Изменчивость липидного комплекса древесной зелени пихты и ели и возможность ее совместной переработки

Литература

1. Бабьева, И.П. Биология дрожжей / И.П. Бабьева, И.Ю. Чернов. - М., 2004. - 221 с.

2. Вишнякова, З.В. Микрофлора кедровников Западного Саяна / З.В. Вишнякова. - Новосибирск: Наука, 1974. - 142 с.

3. Жуков, А.М. Научно-методическое пособие по диагностике грибных болезней лесных деревьев и кустарников / А.М. Жуков, П.В. Гордиенко. - М., 2001. - 70 с.

4. Наставление по борьбе с вредителями и болезнями древесных и кустарниковых пород в лесных питомниках и культурах. - М., 1970. - 92 с.

5. Шевченко, С.В. Лесная фитопатология / С.В. Шевченко. - Львов, 1978. - 320 с.

6. George, N. Agrios Plant Pathology, fourth edition / N. George // Department of Plant pathology university of Florida. - 1997. - 635 p.

7. Gregersen, T. Rapid method for distinction of gram-negative from gram-positive bacteria / T. Gregersen // Eur. J. Appl. Microbiol. and Biotechnol. - 1978. - Vol.5. - P. 127-132.

8. Singlair Wayne, A. Diseases of trees and shrubs / A. Singlair Wayne, H. Lyon Howard. - New York: Cornell university Press, Sage House, 2005. - 660 p.

9. Smith, R.S. Deseases of Pacicfic coast conifers / R.S. Smith, R.F. Scharpf. - USDA Forest Service, 1993. - 133 p.

'--------♦------------

УДК 582.475:581.5 Е.В. Петренко, В.В. Полянская, В.Н. Паршикова, Р.А. Степень

ИЗМЕНЧИВОСТЬ ЛИПИДНОГО КОМПЛЕКСА ДРЕВЕСНОЙ ЗЕЛЕНИ ПИХТЫ И ЕЛИ И ВОЗМОЖНОСТЬ ЕЕ СОВМЕСТНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ

Проведена оценка годичной изменчивости количественного содержания липидов, пигментов и эфирного масла древесной зелени пихты и ели сибирского региона. Показана целесообразность их совместной комплексной переработки.

Ключевые слова: темнохвойные древесные породы, лесосечные отходы, биологически активные вещества, древесная зелень, экстракционная переработка, липиды, пигменты, эфирное масло, короти-ноиды, компонентный состав.

Ye.V. Petrenko, V.V. Polyanskaya, V.N. Parshikova, R.A. Stepen VARIABILITY OF LIPID COMPLEX OF FIR AND PINE TREES FOREST GREENS AND THE POSSIBILITY OF ITS COMBINED PROCESSING

The article deals with the estimation of year variability of qualitative availability of lipids, pigments and essential oils of fir and pine trees woody greens of Siberia. The expediency of their combined processing is shown.

Key words: dark coniferous woody breeds, wood processing wastes, biologically active substances, wood greens, processing, extract processing, lipids, pigments, essential oil, cоrоtinoids, componental structure.

Пихта и ель относятся к темнохвойным древесным породам. Они требовательны к почвам и месту произрастания и часто произрастают на одних площадях. В связи с этим, как правило, проводится их совместная рубка. По качеству древесины они существенно уступают сосне. Их древесина в значительной мере подвержена грибным заболеваниям. Стоимость продукции, получаемой при рубках елово-пихтовых лесов, может заметно возрасти, если наряду со стволовой древесиной будут перерабатываться лесосечные отходы. Их наиболее ценной частью, богатой различными биологически активными веществами, является древесная зелень. Эффективности ее утилизации способствует густое охвоение и слабое очищение от сучьев пихты и ели. Совместный сбор сырья упрощает и удешевляет самую трудоемкую операцию при переработке древесной зелени. Целесообразность такого подхода убедительно показана при эксплуатации установки по совмещенной водно-бензиновой экстракции сосново-елового сырья [1]. Согласно применяемой технологии, основные товарные продукты вырабатываются при фракционировании липидного его комплекса. На жела-

тельность совместного использования древесной зелени темнохвойных пород в сибирском регионе указывает Г.В. Ляндрес и др. [2].

