkov, R. E., Markov, A. L., Agaev, M. M., Aliev, A. M., Povydysh, M. N., & Terninko, I. I. (2025). Study of seasonal variations in the component composition of essential oil of rosemary of Dagestan origin. Drug Development & Registration, 14(3), 124–136. (In Russ.) https://doi.org/10.33380/2305-2066-2025-14-3-2122

4. Oberuchenko, A. V. (2024). Economic performance indicators of essential oil and drug production in Russia. Modern Economy Success, (6), 305–310. (In Russ.) https://doi.org/10.58224/2500-3747-2024-6-305-310

5. Sosnin, M. D., Berestenko, E. N., & Shorstkiy, I. A. (2023). The effect of low-current spark discharge treatment on the dielectric and electrical properties of plant raw materials. Don Agrarian Science Bulletin, 16(2(62)), 56–65. (In Russ.) https://doi.org/10.55618/20756704_2023_16_2_56–65

6. Tohsyrova, Z. M., Popova, O. I., & Nikitina, A. S. (2016). Study of antimicrobial action of essential oil from stems of Rosmarinus officinalis L. (Lamiaceae). Pharmacy & Pharmacology, 4(1(14)), 66–71. (In Russ.) https://doi.org/10.19163/2307-9266-2016-4-1(14)-66-71

7. Khudyakov, D. A., Sherstyukov, A. G., & Shorstkiy, I. A. (2025). Application of low-temperature plasma treatment to increase the extraction depth and quality of bay laurel essential oil. In Scientific and Innovative Potential for the Development of Production, Processing and Application of Essential Oil and Medicinal Plants in the Eurasian Economic Union: Proceedings of the VII International Scientific and Practical Conference (pp. 120–125). (In Russ.)

8. Sherstyukov, A. G., Shorstkiy, I. A., & Khudyakov, D. A. (2025). Comparative characterisation of lavender essential oil distillation methods using low-current spark discharge pretreatment. Storage and Processing of Farm Products, 33(3). (In Russ.) https://doi.org/10.36107/spfp.2025.3.665

9. Ait Amer Meziane, I., Maizi, N., Abatzoglou, N., & Benyoussef, E.-H. (2020). Modelling and optimization of energy consumption in essential oil extraction processes. Food and Bioproducts Processing, 119, 373–389. https://doi.org/10.1016/j.fbp.2019.11.018

10. Ait-Ouazzou, A., Cherrat, L., Espina, L., Lorán, S., Rota, C., & Pagán, R. (2011). The antimicrobial activity of hydrophobic essential oil constituents acting alone or in combined processes of food preservation. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 12(3), 320–329. https://doi.org/10.1016/j.ifset.2011.04.004

11. Atanasov, D., Semerdzhieva, A., & Tasheva, S. (2025). Kinetic parameters for the distillation process in obtaining essential oil from fennel fruits. BIO Web of Conferences, 205, 01015. https://doi.org/10.1051/bioconf/202520501015

12. Bakkali, F., Averbeck, S., Averbeck, D., & Idaomar, M. (2008). Biological effects of essential oils – A review. Food and Chemical Toxicology, 46(2), 446–475. https://doi.org/10.1016/j.fct.2007.09.106

13. Baptista, A., Menicucci, F., Brunetti, C., dos Santos Nascimento, L. B., Pasquini, D., Alderotti, F., Detti, C., Ferrini, F., & Gori, A. (2024). Unlocking the hidden potential of rosemary (Salvia rosmarinus Spenn.): New insights into phenolics, terpenes, and antioxidants of Mediterranean cultivars. Plants, 13(23), 3395. https://doi.org/10.3390/plants13233395

14. Barbieri, C., & Borsotto, P. (2018). Essential oils: Market and legislation. In H. El-Shemy (Ed.), Potential of Essential Oils (pp. 107–127). IntechOpen. https://doi.org/10.5772/intechopen.77725

15. Baser, K. H., & Bonello, J. M. (2025). Global trade of essential oils. Journal of Essential Oil Research, 37(2), 208–214. https://doi.org/10.1080/10412905.2025.2470791

