Биологично активните вещества, които се съдържат в лечебните, ароматните и вкусовите растения, са с вторичен произход. По своята химична природа те са алкалоиди, сапонини, витамини, багрила, слузести вещества, дъбилни вещества, восъци и смоли, етерични масла и др.
Алкалоидите се срещат предимно във висшите растения. Свързани са с растежните процеси и се синтезират в младите тъкани. Синтезът им в растенията е генетично кодирано и се контролира от група гени, като качественият състав и динамиката на синтез на отделните съставки са устойчиви и факторите на околната среда ги модифицират в тесни граници.Това са сложни органични азотсъдържащи, а някои и кислородсъдържащи съединения с основен характер. Обикновено те са твърди, кристални или аморфни, горчиви, без миризма, безцветни или рядко оцветени. Разтварят се в спирт, етер, хлороформ, дихлоретан, вода и други разтворители. В растенията, алкалоидите са свързани във вид на соли с органични киселини.
Алкалоидите се отлагат във всички растителни органи – листа, плодове, корени и други. Синтезата им е специфична за висшите цветни растения. Установено е, че във видовете на 111 семейства се съдържат (синтезират) повече от 800 алкалоида. В низшите растения, гъбите и лишеите се срещат много рядко (мораво рогче, мухоморка, някои отровни гъби), а във водораслите и бактериите не се срещат.
В световната литература са регистрирани над 4800 алкалоида.
Сродните видове растения често съдържат и сродни по химичен състав алкалоиди. Има обаче случаи, когато един алкалоид – ефедрин, кофеин, атропин и други, се среща в повече, често ботанически отдалечени видове.
Разпределението на алкалоидите в различните части на растителния организъм е различно.
Съдържанието на алкалоиди като алкалоидна смес и поотделно се изменя в процеса на нарастването и развитието на растенията. Максималната алкалоидна концентрация в надземните органи на беладоната, татула, жълтия мак, блатното кокиче, зимзелена, и други, се достига във фазата плододаване, а в корените и коренищата на беладоната, валерианата и други – в края на вегетацията. Когато алкалоидите се натрупват в надземните органи, измененията са сравнително малки. Ако обаче се синтезират в корените, а се натрупват в надземната част, измененията са изключително големи. Такъв е случаят със синтезата на атропин в беладоната и на скопуламин в татула.
Измененията в съдържанието на алкалоиди са още по-големи през денонощието. Обикновено в надземните органи максимумите достигат в обедните часове, когато транспирацията на растенията е най-интензивна.
Върху концентрацията на алкалоидите в растенията влияят силно географското положение и факторите на външната среда. Най-много видове, с най-високо съдържание на алкалоиди се срещат в топлите тропически райони с влажен климат. Счита се, че алкалоидите с различен строеж са приспособени към определени географски ширини. Най-разпространени в умерената зона са пиридиновите и изохинолинови алкалоиди. Алкалоидната синтеза се благоприятства от ултравиолетовите, инфрачервените и преките слънчеви лъчи, от високата температура, сухото и топло слънчево време. Всеки вид обаче има свое оптимално съчетание на комплекса метеорологични фактори.
Алкалоидните растения се използват в здравеопазването, непосредствено за настойки, отвари и за получаване на комплексни и индивидуални лекарствени препарати. Те имат свойството да действуват избирателно не само на системи и органи, но и на отделни групи клетки, което определя и широкия им спектър на използване.
Алкалоидите от органите на растенията се извличат чрез екстрахиране по два начина – във вид на соли и във вид на бази. Екстракцията във вид на соли се извършва с вода или спирт и прибавка на киселини – солна, оцетна, винена, лимонена и др. Процесът протича както при всички течни екстракции. При извличане във вид на бази за разтворители се използуват бензол или етер с прибавка на основи – най-често калциев окис.
Получените соли и бази се утаяват с различни утаители. Отделните алкалоиди в тях са с различен цвят, по което се разпознават. Количественото определяне на алкалоидите като смес и диференцирането им се извършват чрез газова хроматография.