Целью настоящих исследований является изучение возможности совместной экстракционной переработки древесной зелени пихты и ели Сибири, их относительной однородности в качестве сырья для получения липидных товарных продуктов. При проведении экспериментов необходимо сравнить содержание и состав липидов и их отдельных компонентов в охвоенных побегах деревьев этих пород близкого возраста в различное время года, что ответит на вопрос о целесообразности их совместной переработки.

При постановке опытов общепринятыми методами изучали вклад в древесную зелень суммарных липидов, пигментов и эфирного масла [3]. Их содержание относили к массе абс. сух. сырья. Экстрагирование суммарных липидов осуществляли диэтиловым эфиром в аппарате Сокслета. Выход продуктов определяли гравитомет-рически. Пигменты древесной зелени оценивали в ацетоновом экстракте методом УФ-спектрофотометрии. Концентрацию каротиноидов находили по оптической плотности растворов при 440 нм, хлорофиллов - при 652 нм. Эфирное масло из сырья отгоняли острым паром при атмосферном давлении, его объем определяли волюмо-метрически, состав - методом ГЖХ. Идентификацию его компонентов осуществляли ХМС методом.

Образцы отбирали в середине каждого месяца с 12-ю нормально развитых здоровых деревьев молод-няков (15-20 лет) в елово-пихтовых массивах, находящихся в 85 км южнее г. Красноярска. Здесь же при изучении влияния возраста деревьев осуществлялся отбор материала в спелых (100-110 лет) и перестойных (140-150 лет) древостоях. При подготовке к опытам ветви обрезали с диаметром в отрубе 10 мм. Древесную зелень измельчали до размера частиц 3-5 мм, перемешивали и из этой смеси, предварительно определив влажность, отбирали пробы для оценки количественного содержания липидов, хлорофиллов, каротиноидов и эфирного масла. Опыты проводили в двукратной повторности. Результаты измерений усредняли.

Сведения о липидах древесной зелени хвойных пород и их компонентов, в том числе и сибирского региона, приводятся в значительном количестве работ [1; 4-6]. Однако они преимущественно посвящены сосне. Данные по охвоенным побегам других пород, как правило, относятся к определенным периодам годового цикла развития и не касаются возрастной динамики древостоев. Вместе с тем в работах Э.Д. Левина, С.М. Репяха и др. [4; 7] рассматриваются вклад и структура липидов хвои ели разных лет жизни. Кроме того, при постановке задачи о совместном использовании древесной зелени пихты и ели важно располагать синхронными данными по их составу, полученными одним исполнителем.

Количественный вклад суммарных липидов в древесной зелени молодняков пихты и ели в течение годового цикла приведен в табл. 1.

Таблица 1

Сезонная динамика содержания липидов в древесной зелени молодняков пихты и ели, %

Месяц Пихта Ель Месяц Пихта Ель

Январь 11,6±0,4 9,2±0,3 Июль 9,3±0,4 9,0±0,4

Февраль 12,3±0,5 10,1 ±0,3 Август 13,5±0,4 11,7±0,3

Март 14,4±0,3 10,8±0,4 Сентябрь 15,6±0,3 13,3±0,3

Апрель 16,7±0,5 11,5±0,2 Октябрь 14,6±0,4 11,6±0,3

Май 17,0±0,4 12,4±0,2 Ноябрь 12,1±0,3 9,8±0,2

Июнь 13,8±0,6 10,6±0,3 Декабрь 10,8±0,3 9,5±0,2

х±т 13,5±0,7 10,8±0,4

ах 2,34 1,34

V, % 17,3 12,4

Результаты исследований свидетельствуют о близком содержании липидов и их годичной динамике в древесной зелени сравниваемых пород. Их вклад в охвоенных побегах ели составляет 80 % содержания липидов в древесной зелени пихты, что ниже его варьирования в рассматриваемом периоде. Это указывает на реальную возможность их совместной эффективной переработки. В то же время сравнительно высокие значения коэффициентов варьирования, обусловленные, прежде всего, низким вкладом липидов в июльское сырье, служат показателем целесообразности перерыва работы в этот период. При его исключении возрастает среднее содержание липидов и усредняются потенциалы сырья.

