מבוא
צמחים ארומטיים, או “צמחי תבלין ובושם”, מכילים חומרים נדיפים אשר מקנים להם את הארומה הייחודית שלהם. תערובת החומרים הנדיפים בצמח מכונה גם “שמן אתרי”. הפקת השמן האתרי מן הצמח יכולה להתבצע בשיטות שונות, כאשר השיטה הנפוצה ביותר היא זיקוק בקיטור (אדי מים). שימוש בשמן אתרי קיים כבר מקדמת דנא, ולאורך ההיסטוריה תהליך ההפקה התפתח והשתפר. כיום מפיקים שמן אתרי איכותי בדרך כלל באמצעות זיקוק בקיטור. היקף הסחר בשמנים אתריים בעולם מוערך בכ- 7 מיליארד דולר בשנה. השמנים האתריים משמשים בעיקר להקניית טעם וריח בתעשיות הבשמים, התמרוקים והמזון.
בשנים האחרונות חלה עלייה מתמדת בשימוש בשמנים אתריים ברפואה המשלימה, בעיקר בענף הארומתרפיה, בהתבסס על הפעילות הביולוגית והרפואית המיוחסת להם. בתעשייה מקובל מאוד להשתמש במקטעים של השמן האתרי, שמתקבלים על ידי עיבוד נוסף, בתהליך הנקרא “זיקוק מקטעים” (בדומה לנפט גולמי). ואילו בארומתרפיה נהוג להשתמש בשמן הגולמי בלבד.
בשל האיכות הייחודית והכמויות הקטנות יחסית הנמכרות לצרכן, מחירי השמנים האתריים בשוק הארומתרפיה גבוהים בהשוואה לאלה הנמכרים למפעלי תעשייה. בארה”ב מצוי השוק הגדול ביותר של שמנים אתריים המיועדים לארומתרפיה והוא מוערך שם בכחצי מיליארד דולר בשנה.
בעבר נערך בישראל פיתוח והחל גידול להפקת שמנים אתריים ליצוא. המיזם התבסס על מערכת ה”מפעלים האזוריים”, במסגרתם הוקמו מפעלי חלוץ, גודלו אלפי דונמים ויוצאו שמנים אתריים לחו”ל. הענף גווע בעיקר בשל התנאים הכלכליים שנוצרו בסוף שנות השמונים, כאשר המפעלים האזוריים נקלעו לקשיים וחובות. בינתיים עברו עשרים שנה ויש לבחון מחדש את היתכנות הענף, לאור התנאים החדשים שנוצרו בארץ ובעולם. לשם כך, יזמנו הקמת משקים חקלאיים בארץ, בהם מגדלים צמחים ארומטיים ומפיקים שמנים אתריים, תוך המשך המחקר והליווי המקצועי של היחידה לצמחי תבלין ובושם בנווה יער.
הפקת שמן אתרי
שמן אתרי מפיקים בשיטות ותהליכים שונים:
סחיטה
בתהליך זה מתקבלים הנוזלים מן הצמח, כולל המים. סחיטה משמשת בעיקר להפקת שמן מקליפות הדרים ומתבצעת גם במפעלים בישראל. השמן מופרד מהמים בעזרת צנטריפוגה.
מיצוי בעזרת ממס
מיצוי צמחים באתנול (כהל) מוכר ברפואת הצמחים בשם “טינקטורה”. בתעשייה נפוץ השימוש בממסים אורגניים נדיפים שונים, שאותם מנדפים לאחר תהליך המיצוי, כך שהתמצית (“אולאורזין”) נקייה מן הממס. בתהליך זה, בנוסף לשמן האתרי, מתקבלים גם חומרים נוספים, בלתי נדיפים – שגם הם הומסו על ידי הממס, ועשויים להקנות לתמצית תכונות נוספות כמו צבע וטעם.
זיקוק
זהו התהליך הנפוץ להפקת שמנים אתריים. הוא פשוט למדי, אינו מצריך ציוד “היי-טק” ולכן קיימים מתקני זיקוק רבים בארצות מתפתחות, בצד שדות הגידול. בשיטה זו מתקבל שמן אתרי נקי, דהיינו תערובת חומרים נדיפים בלבד. בתהליך ההפקה מנדפים את החומרים לפאזה הגאזית, ועל ידי קירור מחזירים אותם לפאזה הנוזלית בכלי אחר. קיימים שני סוגי זיקוק עיקריים: זיקוק במים וזיקוק באדים (קיטור).
