Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Биологически активные вещества древесной зелени и шишек Pinus koraiensis

ВАК РФ 03.02.14, Биологические ресурсы

Автореферат диссертации по теме "Биологически активные вещества древесной зелени и шишек Pinus koraiensis"

На правах рукописи

Горовой Александр Иванович

биологически активные вещества древесной зелени и шишек ртиз коюиетк

(состав, получение, использование)

03.02.14 - биологические ресурсы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

12 ДЕК 2013

Хабаровск, 2013

005543437

Работа выполнена в Федеральном бюджетном учреждении «Дальневосточный научно-исследовательский институт лесного хозяйства»

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Тагильцев Юрий Григорьевич

Официальные оппоненты: Доктор биологических наук, профессор кафедры лесного охотоведения и лесопаркового хозяй ства ФГБОУ ВПО «Приморская государственнг сельскохозяйственная академия» Гапонов Виктор Владимирович Кандидат биологических наук, старший научны" сотрудник Сектора лесных экосистем ФГБУ Биолого-почвенного института ДВО РАН Ухваткина Ольга Николаевна

Ведущая организация: Дальневосточный государственный аграрный

университет (г. Благовещенск)

Защита состоится «27» декабря 2013 г. в 14.00 часов на заседании диссертацион ного совета Д 005.005.02 в Федеральном государственном бюджетном учреждени науки Тихоокеанском институте биоорганической химии им. Г.В. Белякова Дальнево сточного отделения Российской академии наук по адресу: 690022, г. Владивосток проспект 100 лет Владивостоку, 159, ТИБОХ ДВО РАН.

Тел.: 8(4232)31-14-30 Факс: 8(4232)31-40-50 e-mail: al-xv@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в филиале Центральной научной библиоте ки ДВО РАН Тихоокеанского института биоорганической химии ДВО РАН (г. Владивосток, проспект 100 лет Владивостоку, 159, ТИБОХ ДВО РАН).

Автореферат разослано^ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат биологических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Комплексное использование лесных ресурсов (пищевое, лекарственное, техническое сырье) является важной проблемой лесного хозяйства.

Хвойно-широколиственные леса являются, основной лесной формацией на юге российского Дальнего Востока и сосна корейская ("кедр" корейский) - Ртиъ когтет1з 51еЬо1с1 й 2исс. - входит в состав этих лесов. Они занимают особое положение по возрастной структуре древостоев. По многообразию древесных пород, хозяйственному значению кедрово-широколиственные леса занимают особое место среди других лесов южной материковой части российского Дальнего Востока. К 60-70 годам прошлого столетия в области распространения кедровников (Приморский край и южная часть Хабаровского края) на "кедр" корейский, по данным В.Н.Корякина (2007), приходилось около 50 % заготавливаемой древесины. Он исследовал кедрово-широколиственные леса Дальнего Востока и пришел к выводу об их недостаточной изученности и бессистемной эксплуатации по заготовкам древесины.

Промышленная эксплуатация, в основном, древесины, без учета других сырьевых ресурсов и полезностей привела к сильному истощению и обесцениванию этих лесов. С 1990 г. рубки главного пользования в кедровниках были запрещены. Нормативными правовыми актами разрешаются только рубки промежуточного пользования. При этом используется, в основном, древесина, а другие полезности пока не находят хозяйственного применения.

Несмотря на запрет промышленных рубок главного пользования, в настоящее время остаются в силе другие виды рубок: ухода, санитарные, при прокладывании высоковольтных трасс, железных и автомобильных дорог. На лесосеках остаются отходы от рубок древесины, из которых возможно получать ценные биологически активные продукты: смолы, эфирные масла, водомасляные продукты (флорентинные воды), дубиль-

ные вещества. Применяя новые технологии, эти продукты можно извлекать из порубо ных остатков и отходов "кедровых" шишек. В связи с этим изучение биологически а тивных веществ является актуальной задачей.

Цель и задачи исследований. Целью исследований явилось изучение возможн сти использования биологически активных веществ сосны корейской, произрастающе на российском Дальнем Востоке. Для достижения цели решались следующие задачи:

- выявить распространение и экологию, ресурсы сосны корейской в Приморско крае и на юге Хабаровского края;

- описать полезности сосны корейской (орехи, древесная зелень, эфирные масл жирные масла);

- разработать способы извлечения новых биологически активных веществ (эфи ных масел и водомасляных продуктов) из древесной зелени и отходов шишек;

- разработать технологию получения новых продуктов;

- исследовать выход (содержание) и химический состав эфирных "кедровых" мае и водомасляного продукта (флорентинной воды);

- разработать технические условия на новые продукты;

- обобщить сведения об использования полезных продуктов сосны корейской.

Научная новизна. Изучен ресурсный потенциал сосны корейской на российско

Дальнем Востоке по площадям и запасам древесины. Разработана схема и изготовле лабораторная установка извлечения биологически активных веществ из древесной зел ни и отходов шишек сосны корейской. Впервые разработан способ получения эфирно масла из отходов "кедровых" шишек. Изучен выход и химический состав новых проду тов: масла эфирного "кедрового" и воды флорентинной "кедровой".

