Analysis Of Wintergreen Oil

2007

Khilendra Gurung

of Dolakha

Analysis of Wintergreen Oil Extracted from 

Leaves of Wintergreen in Distillation Units 

[Type the abstract of the document here. The abstract is typically a short summary of the contents of the document. Type the abstract of the document here. The abstract is typically a short summary of the contents of the document.]

Home [Type the company address] [Type the phone number] [Type the fax number]

Analysis of Wintergreen Oil

A Report Submitted To Ecology Agriculture and Rural Development Society  (ECARDS)­Dolakha Charikot, Dolakha

Submitted By Khilendra Gurung June 2007

2

Analysis of Wintergreen Oil

Table of contents

1. Introduction

1

2. Objectives 

2

3. Materials and methods 

2

3.1 Collection and extraction of essential oils

2

3.2 Determination of organoleptic properties

2

3.3 Determination of physico­chemical properties

2

3.3.1 Specific gravity

2

3.3.2 Optical rotation

2

3.3.3 Refractive index

3

3.3.4 Solubility

3

3.3.5 Determination of acids

3

3.3.6 Determination of esters

3

3.3.7 Determination of ester number after acetylation

3

4. Results

4

4.1 Characteristics

4

4.2 Active constituents of Wintergreen oil

4

3

Analysis of Wintergreen Oil

5. Conclusion

5

5.1 Actions 

5

5.2 Uses

5

5.2.1 Aromatherapeutic uses

5

5.2.2 Other uses

5

References

6

Lists of tables Table 1: Specification of Wintergreen oil

4

Table 2: Monoterpene composition of Wintergreen Oil

5

Table 3: Sesquiterpene composition of Wintergreen oil

5

4

Analysis of Wintergreen Oil

Abbreviations and acronyms

C: Centigrade CFUGs: Community Forest User Groups  DMC: Deudhunga Multipurpose Cooperative  GC­MS: Gas Chromatography­Mass Spectra  GEF: Global Environment Facility HPPCL: Herbs Production and Processing Company Limited  M/S: Mild steel m: Meter ml: Millilitre NTFP: Non Timber Forest Products  S/S: Stainless steel  SGP: Small Grant Program UNDP: United Nations Development Program VDC: Village Development Committee

5

Analysis of Wintergreen Oil

1. INTRODUCTION

Dolakha district is rich in plant diversity due to the presence of wide range of  geographical and climatic conditions. Wintergreen plant (Gaultheria fragrantissima Wall.;  family: Ericaceae) locally known as Dhasingre/machhino/patpate is widely distributed in  open places, shrubberies, rocky slopes between 1100­2800m of Dolakha district  (Press et al. 2000). 6

Analysis of Wintergreen Oil

Leaves of wintergreen are aromatic, stimulant and carminative. Juice of the leaves,  mixed with water, is taken for coughs. This juice, about 2 teaspoons, is given as an  anthelmintic. It acts as a vermicide on hookworms. Young leaves are also taken as an  anthelmintic. Oil extracted from the leaf is applied to treat rheumatism and scabies.  Immature fruits are chewed or their paste is given for stomach troubles. Juice of unripe  fruit is taken to treat stomachaches. Ripe fruits are eaten fresh. The fruits are also  distilled locally for alcohol (Manandhar, 2002). The leaves with twigs bear essential oil,  popularly known as Wintergreen oil.

In spite of such privileges, the locals were not able to reap rich rewards from wintergreen  plants. Several problems associated with wintergreen plant were lack of data on the  quantity of herbs available and scientific research on the weather, growing conditions  and life cycle of these herbs. There were no systematic and sustainable practices  regarding the management, conservation and marketing of these herbs. Against the  backdrop of these problems, Deudhunga Multipurpose Cooperative (DMC) came into  existence in 1995 (2051 BS) and by coordinating the Community Forest User Groups  (CFUGs) who depend on Non Timber Forest Products (NTFP) for their livelihoods. 

The cooperative started its activities by obtaining raw materials from the CFUGs and by  distilling Wintergreen oil. The cooperative now runs 4 locally made Mild steel (M/S)  distillation units and 3 newly installed Stainless steel (S/S) distillation units along with  S/S testing units and distills various essential oils like Abies, Anthopogon, Artemisia,  Juniper and Wintergreen oils. M/S distillation units were established with individual cash  contribution and raw material provided by CFUGs. While S/S distillation units were  installed with the assistance from UNDP, GEF/SGP with the increments of share holders  as Community Forest User Groups (CFUGs) and identified pro­poor. The cooperative has established itself as an ideal NTFP based industry, adopting social  inclusive model. 