זיקוק במים: מרתיחים את הצמחים במים. האדים מכילים גם את החומרים הנדיפים. קירור האדים מניב מים מזוקקים ואת מרכיבי השמן האתרי. מתקן מעבדתי קטן, שיכול להיות גם ביתי, מתואר באיור 1.
זיקוק באדים (קיטור): מזרימים אדי מים, שבאים במגע עם הצמחים וסופחים עמם את מרכיבי השמן האתרי. שמן אתרי שהופק בקיטור נחשב “איכותי” יותר מזה שהופק בהרתחה.
מתקן תעשייתי לזיקוק שמן אתרי חייב להכיל את המרכיבים הבאים: (א) מכל המכיל את החומר הצמחי (ב) מערכת קירור לעיבוי האדים (ג) מערכת להפרדת השמן האתרי מן המים. השמן האתרי בדרך כלל קל מעט מן המים ומסיסותו נמוכה מאוד, על כן לאחר העיבוי הוא צף על המים. מתקן ההפרדה בנוי כך, שהמים בפאזה התחתונה של הכלי יוצאים החוצה במערכת של כלים שלובים, והשמן נשאר בפאזה העליונה בגובה קבוע.
משך ההפקה משתנה בהתאם לתנאים כגון קצב זרימת הקיטור וגודל המיכל, וכן בהתאם לסוג הצמח. לרוב הוא נמשך לא יותר משעתיים.
הפקת שמן אתרי בזיקוק היא פשוטה וניתנת לביצוע במתקנים בגדלים שונים. בתעשייה משתמשים במתקני ענק המיועדים לשרת אלפי דונמים, חלקם עם מגוון שכלולים וואריציות של העיקרון המתואר לעיל. לעומת זאת, משק חקלאי בודד המייצר שמנים אתריים ייחודיים בקנה מידה קטן, יכול להסתפק במתקנים קטנים יותר.
זיקוק שמן אתרי במעבדה (להפקת כמויות קטנות ולבדיקת כמות השמן האתרי בצמחים) נעשה בדרך- כלל במתקן פשוט, המכונה בשם ממציאו: “מערכת קלוונג’ר”. הצמחים מוכנסים בגולת זכוכית(2) ביחד עם כמות מים ומורתחים באמצעות פלטת חימום(1). האדים (המכילים גם את השמן האתרי) עולים עד המעבה(4), שם הם מצטננים, הופכים לנוזל (מים) ומצטברים בתחתית העמודה, כאשר השמן האתרי צף למעלה. בעזרת מעבר(3) מתחתית העמודה, עודפי המים חוזרים לגולת הזכוכית, והשמן האתרי נלכד מעל המים, הנותרים בגובה קבוע (חוק “כלים שלובים”). בסוף התהליך, ניתן לרוקן את השמן האתרי לבקבוק בעזרת ברז הריקון(5). משך הזיקוק תלוי בסוג הצמח, ובד”כ נמשך לא יותר משעתיים.
יתרונות יחסיים לגידול להפקת שמן אתרי בישראל
במקומות רבים בעולם מגדלים צמחים ארומטיים לשם ייצור שמנים אתריים, וברובם עלויות הייצור זולות יותר מאשר בארץ, בשל העלויות הגבוהות יחסית בישראל של מים, אנרגיה ועבודה.
בתנאים של גלובליזציה ופתיחת הגוש המזרחי, לכאורה אין מקום לייצור שמנים אתריים בישראל. עם זאת, בשנים האחרונות חלו שינויים גם בשווקים ובהרגלי הצריכה של שמנים אתריים בעולם. עלתה קרנם של חומרי טבע יחסית למוצרים סינתטיים, נוצרה פתיחות למוצרים חדשים והתפתח שוק עצום של שימושים ברפואה המשלימה. שינויים אלה עשויים להשפיע על היתכנות הענף בישראל.