Разработаны технические условия и технологический регламент для продукте «Масло эфирное "кедровое"», «Масло эфирное из "кедровых" шишек», «Вода флоре тинная "кедровая"».

Практическая значимость работы. Эфирное масло и кедровая вода были испь таны в Медицинском центре ОАО «Дальневосточная генерирующая компания» фили;

4

«Хабаровская генерация». Получены положительные результаты, что дает основание для их лечебного использования.

Для организации промышленного производства новых продуктов могут быть использованы разработанные технические условия на эфирные масла из древесной зелени и отходов шишек, освобожденных от семян (орехов) "кедра" корейского, воды флорен-тинной "кедровой" и технологический регламент.

Разработан и запатентован «Способ получения эфирного масла из шишек хвойных растений» (патент № 2009116077/15, 2011 г.). В 2012 году на Санкт-Петербургской Международной выставке - конгрессе «Высокие технологии, Инновации, Инвестиции» разработка «Способ получения эфирного масла из шишек хвойных растений» награждена дипломом и серебряной медалью. В 2013 году эта разработка на Международном Салоне изобретений и инновационных технологий «Архимед» (г. Москва) награждена дипломом и золотой медалью.

Апробация работы. Результаты исследований были представлены на: научной конференции с международным участием «Хранителна наука, техника и технологии» (Болгария, Пловдив, 2008); Всероссийской конференции с международным участием, посвященной 100-летию со дня рождения члена-корреспондента РАН Колесникова Бориса Павловича «Леса российского Дальнего Востока: 150 лет изучения» (Владивосток, 2009); Всероссийской конференции с международным участием «Состояние лесов Дальнего Востока и актуальные проблемы самоуправления» (Хабаровск, 2009); Всероссийской конференции с участием иностранных ученых «Эколого-географические аспекты лесообразовательного процесса» (Красноярск, 2009); Всероссийской конференции с международным участием «Леса и лесное хозяйство в современных условиях» (Хабаровск, 2011); региональной конференции с международным участием «Биоразнообразие и проблемы экологии Приамурья и сопредельных территорий» (Хабаровск, 2011); международной научно-практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований» (Одесса, Украина 2012); 3-ем международном симпозиуме «Нетрадиционные и редкие растения и перспективы их использования» (Пущино,

5

2013); Всероссийской конференции с международным участием «Состояние лесов актуальные проблемы лесоуправления» (Хабаровск, 2013).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ и получен один патен на изобретение. Три статьи опубликованы в изданиях, входящих в Перечень российски рецензируемых журналов.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выв дов, списка литературы, включающего 363 наименования, в том числе 40 на иностра ных языках, в приложении приводятся данные о результатах испытания эфирного масл и флорентинной воды. Работа изложена на 156 стр., иллюстрирована 20 рисунками, с держит 18 таблиц.

ГЛАВА 1 ОБЗОР ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЙ

В главе приводится литературный обзор по вопросам изучения кедров широколиственных лесов, их росту и развитию, организации и ведению хозяйства в эти лесах, прижизненному использованию полезностей сосны корейской, способы перер ботки отходов для извлечения ценных биологически активных веществ (эфирных масе и водомаслянных продуктов).

ГЛАВА 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Характеристика объектов исследований

Объектами исследований являлись растительное сырье и продукты прижизненног использования сосны корейской: древесная зелень, шишки, их отходы, эфирные масл водомасляные продукты.

Зелень древесная (охвоенные побеги) представляет собой хвою, почки и неодр

весневшие побеги (ГОСТ 217669-84). Нами отбиралась зелень древесная для получени

биологически активных веществ (эфирных масел и водомасляных продуктов) от 35 дер

6

вьев сосны корейской по 1 кг с каждого дерева. Отбор зелени древесной производился в Хехцирском лесничестве Хабаровского края и в Рощинском лесничестве Приморского края в весеннее, летнее и осеннее время.

2.2 Методы исследований

Аппаратура. Перегонка эфирных масел осуществлялась на крупно-лабораторной установке, разработанной и собранной в Дальневосточном научно-исследовательском институте лесного хозяйства.

Состав компонентов эфирных масел определялся на хроматографе «Schimadsu». Идентификация компонентов масел проводилась с использованием методов ИК и УФ -спектроскопии. ИК - спектры снимались на спектрофотометре ИК-20. УФ - спектры определялись на спектрофотометре Specord производство фирмы «Analytik Jena» . Показатель преломления масел замерялся на рефрактометре ИРФ-22. Плотность определялась ареотетрами, кислотное число - по ГОСТ 17823.1-72, водородный показатель pH - на приборе рН-метре, каротиноиды - на фотоэлектроколориметре КФК. Витамин С и кума-рины определялись титрометрическими методами (Ладыгина и др., 1983; Цитович,1977). Анализ полученных данных проводился с использованием компьютерной программы Statistika 8. Медицинские испытание масла эфирного из зелени древесной и воды фло-рентинной "кедровой" велись с помощью компьютерной системы «ИМЕДИС-БРТ» Латинские названия видов растений приведены по С.К. Черепанову (1995).

