Dissertation

Chemisches Laboratorium Dr. Hermann Ulex Nachf.

Dissertation

Chemische Zusammensetzung des ätherischen Öls von

Eriocephalus tenuifolius DC.

(Cape Chamomile Oil)

Ein Vergleich von Handelsölen

mit Ölen aus Wildpflanzen und Stecklingskulturen

Dissertation

zur Erlangung des naturwissenschaftlichen Doktorgrades
des Fachbereiches Chemie der
Universität Hamburg

vorgelegt von

Hanco-Gisbert Mierendorff
aus Hamburg

Hamburg 2006

Zusammenfassung

Ziel der Arbeit war eine umfassende chemische Aufklärung des ätherischen Öls von Eriocephalus tenuifolius DC. (Asteraceae), die Handelsöle und Öle von Wildpflanzen einschließen sollte.

Zunächst wurden fünf Handelsöle des einzigen Produzenten (Grassroute Natural Products, Gouda, Kap-Provinz, Südafrika) mittels Gaschromatographie (GC) und Massenspektroskopie (GC-MS-Kopplung) untersucht und verglichen. Insgesamt wurden 194 Komponenten identifiziert und weitere acht Substanzen anhand ihrer Massenspektren bestimmten Stoffgruppen zugeordnet. Damit konnten 95,7% bis 97,1% dieses Öls aufgeklärt werden. Mit über 50 Komponenten stellt die Gruppe der aliphatischen Ester die zahlenmäßig am stärksten vertretene Stoffklasse dar. 2-Methylbutyl-2-methylpropanoat (19,9 bis 23,0%), 2-Methylpropyl-2-methylpropanoat (5,3 bis 12,4%) und 2-Methylbutyl-2-methylbutanoat (3,4 bis 5,6%) sind die dominierenden Ester. Unter den terpenoiden Verbindungen findet man hauptsächlich Linalylacetat (2,6 bis 5,7%) und ?-Pinen (0,8 bis 2,3%). In der höher siedenden Fraktion (sauerstoffhaltige Sesquiterpene) wurden die Artedouglasiaoxide A-D, einige Davanone und Laciniatafuranone detektiert.

Da die Pflanzen, aus denen auf dieser Farm das Handelsöl gewonnen wurde, über viele Jahre nur durch Stecklinge vegetativ vermehrt wurden, waren die Komponentenmuster der fünf Öle aus den Jahren 2001-2003 sehr ähnlich. Um das chemische Potential von E. tenuifolius in Bezug auf ihr ätherisches Öl kennen zu lernen, wurden im weiteren Verlauf mehrere Öle aus Wildpflanzen analysiert, in der Hoffnung auf bessere sensorische Eigenschaften und die Möglichkeit, das Handelsöl sensorisch „aufzuwerten“. Dazu wurden 20 Wildpflanzen von E. tenuifolius in den Drakensbergen in Südafrika (nördlich von Lesotho, Provinz Freestate) an sechs verschiedenen Fundorten gesammelt, auf die Farm verbracht und dort jeweils geteilt. Der eine Teil wurde sofort im Labormaßstab destilliert und das gewonnene Öl gaschromatographisch und mittels GC-MS analysiert. Aus dem größeren verbleibenden Teil der Pflanzen wurden Stecklinge genommen, diese weitere drei Jahre kultiviert und durch Stecklingsnahme vermehrt. Das ätherische Öl dieser neuen Stecklingskulturen wurde, sofern erfolgreich kultiviert, analysiert, um die Veränderungen durch die Kultivierung zu verfolgen.

Zunächst wurden die Öle der Wildpflanzen mit dem Handelsöl verglichen. Die Inhaltsstoffe waren im Großen und Ganzen übereinstimmend, die Gehalte unterlagen jedoch deutlichen Abweichungen von den Handelsölen. Einige Komponenten des Handelsöls wurden in den Wildpflanzen nicht wiedergefunden (z.B. Linalylacetat), jedoch wurden auch neue Substanzen detektiert, sogar in beachtlichen Konzentrationen, wie z.B. Pogostol. Wegen der geringen Ölmengen bei den Wildpflanzen konnten einige wenige der neuen Komponenten nicht identifiziert werden.