7

Analysis of Wintergreen Oil

In this respect, it is essential to analyze the chemical constituents of wintergreen oil for  its quality control and quality assurance for its marketing to national and international  markets. 

2. OBJECTIVES 

The objectives of the research are as follows: 1. To analyze the organo­leptic and physico­chemical test of wintergreen oil in  the authorized lab of Nepal 2. To incorporate the results of active constituents analysis of wintergreen oil  performed by other researchers 3. To recommend the quality control mechanism of wintergreen oil  

3. MATERIALS

AND METHODS

3.1. Collection and extraction of essential oils The leaves of wintergreen were collected from different CFUGs of Dolakha district. The  collected leaves were steam distilled to produce wintergreen oils in three distillation units  located at Lakuri Danda VDC, Suspa VDC and Hawa VDC of Dolakha district. About 10  ml sample from three distillation units were collected and mixed in 30 ml bottle. The  sample was taken to the quality control laboratory of Herbs Production and Processing  Company Limited (HPPCL) for the analysis work.

8

Analysis of Wintergreen Oil

3.2. Determination of organoleptic properties Organoleptic properties of wintergreen oil were detected by expert nose and eyes.  Appearance of oil was determined by eyes and aroma by nose.

3.3. Determination of physico­chemical properties The physico­chemical properties of wintergreen oil were determined as according to  Guenther (1972).

3.3.1. Specific gravity Specific gravity bottle (5ml, 10ml or 25ml) was used to determine specific gravity of  wintergreen oil. Dry and clean bottle was filled with oil to be determined and the weight  was taken upto three digits in an electronic balance. The same bottle was cleaned and  the weight of bottle with freshly boiled and cooled distilled water was taken. The weight  of oil contained in the specific gravity bottle divided by the water equivalent gives the  specific gravity of oil at specific temperature.   3.3.2. Optical rotation Polarimeter was used to determine the optical rotation of wintergreen oil. The extent of  optical activity of oil was measured in degrees of rotation. The angle of rotation was  dependent upon the nature of the liquid. In recording rotations the direction by the use of  (+) sign to indicate dextrorotary (rotation to the right i.e. clockwise) or a (­) sign to  indicate levorotatory (rotation to the left i.e. anti clock wise)

9

Analysis of Wintergreen Oil

3.3.3. Refractive index Refractometer was used for this determination. Few drops of  sample was put into funnel  shaped aperture between the prisms of refractometer, closed the prism firmly by  tightening the screw and reading was noted by rotating alidade backward or to forward  until yield of vision was divided into a light and dark portion. Reading was taken as the  refractive index of the sample directly on the scale of the sectors.

3.3.4. Solubility The number of volumes of dilute alcohol required for the complete solubility of one  volume of oil was calculated as the solubility of the given oil.

3.3.5. Determination of acids In determining the acid number dilute alkali was used. The acid number of oil was  calculated as the number of milligrams of Potassium hydroxide required neutralizing the  free acids in 1 gm of oil using Phenolphthalein as an indicator.

Acid number:  28.05 x a/S

Where, a= No. of CC of 0.5N NaOH used to neutralize S= Weight of oil taken in grams

3.3.6. Determination of esters

10

Analysis of Wintergreen Oil

Ester number of oil was calculated as the number of milligrams of Potassium hydroxide  required to saponify the esters present in 1 gram of oil.

Ester number: 28.05 x a/S

Where, a= Number of CC of 0.5 NHCL used in saponification. S= Weight of oil taken in grams.

3.3.7. Determination of ester number after acetylation The ester number after acetylation was determined as the number of milligrams of  Potassium hydroxide required to saponify the ester present in 1 gram of acetylated  sample.

Ester number after acetylation: 28.05 x a/20 S

Where, a= Number of CC of 0.5N HCL used in saponification S=Weight of acetylated oil taken in grams.

4.

RESULTS

11

Analysis of Wintergreen Oil

The organo­leptic and physico­chemical analysis of wintergreen oil from 3 distillation  units of Dolakha revealed the following results as follows:

4.1. Characteristics Table 1: Specification of Wintergreen oil Tests

Results Organo­leptic properties

Appearance

A fluid liquid

Color

Pale yellow or pinkish

Aroma

Strongly aromatic with a sweet woody odor, displaying a peculiar  creamy­fruity top note and a sweet­woody dryout Physico­chemical properties

Specific gravity

1.1735 to 1. 1 855 at 25o C.