Вегетативное развитие растений, особенно пихты, существенно сказывается на накоплении липидов. Их экстремальные значения в данном случае практически различаются вдвое. Максимум этих продуктов в

древесной зелени отмечается весной и осенью, в начале вегетации и в период подготовки растения к холодам. Минимум липидов наблюдается в летние и зимние месяцы. Летом их содержание убывает сравнительно быстро, что, по-видимому, свидетельствует об их расходовании в биохимических превращениях. Зимой вклад липидов изменяется медленно. Возможно, это связано с расходованием этих продуктов организмом в этот период без достаточной компенсации.

Существенным образом вклад липидов древесной зелени зависит от возраста деревьев. При проведении онтогенетических исследований определяли их содержание в охвоенных побегах молодняков, спелых и перестойных деревьев. В образцах древесной зелени пихты и ели, отобранных в конце 2-й декады июня, вклад липидов был найден соответственно 14,1, 10,7, 8,7 и 11,4, 6,5 и 5,0 %. Наблюдаемое снижение липидов логично объясняется уменьшением в процессе онтогенеза вклада в древесной зелени доли хвои, увеличения в ней вклада элементов старших возрастов: хвои, коры и древесины. Известно, что при одревеснении органов дерева в них повышается соотношение полисахаридов и лигнина и снижается вклад других компонентов [4].

Сравнение результатов исследований свидетельствует, что лучшим сырьем при комплексной переработке является древесная зелень молодняков. В ней содержится в 1,5-2 раза больше липидов, чем в охвоенных побегах перестойных деревьев. Вместе с тем отмечается, что при наличии выбора, исходя из вклада липидов, целесообразнее перерабатывать охвоенные побеги перестойных деревьев пихты, чем спелых насаждений ели.

Еще очевиднее справедливость такого заключения при переработке древесной зелени пихты и ели с получением эфирного масла (табл. 2).

Таблица 2

Влияние возраста деревьев на содержание в древесной зелени эфирного масла, %

Древесная порода Молодняки Спелые древостой Перестойные насаждения

Пихта 3,07±0,09 2,16±0,12 1,23±0,08

Ель 0,67±0,03 0,33±0,03 0,25±0,04

Насыщенность эфирного масла в охвоенных побегах молодняков в 2,5 раза выше по сравнению с перестойными деревьями. Однако его содержание в древесной зелени перестойных насаждений пихты вдвое превышает вклад масла в этих органах молодняка ели. Полученные данные согласуются с результатами предыдущих исследований древесной зелени хвойных пород сибирского региона [9].

В отличие от выхода, компонентный состав пихтового и елового масла и его возрастная изменчивость являются достаточно близкими. Их основу составляют монотерпеновые углеводороды, на которые приходится 60-65 % суммы компонентов. Среди них превалирует камфен, характерный для всей трибы пихтовых [10]. Значительная доля в этой фракции принадлежит а-пинену, 3-карену и лимонену. Поскольку на эти компоненты приходится свыше 80 % от суммы монотерпенов, то они и определяют основные физико-химические свойства фракции. В состав масел входят также другие компоненты, свойственные для хвойных древесных растений: сантен, трициклен, р-пинен, мирцен, терпинолен.

Наибольший вклад как в кислородсодержащую фракцию (около 80 %), так и в масла в целом (30 %), вносит борнилацетат, которым в практическом плане преимущественно определяется сорт и ценность пихтового масла. Следует отметить, что в случае спелых и перестойных деревьев его концентрация в еловом масле выше, чем в пихтовом. Другие физико-химические показатели этого продукта также соответствуют ОСТ 13221-86 для пихтового масла. Высокое содержание борнилацетата, близкий состав и соответствие нормативам указывают на возможность совместной переработки древесной зелени пихты и ели в производстве эфирного масла. При этом важно учитывать возраст древостоев, поскольку в онтогенезе в древесной зелени снижается выход и качество масла. По этой причине, а возможно и с целью повышения качества, несмотря на низкое содержание в охвоенных побегах молодняка ели масла, их рационально вводить в состав сырья.