ייצור שמנים אתריים בישראל עשוי להתקיים בתחומים בהם יהיה יתרון יחסי על הייצור בחו”ל. דוגמאות:
יתרון יחסי באיכות
יכולת לייצר שמן אתרי בעל איכות ייחודית, הנובעת מהרכב מסוים הנדרש בשווקים ספציפיים. הכוונה בעיקר למרכיבי איכות אותם ניתן לקבל באמצעות ידע, על ידי שימוש בזני טיפוח מקומיים ו/או בשיטות גידול נכונות. לדוגמה: תכולה גבוהה של מרכיב רצוי בשמן. לאחרונה פותחו תוספים טבעיים חדשים למזון בעלי חיים, המתבססים בעיקר על שמן אתרי של אורגנו, שהחומר הפעיל העיקרי שבו הוא קרבקרול. תוספים אלה משפרים את גידול בעלי החיים ומקטינים באופן משמעותי את התחלואה ואת הצורך בתרופות. השימוש בהם הולך ומתרחב, וכך גם הצריכה של שמן אורגנו. בתעשייה כזו נדרשת אספקה סדירה ואיכות קבועה של חומרי הגלם. תכולה של 50%-60% קרבקרול בשמן אורגנו נחשבת גבוהה, אך בזנים שטופחו בנווה יער ניתן להגיע לתכולה של 80% ומעלה. בנוסף, קיימים חומרי טבע שהפקתם מצמחים עדיין משתלמת יותר מסינתזה כימית שלהם. לכן הכיוון הוא טיפוח ושימוש בזנים עתירים בחומרים האלה.
כיווּן נוסף הוא פיתוח זנים שאינם מכילים חומרים אופייניים לשמן של צמח מסוים, ואשר בד”כ נחשבים כמזיקים. דוגמאות: פיתוח של מרווה רפואית ללא תויון, זוטה לבנה ללא פולגון, בזיל ללא מתיל אאוגנול.
גורמי איכות נוספים הם: גידול אורגני, עמידה בתקנים בינלאומיים, פעילות ביולוגית מוכחת וכד’.
יתרון יחסי בעלויות
קבלת יבולים גבוהים במיוחד או צמצום עלויות על-ידי:
- שיפור משמעותי בשיטות הגידול
- שימוש בזן טיפוח ייחודי
- שימוש במשאבים זולים כגון מים ו/או קרקע שוליים, הפקת שמן מעודפי גידול אחר וכד’.
דוגמה לכך היא ייצור שמן אתרי של מליסה רפואית. זהו שמן יקר (מחירו מעל 1000$ לק”ג), הנמצא בכמויות מזעריות בעלים. בדיווחים מחו”ל, היבול המתקבל הוא כ-300 סמ”ק לדונם בלבד. לאחר פיתוח אגרוטכניקה מתאימה ושימוש בזני איכות, הגענו בניסוי בחלקה בהיקף מסחרי ליבול של 1 ק”ג לדונם, ולפי התוצאות אין לנו ספק שניתן עוד להגדילו באופן משמעותי.
יתרון יחסי: צמחים אנדמיים
טיפוח והפקת שמנים אתריים מצמחים אנדמיים (הגדלים רק באזורנו), והחדרתם לשוק כבעלי סגולות ייחודיות לשימושים שונים. דוגמה קלאסית לכך הוא שמן עץ התה (Tea tree). זהו מין אנדמי באוסטרליה, שם השכילו להראות את פעילותו הביולוגית ולהחדירו לשוקי העולם בהיקף נרחב. ברור שמדובר כאן בתהליך לא פשוט: לפתח שוק יש מאין ולהוציא אישורים לצמחים לא מוכרים. עם זאת, ברור שהצלחה בכך מעניקה יתרון יחסי משמעותי. דוגמאות למינים אנדמיים בישראל, בעלי פוטנציאל, שתורבתו וטופחו בנוה יער: אזובית המדבר, אכילאה ריחנית, זוטה לבנה, מרווה משולשת, אזוב מצוי, לענת המדבר, צתרה ורודה, לענת יהודה, לענת המדבר, לענה שיחנית ועוד. רוב הצמחים האלה משמשים שנים רבות ברפואה העממית בארץ.