Гликозидите са съединения , в състава на които влизат захари (най-често глюкоза), свързани с различни незахарни съединения (киселини, дъбилни вещества, багрила, етерични масла, алкохоли, феноли и др.). Под въздействието на киселини или ферменти гликозидите се разпадат на съответните захари и незахарни компоненти – агликони. Според характера на агликона гликозидите биват фенолни, флавонови, оксинитрилни, тиоглюкозиди, сапонинови гликозиди, карденолиди и горчиви вещества.
Поради различния химичен характер на агликона гликозидите нямат общо физиологично действие и обща характеристика. Често в едно и също растение се срещат по няколко гликозида с противоположно действие.
Сапонините са гликозиди, които нямат азот в състава си. При разклащане водните им разтвори образуват обилна пяна. Те биват стероидни и тритерпенови.
Стероидните сапонини са характерни за растенията от семейства лилиеви, амарилиеви, диоскорейни и живеничеви. Натрупват се обикновено в корените и достигат висока концентрация.
Тритерпеновите сапонини са много широко разпространени в растителния свят – във видовете на 150 рода от 30 семейства. Най-много се срещат в растенията от семейства карамфилови, агликови, аралиеви, бобови. Съдържат се в големи количества в гипсофилата до 32%, глицеризата 8-24%, чувена 4%, синюхата 11%. Играят роля на запасни вещества и подобряват пропускливостта на клетките. Някои от тях се използуват в пожарогасенето, хранително-вкусовата промишленост, строителството, флотацията на рудата и др.
Сапонините се използват в медицината като отхрачващо средство, при заболяване на дихателните пътища. Действат седативно, укрепващо и стимулиращо. Тонизират сърдечно-съдовата система и действат против атеросклерозата и при раковите заболявания.
Витамини. Те са нискомолекулни органични вещества от първичния синтез на растенията. Синтезират се в листата и се натрупват в отделните органи на растенията. По химична природа и физиологично действие те са различни, но са обединени от острата им потребност, макар и в минимални количества, за живота на растенията, човека и животните.
Витамините не са източник на енергия, но влияят каталитично върху различни биохимични процеси. Влизат в състава на ферментите или пък са междинни звена при окислителните процеси. Имат способността да увеличават устойчивостта на организма към инфекции, предотвратяват излишното отлагане на холестерин в кръвта и физиологичното уморяване.
Недостигът на витамини нарушава обмяната на веществата, намалява работоспособността, увеличава умората, влошава състоянието на нервната система. Прекомерно високите дози също са вредни – предизвикват хипервитаминози. Липсата води до хиповитаминози и авитаминози. В зависимост от разтворимостта им, витамините се делят на две групи – мастно разтворими и водоразтворими.
Към мастно разтворимите се отнасят витамините A, D, E, K, F, а към водоразтворимите – В комплекс, С, Р и др.
Дъбилни вещества. Те са безазотни ароматни съединения, фенолни производни. Имат характерен стипчив вкус, а някои от тях каквито са катехинините – Р – витаминна активност. Съдържат се в по-малки или по-големи количества в почти всички растения. Отлагат се главно в кората на дървесината на дървесните и храстовидните растения, а също и в подземните части на тревистите растения. Най-богати на дъбилни вещества са дъбовите шикалки, кората на дъба, брезата и калината, листата на смрадликата, боровинките и ревена, надземната част на кантариона и вратигата, корените на ревена, киселеца и др.
Дъбилните вещества се използват като затягащо и бактерицидно средство при възпаление на устата и глътката, при алвеоларна пиорея, изгаряния и кръвотечения. Освен това тези вещества се прилагат срещу отравяния с алкалоиди и тежки метали. При допир с въздуха дъбилните вещества се окисляват от особени ферменти и преминават в неразтворими в хладка вода, оцветени тъмнокафяво или червено-кафяво полимери.