ГЛАВА 3 РАСПРОСТРАНЕНИЕ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСЫ СОСНЫ КОРЕЙСКОЙ

Сосна корейская (Pinns koraiensis Siebold et Zucc.) относится к семейству сосновые (Pinaceae Lindl.), род сосна (Pinus L.).

Общее распространение кедрово-широколиственных лесов: Китай (северо-восток), Корея, Япония (о. Хонсю, о. Сикоку). На российском Дальнем Востоке сосна корейская распространена на северо-восток по побережью Японского моря и Татарского пролива,

7

по восточным склонам Сихотэ-Алиня, ареал доходит до района Советской Гавани; п западным склонам Сихотэ-Алиня он протянулся от южной оконечности этого хребта д пос. Софийска. На центральной, высокогорной части Сихотэ-Алиня сосна корейская н растет. От Софийска граница ареала сосны корейской резко поворачивает на юго-запа и, пересекая среднее течение Горина, Кура и Урми, достигает Буреинского хребта, з паднее которого она встречается очень редко. Но и в пределах ареала сосна корейска растет не повсеместно. Высоко в горы сосна корейская не заходит. На южных склона Сихотэ-Алиня она поднимается не выше 700 м над уровнем моря, на северных - не выш 500-600 м. Кедрово-широколиственные леса произрастают на средних и нижних склона

Кедрово-широколиственные леса произрастают в разнообразных условиях рельеф и почвогрунтов, в долинах рек, в поймах и на надломленных террасах, на различных п крутизне и направлению горных массивов. Высокой продуктивностью обладают "ке ровники", растущие на пологих склонах с рыхлыми, глубокими суглинистыми почвам богатыми гумусом, хорошо дренированными и подстилаемыми мелко каменистой по почвой. Менее продуктивны они на неглубоких почвах крутых склонов и почвах с н достаточным дренажем. Весенние и осенние холодные периоды сосна корейская перен сит хорошо.

Сосна корейская - одна из основных лесообразующих пород, индикатор кедров широколиственных лесов. Чистые "кедровники" встречаются редко. Кедров широколиственные леса имеют огромное водоохранное, водорегулирующее значение, также противоэрозионное и рыбоохранное.

Сосна корейская - дерево 35-40 (иногда 45) м высоты и 1,5 м в диаметре. Продо жительность жизни составляет 350-400 лет. Объем древесины стволовой части достигав 15-17 м3 (Ковалев, 2004; Корякин, 2009; Усенко, 2009).

Кедрово-широколиственные леса широко распространены в южной материково части Дальнего Востока (Корякин, 2007). На рис. 1 показано распределение площаде кедрово-широколиственных лесов по группам возраста.

■ Средневозрастные

19,6 %

_3,0% ■ Спелые и перестойные

Рис. 1- Распределение площади кедрово-широколиственных лесов по группам возраста Основная доля (70,1 %) приходится на средневозрастные насаждения; на приспевающие древостой - 19,6; молодняки - 7,3 и 3 % составляют спелые и перестойные насаждения. На рис. 2 представлено распределение запасов древесины кедрово-широколиственных лесов по группам возраста.

■ Приспевающие «Спелые и перестойные

68,5 % и Молодняки

■ Средневозрастные

0,6 %

Рис. 2

- Распределение запасов древесины кедрово-широколиственных лесов по группам возраста 9

Наибольшая доля запасов древесины (68,5 %) приходится на средневозрастны древостой; на приспевающие -22,2%; спелые и перестойные - 8,7 % и молодняки - 0,6 %.

Общая площадь кедрово-широколиственных лесов юга российского Дальнего Во стока составляет более 2,5 млн гектар с общим запасом древесины сосны корейско более 500 млн м3 В.Н. Корякин (2007). Из этих данных следует, что запасы сосны корей ской значительны для вовлечения их в комплексное лесопользование.

На рис. 3 даны наименования биологически активных веществ и продуктов, кото рые можно получать из шишек сосны корейской. Из рисунка видно, что из шишек можн получать не только орехи, но и использовать их отходы для получения масла эфирного воды флорентинной.

Рис. 3 - Биологически активные вещества, получаемые из шишек сосны корейской

Состав, свойства и перспективы использования этих продуктов освещались в ряде работ автора, в которых представленные материалы свидетельствуют о целесообразности комплексного, рационального использования биологически активных веществ и продуктов сосны корейской (зелень древесная, отходы шишек, семян (орехов), масла эфирные, вода флорентинная), как альтернатива промышленным рубкам (Горовой, 2008; Тагильцев, Выводцев, Горовой, 2009; Горовой и др., 2011, 2012, 2013).

ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ

КЕДРОВОГО ЭФИРНОГО МАСЛА

Основным способом извлечения эфирных масел из древесной зелени является способ перегонки с водяным паром (Калинин, Никифоров, 1979; Тагильцев, Колесникова, 1990; Орлов, Тагильцев, Колесникова, 2003).

Принцип действия установок для получения эфирных масел основан на способности водяного пара, при температуре до 100 °С и выше, пропущенного через древесную зелень хвойных пород и отходы "кедровых" шишек, извлекать масло вместе с паром. Получение эфирного масла из "кедровых" шишек отличается технологическими параметрами от эфирных масел, получаемых из древесной зелени сосны корейской.

Разработан способ получения масла эфирного из отходов шишек сосны корейской, содержащего наибольшее количество биологически активных веществ (см. табл. 2).

Для этого, шишки сосны корейской, освобожденные от семян (отходы переработки шишек), измельчались до размеров 1,5-2,5 см, загружались в перегонный чан установки периодического действия и выдерживались в герметически закрытом чане в течение 2-х часов при температуре 70 °С, а затем пропускался через них водяной пар из котла-парообразователя при температуре 100-110 °С и давлении 0,09-0,12 МПа в течение 6 часов. Водяной пар извлекал эфирные масла, содержащие разные химические компоненты и конденсировался в холодильнике, из которого их смесь поступала и разделялась в

маслоотделителе (флорентине). Из ста кг измельченных шишек, освобожденных от ceil

мян сосны корейской ("кедра" корейского) извлекалось 1,7-2 кг эфирного масла. Экспе риментальные данные приведены в табл. 1 и 2.

Табл. 1 - Выход масла эфирного из шишек сосны корейской при различных температурных режимах перегонки

Выход масла эфирного Температурный режим перегонки, °С

95 100 110 120

Выход масла отходов шишек (абсолютно сухая масса сырья), % од 1,2 0,9 0,4

Наибольший выход масла эфирного из отходов переработки шишек сосны корей ской достигается при перегонке с температурным режимом 100 — 110

Табл. 2 - Состав основных компонентов масла эфирного из шишек сосны корей ской, освобожденных от семян (орехов)

Наименование основных компонентов Температурный режим перегонки, °С

95 100 110 120

а-пинен 2,2 22,7 22,0 18,0

Р-пинен 2,6 23,8 21,3 20,3

Сумма (а+ Р) фелландренов 1,5 16,4 16,0 6,2

Борнилацетат 9,4 28,6 20,6 15,8

Как видно из табл. 2 оптимальными температурами процесса перегонки являютс температуры 100-110 °С, так как они позволяют получить масло эфирное масло наибольшим выходом и максимальным содержанием основных компонентов масл

Нижний (95 °С) и верхний (120 °С) температурные режимы не позволяют достигнуть

наибольшего выхода и содержания компонентов эфирных масел.

Табл. 3 - Основные компоненты масла эфирного из шишек сосны корейской

при различном измельчении

Наименование компонентов, % масс. Температурный режим перегонки, 100 °С Температурный режим перегонки, 100 °С

Неизмельченные шишки Измельченные шишки, см

5,0 2,5 1,5 1,0

а-пинен 8,0 14,2 21,8 22,0 16,8

Р-пинен 6,2 13,1 24,6 21,9 17,3

Сумма(а+(3) фелландренов 2,2 3,8 17,6 16,4 4,6

Борнилацетат 5,8 9,6 28,8 22,4 12,4

В табл. 3 показано, что измельчение сырья влияет на величину выхода масла. Так, для отходов шишек сосны корейской целесообразно измельчение до размеров 1,5-2,5 см. При таком измельчении достигается максимальное содержание, в процентном выражении, основных биологически активных компонентов масла эфирного.

Масло эфирное из "кедровых" шишек представляет собой прозрачную светло-желтую жидкость с приятным хвойным ароматом. Плотность масла из древесной зелени сосны корейской, собранной в Приморском крае, колеблется от 0,853 г/см3 до 0,888 г/см3 , собранной в Хабаровском крае.

Разработанный способ получения масла эфирного из шишек хвойных растений запатентован в России (Тагильцев, Караваев, Горовой и др., 2011).

Разработан технологический регламент получения эфирных масел из древесной зелени и отходов шишек сосны корейской, который является необходимым документом для организации промышленного производства этих продуктов. Основные разделы: характеристика сырья и вспомогательные материалы; описание технологического процесса; техническое обслуживание; характеристика изготовленной продукции и контроль

её качества; организация и учет производства; техника безопасности и противопожарные мероприятия.