Optical rotation

[­] 0.3 o to [­] 10.5 o at 25o C

Refractive index

1.537 to 1.5405 at 25o C

Acid number

10 to 25

Ester number

335 to 365

Ester number after  acetylation Solubility

88.8 to 98% (calculated as Methyl salicylate) Soluble in 2.0 to 3.5 volumes of 80% alcohol

4.2. Active constituents of Wintergreen oil Juliani et al. (2004) conducted Gas Chromatography­Mass Spectroscopy (GC­MS) of  wintergreen oil distilled in Lakuri danda VDC of Dolakha. The results of the analysis  revealed that the wintergreen oil was dominated by methyl salicylate (97%) with minor  and traces amounts of monoterpenes (alpha­pinene, myrcene, delta­3­carene, and  limonene) and sesquiterpenes (delta­cadinene, 3, 7 Guaiadiene). 

12

Analysis of Wintergreen Oil

Similarly, Baruah and Bhagat (1976) conducted active constituent analysis of Indian  wintergreen oil and found the major constituent as methyl salicylate (99.6%). 

Whereas, Clark (1999) reported that wintergreen oil from other related species  (Gaultheria procumbens) were also dominated by methyl salicylate and is the  commercial source of this component. 

The table below shows the details of the composition of wintergreen oil distilled in Lakuri  danda VDC, Dolakha.

Table 2: Monoterpene composition of Wintergreen Oil SN

Components

%

1

alpha­pinene

0.4

2

Myrcene

0.2

3

delta­3­Carene

0.9

4

Limonene

0.5

5

Methyl salicylate

97.4

Total monoterpene

99.4

Table 3: Sesquiterpene composition of Wintergreen oil

13

Analysis of Wintergreen Oil

SN

Composition

%

1

3, 7 Guaiadiene

0.1

2

delta­Cadinene

0.3

Total sesquiterpene

0.4

Source: Juliani et al. (2004)

5.

CONCLUSION

The composition of oil of Gaultheria fragrantissima was similar to the oil of G.  procumbens, but the Nepalese sample can be an alternative source of the flavoring  agent methyl salicylate. The study showed that Nepali wintergreen oil showed a great chemical diversity thus  providing new aroma profiles. The chemical diversity found in Nepali wintergreen oil can  be used to open new market opportunities, due to their novel and unique properties.  However, the development of grades and standards as well as quality assurance and  quality control system are key strategies for further development of the oil quality.

5.1. Actions  Analgesic, anti­inflammatory, anti­rheumatic, antitussive, astringent, carminative,  diuretic, emmenagogue, galactogogue, stimulant.

5.2. Uses 5.2.1. Aromatherapeutic uses Beneficial for muscle and joint discomfort, arthritis, cellulite, obesity, edema, poor  circulation, headache , stimulates liver, heart disease, coronarities crisis and  preventative, hypertension, rheumatism, tendentious, cramps, anti­inflammatory, high in 

14

Analysis of Wintergreen Oil

cortisone­like functions, eczema, hair care, psoriasis, gout, ulcers, broken or bruised  bones.  5.2.2.Other uses 1. Used in some perfumery applications especially in forest type fragrances.  2. Used as a flavoring agent for toothpaste, chewing gum and soft drinks.

References  Baruah, A.K.S. and Bhagat, S.D. 1976. Oil of Indian Wintergreen. Indian Journal of   Pharmacy. 38(2): 56­57.  Clark, G. 1999. An Aroma­chemical Profile. Methyl salicylate, or Oil of Wintergreen.  Perfumer and Flavorist. 24(1): 5­11.  Guenther E. 1972. The Essential Oils: History­Origin in Plants Production­Analysis.  Volume 1. Robert E. Krieger Publishing Company, Huntington, New York.  Juliani R, Moharram H, Wang M and Simon J. 2004. Chemical diversity of Nepalese  Essential oils. In: New Use Agriculture and Natural Plant Products Program, Cook  College, Rutgers University, USA.  Lawless J. 1995.Complete Essential Oils: A Guide to the Use of Oils in   Aromatherapy and Herbalism. Element Books Limited.  Manandhar N P. 2002. Plants and People of Nepal. Timber Press, Portland, Oregon  USA.  Press, J R, K K Shrestha and D A Sutton. 2000. Annotated Checklist of the   Flowering Plants of Nepal. The Natural History Museum, London.

15