Борнилацетат находится в тесной биогенетической связи с борнеолом и камфорой, составляя большую часть кислородсодержащей фракции, а с учетом камфена - половину пихтового и елового масел, что определяет их свойства. Наличие и вклад этих соединений обусловлен камфановой природой биосинтеза терпенои-дов в ассимиляционном аппарате пихты и ели [10].

Представительство сесквитерпеноидов в пихтовом, еловом и смешанном эфирных маслах незначительно (2-3% от общей суммы). Их превалирующими соединениями являются лонгифолен, кариофиллен и бизаболен. Другие компоненты этой группы содержатся в незначительном количестве.

С практической точки зрения важно располагать данными и по сезонной динамике накопления в древесной зелени эфирного масла. Его содержание в ассимиляционном аппарате начинает возрастать с началом вегетации в марте, достигая промежуточного максимума в мае. Затем наблюдается спад запасов летучих терпеноидов в конце июня - начале июля.

Предполагается, что он вызван потреблением пластических веществ (липидов) на рост и развитие хвои и формирование в ней и в побегах смоляных ходов [11]. Причиной уменьшения содержания масла может служить и высокая температура воздуха в этот период, способствующая испарению терпеноидов. Их выход из сырья в этот период минимален, составляя около 80 % от январского уровня. Такой ход динамики указывает на меньшую эффективность пихтоварения в летние месяцы.

В июле, после закладки каналов и формирования хвои, в вегетативных органах начинается повышение вклада масла, который продолжается до сентября, когда отмечается его основной максимум. Его величина вдвое больше минимального уровня. Зимой происходит медленный спад запасов эфирного масла. По всей вероятности, его основной причиной служит продолжающееся испарение терпеноидов без их пополнения в связи с практическим отсутствием биосинтеза в холодное время.

Не остается неизменным в годичной динамике и содержание одного из наиболее ценных компонентов липидного комплекса - пигментов. На его экстрагировании бензином и дальнейшем фракционировании базируются основные технологии комплексной переработки древесной зелени [1; 12]. Они позволяют вырабатывать из лесосечных отходов такие ценные продукты, как пренолы, хлорофиллины и пр.

Результаты количественного определения вклада хлорофиллов и каротиноидов в древесную зелень пихты и ели в течение года представлены в табл. 3.

Таблица 3

Годичная динамика содержания пигментов древесной зелени пихты и ели, мг/кг абс. сух. массы

Месяц Пихта Ель

Хлорофиллы Каротиноиды Пигменты Хлорофиллы Каротиноиды Пигменты

Январь 1789±21 296±10 2085 1618±18 189±8 1807

Февраль 1584±19 291±13 1878 1461±11 180±9 1614

Март 1688±11 183±11 1971 1603±10 189±8 1792

Апрель 1764±21 305±15 2069 1709±13 210±8 1918

Май 1525±15 267±8 1792 1588±18 181±11 1789

Июнь 1485±20 199±11 1684 1455±11 144±13 1599

Июль 1706±12 173±9 1879 1535±11 130±9 1665

Август 1822±11 215±9 2037 1691±14 120±8 1811

Сентябрь 1963±19 241±11 2204 1820±13 145±9 1965

Октябрь 2055±16 286±10 2336 1987±10 156±11 2143

Ноябрь 2223±12 293±14 2516 2132±13 177±12 2309

Декабрь 1832±15 301±10 2133 1768±11 194±12 1962

х±т 1786±62 263±13 2049±67 1695±60 168±8 1863±61

ах 215 45 233 208 28 212

V, % 12,1 17,0 11,4 12,6 16,8 11,4

Полученные данные охватывают весь годовой цикл развития растений и в основном согласуются с результатами исследований других авторов [4-6]. Они свидетельствуют, что древесная зелень пихты и ели богаче пигментами ассимиляционного аппарата других хвойных пород Сибири и может успешно использоваться при комплексной переработке лесосечных отходов.