16. Cadena-Cadena, F., Arias-Moscoso, J. L., Argentel-Martínez, L., Torres Velazquez, J. R., Cuevas-Acuña, D. A., Buitimea Cantua, N. E., & Concha-Frías, B. (2025). Effect of ultrasonic pretreatment on the extraction process of essential oils from grapefruit (Citrus paradisi) by-products. BioTech, 14(3), 59. https://doi.org/10.3390/biotech14030059

17. Chen, H., Gu, Z., Yang, L., Yang, R., Ji, Y., Zeng, Q., Xiao, F., & Huang, P. (2021). Optimization extraction of rosemary essential oils using hydrodistillation with extraction kinetics analysis. Food Science & Nutrition, 9(11), 6069–6077. https://doi.org/10.1002/fsn3.2549

18. Chetia, M. P., Ashraf, G. J., Sahu, R., Nandi, G., Karunakaran, G., Paul, P., & Dua, T. K. (2025). Rosemary (Rosmarinus officinalis L.) essential oil: A review of extraction technologies, and biological activities. Next Research, 2(3), 100545. https://doi.org/10.1016/j.nexres.2025.100545

19. Ebadi, M. T., Abbasi, S., Harouni, A., & Sefidkon, F. (2019). Effect of cold plasma on essential oil content and composition of lemon verbena. Food Science & Nutrition, 7(4), 1166–1171. https://doi.org/10.1002/fsn3.876

20. Heydari, M., Carbone, K., Gervasi, F., Parandi, E., Rouhi, M., Rostami, O., Abedi-Firoozjah, R., Kolahdouz-Nasiri, A., Garavand, F., & Mohammadi, R. (2023). Cold plasma-assisted extraction of phytochemicals: A review. Foods, 12(17), 3181. https://doi.org/10.3390/foods12173181

21. Kırkıncı, S., Gercek, Y. C., Baştürk, F. N., Yıldırım, N., Gıdık, B., & Bayram, N. E. (2024). Evaluation of lavender essential oils and by-products using microwave hydrodistillation and conventional hydrodistillation. Scientific Reports, 14, 20922. https://doi.org/10.1038/s41598-024-71115-w

22. Kodama, S., Thawatchaipracha, B., & Sekiguchi, H. (2014). Enhancement of essential oil extraction for steam distillation by DBD surface treatment. Plasma Processes and Polymers, 11(2), 126–132. https://doi.org/10.1002/ppap.201300047

23. Li, Y., Huang, L., Xu, Y., Cheng, B., & Zhao, M. (2024). Optimization of enzyme-assisted extraction of rosemary essential oil using response surface methodology and its antioxidant activity by activating Nrf2 signaling pathway. Molecules, 29(14), 3382. https://doi.org/10.3390/molecules29143382

24. Mebrate, S. B., Alemu, A. F., Tegegne, A. M., Tadesse, M. G., & Bezabuh, G. K. (2026). Hydrodistillation, comparative analysis and optimization of essential oils from Thymus schimperi R, Thymus serrulatus R, and Ocimum lamiifolium Hochst ex Benth. Scientific Reports, 16, 9426. https://doi.org/10.1038/s41598-026-40286-z

25. Milojević, S., Radosavljević, D. B., Pavićević, V., Pejanović, S., & Veljković, V. B. (2013). Modeling the kinetics of essential oil hydrodistillation from plant materials. Hemijska industrija, 67(5), 843–859. https://doi.org/10.2298/HEMIND121026009M

26. Molina, R., López-Santos, C., Balestrasse, K., Gómez-Ramírez, A., & Sauló, J. (2024). Enhancing essential oil extraction from Lavandin Grosso flowers via plasma treatment. International Journal of Molecular Sciences, 25(4), 2383. https://doi.org/10.3390/ijms25042383

27. Penić, M., Grassino, A. N., Aladić, K., Jokić, S., Jerković, I., & Dent, M. (2026). Effects of enzymatic pretreatment on yield and volatile composition of citrus peel essential oils. Molecules, 31(4), 657. https://doi.org/10.3390/molecules31040657

28. Pipatpaiboon, N., Parametthanuwat, T., Bhuwakietkumjohn, N., Ding, Y., Li, Y., & Sichamnan, S. (2025). Improving the efficiency of essential oil distillation via recurrent water and steam distillation: Application of a 500-L prototype distillation machine and different raw material packing grids. AgriEngineering, 7(6), 175. https://doi.org/10.3390/agriengineering7060175