יתרון שיווקי
בשווקים מסוימים, בהם יש יתרון לגידול בישראל, לקרבה לשוק או לבקרה על מקום הגידול ואופן וההפקה. לדוגמה: שוק הארומתרפיה. בארץ זהו שוק גדול, שכיום מתבסס בעיקר על יבוא. שמן אתרי מיובא הוא יקר, במיוחד אם לא נרכש ממקור ראשון. בארומתרפיה משתמשים במנות קטנות, וככל שמחלקים כמות גדולה למנות קטנות בשרשרת השיווק, מחירן עולה. לפיכך, שמן אתרי המיוצר בישראל עשוי לדלג על גורמים בשרשרת הזו ולהימכר במחיר זול יותר בהשוואה למחיר המוצר המיובא.
בארומתרפיה, יש חשיבות רבה לגורמי איכות נוספים העשויים להקנות יתרון יחסי:
- אותנטיות: ביטחון באשר למקור השמן ולטוהרו (ללא תוספות ו/או זיופים).
- גידול בסביבה נקייה וללא חומרי הדברה, רצוי גידול אורגני. לעתים מוזכר גם גידול בסביבה בעלת “אנרגיות חיוביות”.
- יש המייחסים חשיבות לגידול באזור המחיה של המשתמש. לפי גישה זו, צרכנים ישראלים יפיקו יתרון מצריכת שמנים שמקורם בצמחים שגודלו בישראל.
משקי בוטיק ושילוב עם תיירות
לאחרונה מתפתח בארץ מודל “חקלאות תיירותית” ((Agro-tourism, שבה ענפי חקלאות פותחים את שעריהם לציבור הרחב ומהווים גם מוקד משיכה לתיירות באזור. כך מתפתחים גם “בוטיקים” – יקבים קטנים, מחלבות, בתי בד, מפעלי תבלינים וכד’, המתבססים על ייצור איכותי בהיקף קטן ומפעילים מרכז מבקרים, הדרכות וסיורים, שיווק עצמי וכיו”ב. גישה זו משתלבת גם עם שוק הארומתרפיה, שכן ניתן לראות את התהליך ולרכוש את השמן האותנטי ישר ממתקן ההפקה, ואולי אפילו כשירות של הפקת שמן מצמחי הלקוח.
סיכום
בדרך כלל, למגדל הישראלי אין יתרון יחסי בגידול צמחים לייצור שמנים אתריים ליצוא לשוק העולמי. עם זאת, ללא ספק, בגידולים ייחודיים יש לנו יתרון, בעיקר בידע או במשאבי טבע. במגמה של חיפוש תחליפים טבעיים לחומרים סינתטיים, נוצרים מדי יום מוצרים חדשים המתבססים על שמנים אתריים כחומרי גלם. בתעשייה הזו נדרשת אספקה סדירה ובקרת איכות. לנו בישראל יש אקלים אידיאלי, ידע רב בגידול וזנים איכותיים עתירי שמן אתרי. הכמיהה למוצרים חדשים בעלי פעילות ביולוגית, מאפשרת הכנסת מינים אנדמיים כמקור חדש לשמנים אתריים. כך גם ההתפתחות העצומה של שוק הרפואה המשלימה בארץ ובעולם. השוק המקומי של ענף הארומתרפיה לבדו מייבא כיום שמנים אתריים במיליוני שקלים. בשוק הזה יש יתרון לשמן אתרי איכותי תוצרת הארץ.
מכאן, שקיימות שתי אפשרויות מקבילות לפיתוח הענף:
- פיתוח מתקנים תעשייתיים גדולים לייצור (ויצוא) של שמנים אתריים איכותיים, שבהם יש לנו יתרון יחסי.
- שימוש במתקנים קטנים או בינוניים, לייצור שמנים אתריים ייחודיים בקנה מידה קטן, למטרות הבאות:
- מענה לביקושים בארומתרפיה.
- ייצור מוצרים סופיים של קוסמטיקה טבעית.
- פיתוח חקלאות תיירותית.
גורמים המשפיעים על תכולת השמן האתרי בצמח ועל איכותו
תכולת השמן האתרי בצמח שונה ממין למין ומושפעת במידה רבה גם מהזן, תנאי הגידול, עונת השנה, השלב ההתפתחותי של הצמח במועד הקציר ועוד.
תפוקת השמן האתרי תלויה בראש ובראשונה בתכולתו בצמח, אך גם ביעילות תהליך ההפקה. לדוגמה, המתקן המעבדתי המתואר באיור מס. 1, יעיל יותר ממתקן תעשייתי לזיקוק בקיטור. בנוסף, לכל מתקן ומין יש תנאי הפקה אופטימליים, כגון קצב וטמפרטורת הקיטור, הטמפרטורה ומהירות הזרימה של מי העיבוי, משך התהליך וכד’.