Nach drei Jahren Strecklingsvermehrung auf der Farm stand von 11 Pflanzen genügend Pflanzenmaterial für eine Ernte zur Verfügung. Es wurde auf die gleiche Weise destilliert wie das Material für die Handelsöle. Diese „Stecklingsöle“ wurden dann mit denen der Wildpflanzen und dem Handelsöl verglichen. Der Vergleich zeigte, dass sich die ätherischen Öle während der Kultur verändert hatten, vermutlich durch Einfluss von Boden und Klima. Auffallend war, dass die Unterschiede zwischen den Ölmustern der Stecklinge und denen der Handelsöle geringer waren als die Unterschiede zwischen den Mustern von Stecklingsölen und Wildpflanzen. Zu erkennen war dies vor allem an den aliphatischen Estern und den Monoterpenen. In der Tendenz bewirkt die Stecklingsvermehrung offensichtlich eine Veränderung des Öls, die möglicherweise bei der Qualität des Handelsöls endet. Eine Konsequenz aus dieser Beobachtung ist, dass durch Stecklingsnahme von Wildpflanzen offenbar keine dauerhafte neue sensorische Qualität des Öls zu erreichen ist, sofern diese Pflanzen unter den selben Boden- und Klimabedingungen wie die Handelsöl-Stecklingskulturen kultiviert werden.

Mit dieser Arbeit wurde ein Beitrag zur Aufklärung der chemischen Zusammensetzung und der immer wichtiger werdenden Qualitätssicherung eines an Bedeutung gewinnenden Handelsöls geleistet, unter besonderer Berücksichtigung einer praxisorientierten Fragestellung.

Summary

Chemical composition of the essential oil from Eriocephalus tenuifolius DC. (Cape Chamomile Oil)

A comparison of commercial oils with oils from wild plants and transplant cultures

The aim of the dissertation was an extensive chemical elucidation of Cape chamomile oil, the essential oil from Eriocephalus tenuifolius DC. (Asteraceae) including commercial oils and oils from wild plants.

First five commercial oils delivered by the only producer of Cape chamomile oil (Grassroute Natural Products, a farm factory in Gouda, Cape Province, Republic of South Africa), were analysed and compared by means of gas chromatography (GLC) and mass spectrometry (GLC-MS). In total 95.5 to 97.1% of the commercial oils could be elucidated. With more than 50 components the aliphatic esters represented the numerically largest group, 2-methylbutyl 2-methylpropanoate (19.9 to 23.0%), 2-methylpropyl 2-methylpropanoate (5.3 to 12.4%) and 2-methylbutyl 2-methylbutanoate (3.4 to 5.6%) being the most dominant esters. Among the terpenoids mainly linalyl acetate (2.6 to 5,7%) and ?-pinene (0.8 bis 2.3%) were found. Within the higher boiling fraction (oxygenated sesquiterpenes) the artedouglasia oxides A-D, several davanones und laciniata furanones were detected.

Since the plants, from which the commercial oils were won on the farm had always been propagated using cuttings of the same plants, the component patterns of the five oils of the years 2001 to 2003 were quite similar. In order to find the complete chemical potential of E. tenuifolius concerning its essential oil, oils from several wild plants were analysed. The idea was to find better sensory properties and in that way to improve the quality of the commercial Cape chamomile oil. Therefore 20 different samples of wild E. tenuifolius were collected at six different locations in the Drakensberge in South Africa (north of Lesotho, province Freestate). They were sent to the farm and there divided into two portions. One portion of the plants was immediately distilled, and the essentail oils analysed by means of GLC and GLC-MS. From the other portion cuttings were made which were transplanted and propagated over three years in order to follow the change in the essential oil composition during cultivation.

At first the oils of the original wild plants were compared with the commercial oils. A rather good correspondence of the components could be found. However, the quantitative proportions differed considerably. On the one hand a few components of the commercial oils could not be detected in the oils of the wild plants (e.g. linalyl acetate). On the other hand some new compounds could be found, even in considerable aconcentrations (e.g. pogostol). Since only small amounts of the oils from the wild plants were available, a few of these new compounds unfortunately remained unknown.

After propagation and cultivation of the transplants over three years 11 samples had produced enough plant material for further investigations. The transplant cultures were harvested and distilled in the same manner as the plant material for the production of the commercial oils. The oils of the transplant cultures were then compared with the oils from their original wild plants and with the commercial oils of the years 2001-2003. It could be observed that the essential oils were changing during cultivation presumably caused by influences of soil and climate. It was striking that the differences between the oil patterns of the transplant cultures and of the commercial oils were considerably smaller than the differences between the oil patterns of the transplant cultures and of their original wild plants, the aliphatic esters and the monoterpenes being the most important criteria for that observation. Obviously cultivation of transplants causes a chemical change of the original oil which might end with the quality of the commercial oil. That means that transplantation of wild plants and cultivation do not lead to a lasting new sensoric quality of the Cape chamomile oil, at least not if these plants are cultivated under the same conditions of soil and climate as were the transplant cultures of the commercial oils.

With this dissertation a contribution to the chemical elucidation and to the quality assurance of an increasingly important commercial oil was made with special regard to a practically oriented question.