Флавоноидите представляват фенолни съединения с два ароматни пръстена. Към тях се отнасят катехини, лейкоантоциани, антоцианиди, флавоконите, флавонолите , халконите и ауроните. Натрупват се във всички органи и най.често под формата на гликозиди. Във венчелистчетата се натрупват обикновено антоциани, обуславящи оцветяване в червено, розово, лилаво, синьо. При оцветяване в жълто вземат участие ауроните и халконите, макар да участват най-често каротиноидите. Основната окраска на плодовете се обуславя обикновено от антоцианите, а на листата от флавоните. В семената флавоноидите се намират в свободно и свързано състояние. Предполага се, че играят роля на инхибитори на прорастването. В последните години медицината проявява голям интерес към флавоноидите. Общопризнато е, че те имат голям спектър на фармакологично действие- сърдечно, жлъчкогонно, естерогенно и противораково. Богати на катехини са руския чай, на антоциани – метличината и грицветната теменуга, на флавони и фланоли – плодовете на цитрусовите, цветовете на глога, смила, на флавони и халкони – глицеризата, на изовлавоноиди – корените на гръмотръна.
Кумарини и фурокумарини. Съдържат се в растенията от сем. Сенникоцветни, Бобови и др., където се намират в свободна или гликозидна форма. Най-често те се срещат в корените, кората и плодовете на растенията (етеричномаслените вместилища при сенникоцветните). Съставът и количеството им се изменят, както през вегетацията, така и през денонощието.
Ролята на кумарините и фурокумарините все още не е изяснена. Те са инхибитори на растенията, защитни средства срещу някои заболявания и ултравиолетовине лъчи. Отровни са за рибите, овцете, кучета и коне, а наркотици – за земния червей и зайците. Имат седативно и хипнотично действие за мишките. Имат бактериостатично, антигъбно и противораково действие.
Богати на кумарин са звезданът, конският кестен, изсипливчето.
Антибиотици. Образуват се при обмяната на веществата в някои микроорганизми, растения и животни. Имат способност до подтискат растежа и размножаването или да убиват определени видове микроорганизми, чрез нарушаване обмяната на веществата им. Известни са вече няколко стотици антибиотици, някои от които се прилагат широко в медицината, като стрептомицин, пеницилин, биомицин и др. Притежавайки силно лечебно действие, те често оказват неблагоприятно въздействие върху болния. Антибиотиците се явяват фактори на естестнвения имунитет.
Фитонциди. Открити са през 1928 г. Смятат се за растителни отрови. Фитонцидна активност показват лукът, чесънът, босилекът, евкалиптът, жълтия и червения кантарион, вратигата, равнецът, лютичето, салвията, теменугата.
Пектинови вещества. Те са въглеводородни полимери с молекулно тегло до 200 000, важна съставна част на клетъчната обвивка на растителната клетка. Формират се при узряването на плодовете, в които под влияние на различни ферменти протопектиновите вещества преминават в пектин. Характерни са за цвеклото, ябълката, шипката, лимони, ягоди, боровинки, медицинска ружа, участват в сумарния лечебен ефект.
Смоли. Растителни вещества със сложен химичен състав, близък до ЕМ. Неразтворими във вода , разтварят се в органични разтворители. Не загниват, не се развалят, лесно се запалват, имат приятен аромат и фитоцидни свойства. В растенията се намират в основни вместилища. В медицината се използват като пластири, настойки, ранозаздравяващи и дезинфекциращи средства. Срещат се в хвойната, ревена, кантариона, алое, брезата и др.
Слузни вещества. Безазатни съединения, по химичен състав близки до пектина и целулозата. Използват се като защитни средства при заболяване на дихателните пътища и харносмилателната система – бронхити, астми, гастрити и язви. Те спомагат за по-продължително действие на други лечебни вещества. Най-богати на слузести вещества са лененото семе, грудките на салепа, лайката, медицинската ружа, цветовете на липата.
Восъци. Восъците са естери на висшите мастни киселини с висши едновалентни алкохоли. Съдържат свободни мастни киселини, алкохоли и висши въглеводороди. В растенията играят защитна роля и се отлагат обикновено по повърхността на стъблата, листата и плодовете. В медицината се използват за пластири , помади, лечебни масажи и др.