ГЛАВА 5 БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА СОСНЫ КОРЕЙСКОЙ

5.1 Зелень древесная сосны корейской

Эксплуатация дальневосточных лесов началась с заготовки древесины сосны ко рейской, которая долгое время вместе с елью аянской, была главным объектом лесозаго товок (Соловьев, 1958), однако промышленные лесозаготовки зачастую повышал трансформацию лесных экосистем (Ковалев, 2004). Повреждались важные компоненть фитоценоза, резко изменялась экологическая обстановка. В связи с этим возникали про блемные аспекты использования не только древесины, но и комплексного освоения "кед ровников" и, особенно, отходов от рубок ухода и санитарных рубок. В. Н. Коряки (2005) определил пять типов комплексного лесопользования: лесоводственно-ресурсный кедрово-восстановительный, реконструктивный, селекционно-семенной и особо защит ный. Комплексное лесопользование становится одним из важнейших элементов совре менного развития лесного хозяйства.

Сосна корейская ("кедр" корейский), при применении технологии более глубокой полной переработки древесных отходов, шишек может быть источником пищевых биологически активных веществ и продуктов: семена (орехи), пищевое жирное масло эфирные масла, хвойно-витаминная мука. Семена (орехи) и древесная зелень "кедра' корейского содержат десятки биологически активных веществ.

Нами разработан способ переработки отходов сосны корейской, для получения но вых биологически активных продуктов (эфирных масел и флорентинных вод). Ранее этом направлении работали Р.И. Томчук, Г.Н. Томчук (1966), Р.Д. Колесникова (1998) Ю.Г. Тагильцев (1999).

Для получения эфирных масел и водомасляных продуктов (флорентинных вод) ис пользовали зелень древесную сосны корейской, соответствующую ГОСТ 21769-84, дл получения биологически активных веществ. Запасы древесной зелени позволяют разви

14

вать промышленное производство эфирных масел. Изучался выход эфирного масла из древесной зелени и отходов переработки шишек. В табл. 4 представлены средние данные о массе древесной зелени и выходе эфирных масел "кедра" корейского по ступеням толщины (диаметр дерева на высоте 1,3 м).

Табл. 4 - Средняя биомасса древесной зелени и выход эфирных масел по ступеням толщины с одного м3 древесины, кг

Сосна корейская зелень масло

древесная эфирное

Ступени толщины, см

Полученные данные показывают, что с увеличением диаметра деревьев сосны корейской масса древесной зелени и выход эфирного масла с одного м3 древесины стволов значительно уменьшается. На рис. 4 представлен график зависимости древесной биомассы от ступеней толщины.

300

и

¡£

Я 250

Я

<и

5 200

«

о X 150

и

л

с. 100

ч

я

и 50

я

г

о 0

ва

20 24 28 32 36 40 44 48 52 66 Ступени толщины, см

Ступени толщины, см

масло эфирное

Сосна корейская зелень

древесная__

Рис. 4 — Зависимость биомассы древесной зелени от ступеней толщины ствола.

Ресурсы древесной зелени довольно просто можно определить умножение: Количество древесной зелени приходящейся на 1 м3 стволовой древесины для даннО) среднего диаметра древостоя, умножить на его запас. Выход масла из зелени в пересче на 1 м3 древесины уменьшается с увеличением ступени толщины деревьев. 5.2 Изучение динамики выхода масла эфирного в течение года Изучена динамика выхода эфирного масла по месяцам в течение года. На рис.( представлена динамика выхода эфирного масла сосны корейской.

В летние месяцы содержание масла меньше, чем в осенне-зимний период Наибольший выход эфирного масла в производственных условиях можно получить осенне-зимние месяцы, что согласуется с выводами Ю. Г. Тагильцева (1999). Получе) ные данные о выходе масла эфирного обработаны методами математической статисти^ Показатель точности находится в пределах 1,13-1,37 %.

-е-

Г)

Ч

«Г

Ж

^ # •У л4 А* Л*

Месяцы

Рис. 5 - Динамика выхода эфирного масла сосны корейской в течение года ^

Регрессионное уравнение связи выхода эфирного масла с древесной биомассой г

ступеням толщины стволов выглядит следующим образом:

.. _ Л'ЛС+0,5488-0,0089х№? 148,10

где: ЭМ - выход эфирного масла, %; БДЗ - биомасса древесной зелени, кг; СТ- ступень толщины дерева, см.

Для характеристики качества масла и дальнейшей разработки техни-ческих условий на масло эфирное из древесной зелени и отходов шишек сосны корейской, исследовались его физико-химические характеристики. Результаты представлены в табл. 5. Табл. 5 - Результаты исследований физико-химических характеристик

эфирных масел из древесной зелени и отходов шишек сосны корейской

Наименование сырья Физико-химические характеристики

Плотность г/см3 при 20 °С Кислотное число, мг КОН на 1 г продукта Массовая доля борнилаце-тата, % Показатель преломления, при 20 °С Кумарины, %

Масло эфирное из древесной зелени сосны корейской 0,8540,881 0,98-1,12 12,9-14,4 1,4743-1,4752 2,44-2,87

[асло эфирное .3 отходов :едровых" 1ишек 0,8650,885 1,01-1,52 14,0-16,0 1,4752-1,4760 3,15-3,45

Данные хроматографического анализа, выполненные по методике Р. Д. Колесниковой (1998) показывают, что химический состав масла эфирного сосны корейской из древесной зелени содержит десятки компонентов.