29. Planonth, S., Chantarasiri, A., Maitip, J., Wongkattiya, N., Noyraksa, S., Luangkamin, S., Tanruean, K., & Suttiarporn, P. (2025). Green NADES-based pretreatment combined with microwave-assisted hydrodistillation for enhanced fennel essential oil production. Molecules, 30(18), 3734. https://doi.org/10.3390/molecules30183734

30. Pogorzelska-Nowicka, E., Hanula, M., & Pogorzelski, G. (2024). Extraction of polyphenols and essential oils from herbs with green extraction methods – An insightful review. Food Chemistry, 460, 140456. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2024.140456

31. Radivojac, A., Bera, O., Zeković, Z., Teslić, N., Mrkonjić, Ž., Bursać Kovačević, D., Putnik, P., & Pavlić, B. (2021). Extraction of peppermint essential oils and lipophilic compounds: Assessment of process kinetics and environmental impacts with multiple techniques. Molecules, 26(10), 2879. https://doi.org/10.3390/molecules26102879

32. Randeniya, L. K., & de Groot, G. J. J. B. (2015). Non-thermal plasma treatment of agricultural seeds for stimulation of germination, removal of surface contamination and other benefits: A review. Plasma Processes and Polymers, 12(7), 608–623. https://doi.org/10.1002/ppap.201500042

33. Rathore, V., & Nema, S. K. (2025). Methodology on plasma-activated water-assisted extraction and plasma bubbling-assisted hydrodistillation. In P. P. Srivastav & S. K. Srivastava (Eds.), Essential Oil Extraction from Food By-Products (pp. 123–132). Springer US. https://doi.org/10.1007/978-1-0716-4634-2_8

34. Rezaei, S., Ebadi, M. T., Ghobadian, B., & Ghomi, H. (2021). Optimization of DBD-plasma assisted hydro-distillation for essential oil extraction of fennel (Foeniculum vulgare Mill.) seed and spearmint (Mentha spicata L.) leaf. Journal of Applied Research on Medicinal and Aromatic Plants, 24, 100300. https://doi.org/10.1016/j.jarmap.2021.100300

35. Silou, T., Bassiloua, J. B., & Kama-Niamayoua, R. (2021). Kinetic modeling of essential oil extraction by hydrodistillation of Xylopia aethiopica (Dunal) A. Rich fruits from Congo-Brazzaville. European Journal of Biology and Biotechnology, 2(3), 105–110. https://doi.org/10.24018/ejbio.2021.2.3.120

36. Spiro, M., & Chen, S. S. (1994). Kinetics of solvent extraction of essential oil from rosemary leaves. Flavour and Fragrance Journal, 9(4), 187–200. https://doi.org/10.1002/ffj.2730090408

37. Szumny, A., Figiel, A., Gutiérrez-Ortíz, A., & Carbonell-Barrachina, Á. A. (2010). Composition of rosemary essential oil (Rosmarinus officinalis) as affected by drying method. Journal of Food Engineering, 97(2), 253–260. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2009.10.019

38. Tegoundio, D. D., Nguikwie, S. K., & Boum, A. T. (2025). Modeling and optimization of turmerone concentrations from fermented turmeric waste essential oil via ANN and statistical techniques. Industrial Crops and Products, 236, 121899. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2025.121899

39. Xi, J., Wang, Y., Zhou, X., Wei, S., & Zhang, D. (2024). Cold plasma pretreatment technology for enhancing the extraction of bioactive ingredients from plant materials: A review. Industrial Crops and Products, 209, 117963. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2023.117963

40. Xia, N., Wang, J., Jia, Y., Duan, J., Wang, X., Li, J., Zhou, P., Xie, Y., Shi, H., Zhao, C., Zou, J., Guo, D., Shi, Y., Li, H., Wu, Z., Yang, M., Chang, X., Sun, J., & Zhang, X. (2025). Optimization of the process of extracting essential oil of rosemary by hydrodistillation with different auxiliary methods. LWT, 215, 117266. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2024.117266

41. Yazıcı, Ö., & Sevgili, L. M. (2024). Obtaining cumin (Cuminum Cymminum) essential oils by steam distillation. Part I: Investigation of operation parameters on essential oil yield and distribution of oil composition. Journal of Chemical Technology & Biotechnology, 99(2), 481–498. https://doi.org/10.1002/jctb.7550