תכולת השמן האתרי בצמח מבוטאת באחוז המשקלי שלו ביחס לכמות הצמח שממנו הופק. (דוגמאות: מליסה – פחות מ- 0.1%; אורגנו – 0.8% ויותר, וכו’).
גורם בעל השפעה רבה: עונת הקציר של הצמח. לדוגמה, צמחי זוטה לבנה שנקצרו בעונות שונות הכילו כמויות משתנות של שמן אתרי: מ- 0.2% (בחורף) עד מעל 1.2% (בחודש יוני). ר’ טבלה B.
תכולת השמן האתרי בצמח משתנה, וכך גם איכותו. שמן אתרי הוא תערובת של מרכיבים רבים, ואיכותו נקבעת ע”י הימצאותם של מרכיבים מסוימים והכמות היחסית של כל אחד מהם. ר’ טבלה A.
הגורמים המשפיעים על תכולת השמן האתרי והרכבו, מיוחסים לתנאי הסביבה ולמצב ההתפתחותי והמורפולוגי של הצמח.
תנאים סביבתיים שנמצאו משמעותיים: טמפרטורה, אורך היום, עוצמת האור, סוג הקרקע, רמת הדישון וההשקיה.
מצב הצמח: נמצאה השפעה לשלב הפריחה, גיל העלים והיחס בין חלקי הצמח.
תנאי הסביבה יכולים להשפיע באופן ישיר על תהליכי הביוסינתזה של הצמח, או באופן עקיף על-ידי השפעה על הפריחה, המורפולוגיה וגיל העלים. לדוגמה: במנתה ובאזוב מצוי עולה תכולת השמן האתרי ככל שהפריחה מתקדמת יותר, בעיקר משום שתכולת השמן האתרי גבוהה מאוד בעלי הגביע (בפרחים). מאחר שהפריחה מתקיימת רק ביום ארוך זוהי השפעה עקיפה. עם זאת, בניסויים שנערכו במטרה לברר סוגיה זו, נמצא שאורך היום משפיע ישירות ומשמעותית על תכולת השמן האתרי בעלים של צמחים אלו.
גיל העלים הוא גורם נוסף, שמשפיע בצורה קיצונית במינים רבים שנבדקו. נמצא שבעלים צעירים, (העליונים), תכולת השמן האתרי גבוהה יותר מזו שבעלים המבוגרים (התחתונים). מאידך, גם הרכב השמן האתרי נמצא שונה, ובמקרים רבים השמן האתרי שבעלים המבוגרים הוא רצוי יותר. לכן, יש משמעות רבה לגובה הקציר ולגיל העלים בצמח הנקצר.
המסקנות המתבקשות מהאמור לעיל הן:
בעזרת אופטימיזציה של תנאי הגידול, ניתן להגדיל את היבול ולהשפיע בצורה קיצונית על הרכב השמן האתרי – בעיקר בעזרת הבאת הצמח במצב ההתפתחותי הרצוי לעונת השנה המתאימה. לעתים, קבלת הרכב רצוי מחייבת פגיעה ביבול. לדוגמה: נמצא ששמן אתרי איכותי יותר בפלרגוניום ריחני מתקבל לאחר הצמאה, שגורמת לירידה ביבול.
תנאי הגידול וההפקה קובעים את איכות השמן האתרי – מאותו המין ואפילו מאותו השדה ניתן לקבל איכויות שונות. בקניית מוצר מומלץ לבחון את תכולת החומרים הפעילים והרכבם.
גידול בישראל יכול להיות בעל יתרון יחסי, אם יתבסס על ידע ומחקר שיניב יבולים גבוהים בעלי הרכב רצוי ואמין.
מקרא: משולש מלא – תכולת כלל השמן האתרי
ריבוע ריק – (+)-pulegone
עיגול מלא – isomenthol
מתוך:
Dudai, N., E. Lewinsohn, O. Larkov, U. Ravid, and E. Putievsky (2001) Developmental control of monoterpene content and composition in Micromeria fruticosa (L.) Druce. Annals of Botany 88:349-354.