В табл. 6 приведены результаты исследования масла эфирного по содержанию в нем основных компонентов.

Табл. 6 - Содержание основных компонентов эфирного масла из древесной

зелени сосны корейской

Наименование компонентов % масс. Наименование компонентов % масс.

а-пинен 17,7 Терпинолен 2,2

Р-пинен 19,8 Борнилацетат 17,8

Мирцен 10,4 Кариофиллен 0,8

Д3-карен 5,8 Лонгифолен 0,7

Дипентен 3,8 Хамазулен 1,0

1,8-цинеол 4,4

Доминирующие компоненты (а-(3 пинены, мирцен) придают маслу приятный ар мат и ценные свойства. Однако и минорные компоненты усиливают целебные свойст масла, особенно хамазулен, обладающий ранозаживляющим, противовоспалительным' противоопухолевым действиями.

На рис. 6 представлены данные продуктивности по основным, доминирующи компонентам эфирных масел, полученным из древесной зелени деревьев хвойных пор в расчете на 1 м3 стволовой древесины в кг.

1,4

Пихта белокорая Сосна корейская Сосна обыкновенная Ель аянская

■ а-пинен ■ 11 пинен ■ ДЗ-каоен ■ Бопнилаиетат Хамазулен

Рис. 6 - Продуктивность сосны корейской и других хвойных пород I по основным компонентам эфирных масел |

Важным продуктом, получаемым из древесной зелени, является хвойн; витаминная мука. Установлено, что добавка к общему рациону цыплят 3 % хвой-новитаминной муки из древесной зелени сосны корейской увеличивала их прирост на 19, 5 %, а добавка 4 % - на 29,3 % (Томчук, Томчук, 1966).

Древесная зелень сосны корейской может использоваться для получения эфирно.! масла, водомасляного продукта (вода флорентинная) (Горовой и др., 2008; Горово 2011; Горовой и др., 2012; Горовой, 2013).

I

5.3 Эфирные масла сосны корейской

Зелень древесная сосны корейской и отходы переработки "кедровых" шишек, я

ляются сырьем для извлечения масел эфирных.

18

Основной фракцией эфирных масел сосны корейской являются монотерпеновые углеводороды. Идентификация их проводилась по физическим константам, ИК - спектрам, параметрам удерживания и сравнением с литературными данными. Было выделено 11 индивидуальных веществ, физические константы которых приведены в табл. 7. Табл. 7 - Физические константы монотерпеновых углеводородов

эфирных масел сосны корейской

Наименование терпеноидов Физические константы

Плотность при 20 °С Показатель преломления при 20 °С Угол вращения при 20 °С

а-пинен 0,8590 1,4558 0°

3-пинен 0,8675 1,4773 +26,8°

Д3-карен 0,8622 1,4719 +17,0°

Дипентен 0,8426 1,4728 0°

Камфен 0,8430 1,4553 -93°

а-фелландрен 0,8459 1,4755 +108°

ß- фелландрен 0,8415 1,4873 -17,9°

у -терпинен 0,8486 1,4772 0°

а-терпинен 0,8420 1,4779 +2,8°

п-цимол 0,8409 1,4898 0°

Терпинолен 0,8673 1,4872 0°

В состав сесквитерпеновой фракции эфирных масел сосны корейской входят моно,- би-, три- и тетрациклические углеводороды. Из сесквитерпеновых углеводородов на препаративном хроматографе были выделены бизаболен, кариофиллен, <т - и у - кадинены, а - гумулен, лонгифолен.

Во фракции кислородсодержащих соединений выделены: цитраль, терпинен-ол-4, терпинен-ол-8, борнилацетат, а-терпенилацетат и камфора.

Исследования физико-химических характеристик и химического состава масел эфирных сосны корейской использованы для разработки технических условий на эфирные масла из древесной зелени и из отходов шишек.

ГЛАВА 6 ИССЛЕДОВАНИЕ ВОДЫ ФЛОРЕНТИННОЙ "КЕДРОВОЙ"

Вода флорентинная "кедровая" из древесной зелени сосны корейской - опал цирующая жидкость с коэффициентом яркости не более 0,18х10"3 , без механическ примесей. Цвет воды меняется от бесцветного до слабо-желтоватого оттенка, в завис мости от времени отбора сырья и параметров перегонки. Запах воды приятный, хвойнь вкус - горько-кисло-солоноватый, привкус вяжущий. Плотность при 20 °С находите пределах 0,995-0,998 г/см3; кислотное число — 0,4-0,6 г КОН на 1 г продукта; водоро ный показатель рН - 4,6-5,0; витамин С - 0,2-0,3 мг/дм3; каротиноиды - 0,8-1,0 мг/д кумарины - 0,2-0,3 %.