Среднее содержание хлорофиллов в древесной зелени пихты лишь на 5 % больше, чем у ели. Для каротиноидов это расхождение выше, однако их вклад незначителен (9-13 % от суммы пигментов). В связи с этим различие вклада пигментов в древесной зелени сравниваемых пород составляет всего около 9%, что существенно меньше, чем у деревьев любой из этих пород в отдельные периоды вегетации. Динамика пигментов в охвоенных побегах пихты и ели одинакова. Максимум хлорофиллов, как и пигментов в целом, найден в ноябре, когда их вклад в 1,5 раза больше июньского минимума. В зимнее время их содержание постепенно понижается, существенно уменьшаясь к марту. В дальнейшем происходит их подъем. Тем не менее весенне-летний уровень хлорофиллов заметно уступает зимнему. Подобным обра-

зом происходит накопление каротиноидов. Наиболее богата им древесная зелень также зимой, хотя максимум отмечается в апреле. Их минимум наблюдается в июле-августе. Его величина почти вдвое меньше максимума. Близкое содержание пигментов в древесной зелени пихты и ели также служит аргументом, указывающим на целесообразность их совместного использования.

Таким образом, исследование содержания и динамики липидов, пигментов и эфирного масла древесной зелени пихты и ели характеризует ее, как ценное сырье для получения многих товарных продуктов и указывает на целесообразность совместной комплексной переработки лесосечных отходов этих пород. Наиболее эффективно их использование в осенне-зимний период.

Литература

1. Юдкевич, Ю.Д. Получение химических продуктов из древесных отходов / Ю.Д. Юдкевич, С.Н. Васильев, В.И. Ягодин. - СПб.: СПбЛТА, 2002. - 84 с.

2. Рекомендации по модернизации пихтоваренных установок и увеличению производства пихтового масла на предприятиях Минлесбумпрома СССР / Г.В. Ляндрес [и др.]. - Красноярск: СибНИИЛП, 1986. - 54 с.

3. Ушанова, В.М. Основы научных исследований. Ч. 3. Исследование химического состава растительного сырья / В.М. Ушанова, О.И. Лебедева, А.Н. Девятловская. - Красноярск: Изд-во СибГТУ, 2004. - 360 с.

4. Левин, Э.Д. Переработка древесной зелени / ЭД Левин, С.М. Репях. - М.: Лесн. пром-сть, 1984. - 120 с.

5. Черняева, Г.Н. Утилизация древесной биомассы / Г.Н. Черняева, С.Я. Долгодворова, Р.А. Степень. -Красноярск: ИЛиД СО аН СССР, 1987. - 166 с.

6. Богданова, Г.А Биологически активные вещества в хвое и листьях древесных пород Сибири / Г.А. Богданова. - Красноярск: ИЛиД СО АН СССР, 1975. - 16 с.

7. Лебедева, О.И. Липиды древесной зелени пихты и ели / О.И. Лебедева, Г.В. Тихомирова, С.М. Репях // Проблемы использования древесной зелени в народном хозяйстве СССР. - Л.: ЛТА, 1984. - С. 34-35.

8. Судачкова, Н.Е. Метаболизм хвойных и формирование древесины / Н.Е. Судачкова. - Новосибирск: Наука, 1977. - 224 с.

9. Степень, Р.А. Летучие терпеноиды сосновых лесов / Р.А. Степень, С.М. Репях. - Красноярск: Изд-во СибГТУ, 1998. - 406 с.

10. Кинтя, П.К. Терпеноиды растений / П.К. Кинтя, Ю.М. Фадеев, Ю.А. Акимов. - Кишинев: Штиинца, 1990. - 151 с.

11. Петренко, Е.С. Изменчивость числа смоляных ходов в хвое сосны обыкновенной / Е.С. Петренко // Лесоведение. - 1967. - № 6. - С. 76-83.

12. Репях, С.М. Химия и технология переработки древесной зелени / С.М. Репях, Л.П. Рубчевская. -Красноярск: Изд-во КГТА, 1994. - 320 с.

'--------♦------------