Органични киселини. Обикновено са мастни и ароматни карбонови и оксикарбонови киселини. В растенията се срещат най-често в ябълчната, янтарната, фумаровата, глутаровата, маллоновата, винената, лимоновата, бензоената и др. киселини. Растителните сокове, богати на органични киселини се използват в медицината против високи температури ,а също като витаминно и диетично средство.
Етеричните масла са летливи вещества със силен аромат и масловидна консистенция. Срещат се в свободно състояние и под формата на гликозиди. Имат сложен състав. Компонентите им се отнасят към различни групи органични съединения – предимно терпенови и сескивитерпенови въглеводороди с различна наситеност. По-леснолетливите етерични масла са с по-силен аромат, който е 6 типа – цветов, плодов, подправен, смолист, прегорял и гнилостен.
Етеричните масла са междинни продукти от въглехидратния обмен в растенията. Съществуват различни обяснения за ролята, която изпълняват етеричните масла в синтезиращите ги растения и в третираните с тях растения. Първото научно обяснение било, че етеричните масла са краен продукт от обмяната на веществата в растенията и са ненужни за тях. Друго твърдение е, че етеричните масла са енергиен източник за растенията, особено по време на цъфтежа и плододаването.
Етеричното масло се образува в ендоплазмения ретикулум обикновено с активното участие на пластицидите – иглолистни, мента, цитрусови и по-рядко и на апарата на Голджи – тополи. Маслото остава по изключение в цитоплазмата и в клетъчния сок. Оттам се пренася до вакуолите и извън клетката по каналчета и мехурчета. Отначало се натрупва под обвивката на клетката, а след това се излива във вместилища. По местоположението вместилищата се разделят на две групи: външни или екзогенни – простите жлезисти власинки, жлезистите люспи, сложните власинки и жлезистите петна; вътрешни или ендогенни – екскреторните клетки, шизогенните вместилища, лизогенните вместилища и смесените шизолизигенни вместилища. Етеричните масла не се пренасят по проводяща система.При екзогенните вместилища, маслото често разкъсва кутикулата и се излива в околната среда. Разкъсаната кутикула се слепва и процесът се повтаря – напълване, разкъсване, изливане. Установено е, че при този процес в атмосферата се губи много повече масло, отколкото ние успяваме да съберем. При лавандулата за 24 часа по време на цъфтежа се изпаряват 1,5kg/dka масло, а при ментата – 1,25 kg/dka. Те съпътствуват екзотермични процеси, при които наред с формирането им се отделят кислород и енергия, необходими на растенията, които ги синтезират.
Динамиката на натрупване на етеричните масла зависи ат нарастването на органите, които ги синтезират. Етеричните масла, добити от отделните органи на едно и също растение, са различни. В процеса на нарастване компонентиге променят участието си, поради което съставът и качеството на етеричните масла през вегетацията са също различни. Поради това типизацията на етеричните масла изисква да се добиват от определени органи на растенията, прибрани в съответната фаза, когато концентрацията и качеството им са най-високи. При многогодишните растения съдържанието и качеството на етеричните масла се повишават с възрастта , достигат своя максимум през 4-тата и 5-тата година, след което постепенно се понижават.
Природните и производствените условия също влияят върху динамиката на натрупване на етеричните масла. Интензивността и продължителността на светлината, свързани с топлината и влагата, изменят съотношението на процесите натрупване и изпаряване. Ежедневното съчетаване на тези фактори и прибирането имат решаващо значение. От производствените условия благоприятно е влиянието на мероприятията, които допринасят за засилване на растежните процеси и въглехидратната синтеза.
Ароматът на етеричните масла самостоятелно и в състава на парфюмите въздейства физиологично върху организма и психофизиологично върху емоциите и постъпките на хората. Ароматът на подправките, възприети чрез вкусовия апарат като дразнител на нервната система, също имат ценно физиологично действие.