Испытания воды, проведенные в медицинском Центре «Дальневосточной генер рующей компании» филиала «Хабаровская генерация», выявили положительный те певтический эффект на организм человека при использовании ее в лечебн профилактических ваннах.

Вода флорентинная из отходов "кедровых" шишек по физико-химическим хара ристикам отличается незначительно от флорентинной воды из древесной зелени. Вода отходов шишек представляет собой опалесцирующую жидкость без механических пр месей: коэффициент яркости составляет 0,23 х10'3; цвет - светло-желтый; вкус-горк кисло-солоноватый, привкус вяжущий; запах приятный, хвойный; плотность при 20 - 0,994-0,997 г/см3; кислотное число составляет 0,4-0,5 мг КОН на 1 г продукта; вод родный показатель рН - 5,2-5,4; витамин С - 0,3-0,4 мг/дм3; каротиноиды - 0,8-0 мг/дм3; кумарины 0,3 - 0,4 %.

Для промышленного выпуска воды флорентинной "кедровой" разработаны техн ческие условия. В их основу были положены результаты исследований физик химических характеристик воды флорентинной из древесной зелени.

С целью практического использования вода флорентинная "кедровая" была исп

тана на добровольцах в медицинском Центре «Дальневосточной генерирующей комп

нии» и оказала положительное влияние на сердечно-сосудистую, иммунную и нервну

системы. Поэтому вода "кедровая" флорентинная перспективна для использования

20

лечебных и профилактических целях: может применяться для ванн, ингаляций, промываний, орошений.

ВЫВОДЫ

1. Изучено распространение, экология и ресурсы сосны корейской (Ршия когтетй .Ч1еЬо1с1 е[ Zucc.) на российском Дальнем Востоке; ресурсы определены по площадям и запасам древесины кедрово-широколиственных лесов по группам возраста; площади средневозрастных насаждений составляют 70,1 %, приспевающих - 16,6, спелых и перестойных - 7,3, молодняков - 3 %, а по запасам древесины, соответственно, 68,5 %; 22,2; 8,7 и 0,6 %.

2. Разработан и запатентован «Способ получения эфирного масла из шишек хвойных растений». Преимущество заключается в том, что в качестве исходного сырья использованы шишки сосны корейской, освобожденные от семян (орехов); способ позволяет получать эфирное масло с повышенным содержанием а-пинена - 22,7; р-пинена -23,8; фелландренов- 16,4, и борнилацетата - 28,6 %.

3. В разработанном технологическом регламенте получения эфирного масла из зелени древесной и отходов шишек сосны корейской представлены подробные характеристики сырья и вспомогательных материалов (воды, топлива, тары), который предназначен для организации промышленного производства эфирных масел сосны корейской.

4. При изучении содержания эфирного масла из древесной зелени и шишек сосны корейской выявлено, что эти величины не являются постоянными. Динамика выхода эфирного масла в течение года: минимальное значение содержания масла эфирного из древесной зелени в июле - 0,45 %; с октября по апрель месяцы выход составлял от 0,91 до 1,22 %; выход эфирного масла из отходов шишек сосны корейской, в течение года изменялся в пределах от 0,80 до 1,42 %.

5. Определены физико-химические характеристики эфирных масел из древесной зелени и отходов шишек сосны корейской: плотность, показатель преломления, кислотное число, массовая доля борнилацетата, сумма кумариновых соединений. Показатели

масла имеют близкие значения, кроме кумариновых соединений — содержание в мае из отходов шишек в 1,5 раза выше. Разработаны технические условия на масла эфирны

6. Изучен химический состав масел эфирных из древесной зелени и отходов ш шек сосны корейской: качественный состав масел одинаков; в монотерпеновой фракц выделено 11 компонентов; в сесквитерпеновой - 6; в кислородсодержащей - 6. Домин рующими компонентами эфирных масел являются а-(3-пинены, мирцен, борнилацетат.

7. Исследована вода флорентинная из древесной зелени сосны корейской: обнар жено эфирное масло - 0,02-0,20 %; макро- и микроэлементы (железо, калий, натр магний, марганец, кальций); разработаны технические условия на воду флорентин] "Кедровую"из древесной зелени сосны корейской.

8. Испытания влияния на организм человека эфирных масел сосны корейской в дицинском Центре ОАО «Дальневосточная генерирующая компания» филиала «Ха ровская генерация» компьютерными методами системы «ИМЕДИС», выявили полож тельное действие их при вдыхании; отмечен противовоспалительный и ранозаживля щий положительный терапевтический эффект.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

В изданиях, рекомендуемых ВАК:

1. Продуктивность сосны корейской по биологически активным компонента А.И. Горовой, Р.Д. Колесникова, Ю.Г. Тагильцев, В.А. Цюпко // Лесное хозяйство. 2008,-№6,- С. 31-32.

2. Горовой, А. И. Эфирные масла хвойных растений и перспективы их использ вания / А.И. Горовой, Р. Д. Колесникова, Ю.Г. Тагильцев // Естественные и техническ науки. - 2013. - № 1(63). - С. 79-82.