Всички етерични масла са със силно изразени бактерицидни свойства. Поради това освен в парфюмерийно-козметичната и хранително-вкусовата промишленост те се използват и в химико-фармацевтичната промишленост за лекарства и с болко- и нервно успокояващо действие, като карденолиди и др.
В зависимост от качеството на етеричните масла в растенията, извличането им от суровините става по различен начин: Извличане по механичен начин. Извличане чрез дестилация с водна пара. Извличане с разтворители. Извличане чрез мазнини и други вещества. Извличане чрез ензимна хидролиза.
Дестилацията е основана на способността на горещата водна пара, преминала през суровината, да изнася етеричното масло, което е лесно летливо. Водните пари и етеричното масло след охлаждане и кондензация под формата на дестилат се разделят в приемник на два слоя с различна плътност. Дестилацията има няколко варианта – водна, водно-парна, парна и вакуумна. Всеки от тях може с успех да се използва в зависимост от особеностите на етеричните масла. Отделните ароматни съставки имат различни точки на кипене в границите 150 – 350о С. При дестилация температурата достига 100О С, и не настъпват промени в качеството на етеричното масло. Такива суровини могат да се дестилират и чрез водна дестилация.
Когато етеричните масла имат ароматни съставки с точка на топене под 100о С, се дестилират при намалено налягане и сравнително ниска температура на завиране чрез т.нар. вакуумна дестилация.
При водно-парната дестилация суровината чрез решетки се поставя над водния пласт и от парата се извлича етеричното масло. Когато парата се вкарва отвън, се осъществява парна дестилация.
Инсталациите, които се използва за дестилация, могат да бъдат периодично действащи и непрекъснато действащи. И двете системи са подходящи за преработка на основните ароматни култури – мента, лавандула, салвия и др. Екстракция. Извличането на съставки от сложна твърда или течна смес чрез селективен разтворител се нарича екстракция. Този начин има голямо значение за добиване на естествени ароматни продукти и по значимост се нарежда плътно до дестилацията. Използва се в случаи, когато: суровините съдържат ниски концентрации ароматни вещества; ароматните вещества са термолабилни и се променят при температура 100о С; веществата са нелетливи или слаболетливи с водна пара.Извличане чрез разтворители е основано на способността на етеричните масла да се разтварят лесно в някои вещества , които са летливи – бензин, етер и др. , и нелетливи – животински или растителни мазнини. Когато се използват летливи разтворители, процесът се нарича екстракция, а когато се използват нелетливи – мацерация. Продуктът от екстракцията се нарича конкрет, от мацерацията – екстракт. Чистото етерично масло, отделено от другите съставки в конкретите и екстрактите чрез разтваряне в спирт при ниска температура, се нарича абсолю.
Екстракцията се провежда при по-ниска температура и получените продукти се доближават до естествения аромат на суровината.
Извличане чрез поглъщатели (анфльораж) се основава на способността на някои етеричномаслени суровини да образуват и изпаряват продължително време масло и на способността на някои вещества да поглъщат етерично масло от въздуха. Като поглъщатели се използуват растителни и животински мазнини, активният въглен и др. Разновидност на анфльоража е динамичната обсорбция. Етеричните масла, получени чрез анфльораж, превъзхождат всички останали по качество и финес.
Извличане по механичен начин се прилага при суровини, съдържащи голямо количество етерично масло, каквито са плодовете на цитрусовите растения. Суровината се надробява и се пресува в барабанни или шнекови преси. Полученото етерично масло с клетъчен сок се филтрира, утаява се продължително време при ниска температура и след това се центрофугира. Етеричното масло се отделя от емулсията и се предава за употреба.
Този начин се практикува в САЩ, Индия и Африка, а получените етерични масла са много фини и имат високи парфюмериини оценки.
Извличане чрез ензимна хидролиза. Прилага се при суровини, в които етеричното масло е в свързано състояние. Например в синапите етеричното масло е свързано и представлява недействуващият гликозид синалбин. Маслото се освобождава от синалбина чрез хидролиза с ензима мирозин, който се активира в присъствието на вода.