3. Продуктивность сосны корейской, произрастающей на российском Дальнем В стоке / Горовой А. И., Р. Д. Колесникова, Н. В. Выводцев, Ю.Г. Тагильцев // Ест ственные и технические науки. - 2013.- №4(66). - С. 94-98.

В других изданиях:

4. Хвойные растения Дальнего Востока России и их использование в пищевой о

22

расли / Р.Д. Колесникова, Ю.Г. Тагильцев, А.И. Горовой [и др.] // Хранителна наука, техника и технологии 2008 : науч. конф. с междунар. участием, Пловдив, 24-25 октября, 2008 г. - Пловдив : Изд-во «Полиграф», 2008. - С. 267-271.

5. Использование лесных растений для получения биологически активных продуктов и препаратов на их основе / Ю.Г. Тагильцев, Н.В. Выводцев, А.И. Горовой [и др.] // Эколого-географические аспекты лесообразовательного процесса : материалы Всерос. конф. с участием иностранных ученых, Красноярск, 23-25 сентября 2009 г. - Красноярск : Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, 2009. - С. 218-219.

6. Некоторые пути рационального использования ресурсов кедровников Дальнего Востока / А.И. Горовой [и др.] // Состояние лесов Дальнего Востока и актуальные проблемы лесоуправления : материалы Всерос. конф. с междунар. участием, посвященной 70-летию образования Дальневосточного научно-исследовательского института лесного хозяйства, Хабаровск, 6-8 октября 2009 г. - Хабаровск : Изд-во ФГУ «ДальНИИЛХ», 2009.-С. 113-116.

7. Пат. 2417094 Российская Федерация, МПК А 61 К 36/15, А 61 К 36/14, А 61 Р 43/00. Способ получения эфирного масла из шишек хвойных растений [Текст] / Тагильцев Ю.Г., Караваев C.B., Горовой А.И., Цюпко В.А., Уваровская Д.К., Колесникова Р.Д.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное учреждение «Дальневосточный научно-исследовательский институт лесного хозяйства». — № 2009116077/15; заявл. 27.04.09; опубл. 27.04.11, Бюл. № 12. - 6 с.

8. Перспективы увеличения посадок хвойных деревьев в городе Хабаровске / Н.В. Выводцев, А.И. Горовой, Ю.Г. Тагильцев, Р.Д. Колесникова // Проблемы управления зелеными насаждениями в Хабаровске : материалы Четвертой городской науч.-практ. конф., Хабаровск, 25 ноября 2009 г. - Хабаровск : Изд-во ТОГУ, 2009. - С. 24-27.

9. Горовой, А. И. Перспективы безотходного использования кедра корейского / А.И. Горовой // Леса и лесное хозяйство в современных условиях : материалы Всерос. конф. с междунар. участием, Хабаровск, 4-6 октября 2011 г. - Хабаровск : Изд-во ФГУ «ДальНИИЛХ», 2011. - С. 155-157.

10. Горовой, А.И. Масло эфирное из древесной зелени кедра корейского / А.И. ровой // Биоразнообразие и проблемы экологии Приамурья и сопредельных территори материалы регион, науч. конф. с междунар. участием, Хабаровск, 21-23 ноября 2011 г Хабаровск : Изд-во ДВГГУ, 2012. - С. 147-150.

11. Горовой, А. И. Возможность использования сосны корейской для получен биологически активных веществ / А.И. Горовой, Ю.Г. Тагильцев // Сборник научн трудов SWorld. Материалы междунар. науч.-практ. конф. «Современные направлен теоретических и прикладных исследований '2012», Одесса, 20-31 марта 2012 г. Т. Биология, геология. - Одесса : Изд-во Куприенко C.B., 2012. - Вып. 1. - ЦИТ: 112-1 - С. 3-4.

12. Перспективы использования дальневосточных эфиромасличных растений / Г. Тагильцев, Р. Д. Колесникова, Н. В. Выводцев, А.И. Горовой // Природные ресурсь экология дальневосточного региона : материалы междунар. науч.-практ. форума, Ха ровск 25-26 октября 2012 г. - Хабаровск : Изд-во ТОГУ, 2013. - 205-208.

13. Горовой, А. И. Эфирные масла из шишек дальневосточных хвойных растени Р. Д. Колесникова, Ю. Г. Тагильцев, Д. К. Уваровская // Материалы X междунар. сим зиума «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования», 17-июня 2013 г. -Пущино, 2013. - T. II. - С. 313-317.

14. Масло эфирное из шишек кедра корейского / А.И. Горовой, Н.В. Выводи Ю.Г. Тагильцев, Р.Д. Колесникова // Состояние лесов и актуальные проблемы ле управления : материалы Всерос. конф. с междунар. участием, Хабаровск, 10-11 октяб 2013 г. - Хабаровск : Изд-во ФБУ «ДальНИИЛХ», 2013. - С. 250-257.