Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Биологически активные вещества древесной зелени и шишек Pinus Koraiensis Siebold Et Zucc.

ВАК РФ 03.02.14, Биологические ресурсы

Автореферат диссертации по теме "Биологически активные вещества древесной зелени и шишек Pinus Koraiensis Siebold Et Zucc."

На правах рукописи

Горовой Александр Иванович

биологически активные вещества древесной зелени

и шишек р1шб конлштк 81евоьо ет гисс.

(получение, состав, использование)

03.02.14 — биологические ресурсы

5 АБГ 2015

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Владивосток, 2015

005571304

005571304

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

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Тагилыдев Юрий Григорьевич

Официальные оппоненты: Семкин Борис Иванович

доктор биологических наук, профессор, ФГБУН «Тихоокеанский институт географии Дальневосточного отделения РАН», лаборатория биогеографии и экологии, ведущий научный сотрудник Зорикова Светлана Петровна (Раилко С.П.) кандидат биологических наук, ФГБУН «Горнотаежная станция им. JI.B. Комарова Дальневосточного отделения РАН», лаборатория лекарственных растений, старший научный сотрудник

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Приморская государственная сельскохозяйственная академия», г. Уссурийск

Защита состоится «25» сентября 2015 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 005.005.02 в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки «Тихоокеанский институт биоорганической химии им. Г.Б. Елякова Дальневосточного отделения РАН» по адресу: 690022, г. Владивосток, проспект 100- летая Владивостока, 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 библиотеки ДВО РАН (г. Владивосток, проспект 100- летая Владивостока, 159, ТИБОХ ДВО РАН).

Текст автореферата размещен на сайте: www.piboc.dvo.ru

Автореферат разослан 2015 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат биологических наук

А.В. Салохин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Комплексное использование лесных ресурсов пищевого, лекарственного, технического сырья является важной проблемой лесного хозяйства.

Хвойно-широколиственные леса, основная лесная формация на юге российского Дальнего Востока и сосна корейская (Pinns koraiensis Siebold et Zucc.) входит в состав этих лесов. В литературе лесоводы сосну корейскую называют кедром корейским (Ивашкевич, 1923; Колесников, 1956; Соловьев, 1958; Корякин, 2007; Гуков, 2014). Лесас Pinns koraiensis занимают особое положение по возрастной структуре древостоев, по многообразию древесных пород, хозяйственному значению среди других лесов южной материковой части российского Дальнего Востока. К 60-70 годам прошлого столетия в области распространения хвойно-широколиственных лесов (Приморский край и южная часть Хабаровского края) на сосну корейскую, по данным А.И. Кудинова (1987), приходилось около 50 % заготавливаемой древесины. Автор исследовал хвойно-широ-колиственные леса Дальнего Востока, в частности сосну корейскую, и пришел к выводу об её 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 сосны корейской были запрещены. Нормативными правовыми актами разрешаются только рубки промежуточного пользования. При этом используется 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, нефтепроводов, газопроводов, железных и автомобильных дорог. На лесосеках остаются отходы от рубок древесины, из которых возможно по-

лучать ценные биологически активные вещества: эфирные масла, флорентинные воды, дубильные вещества. Применяя новые технологии, эти вещества можно извлекать из порубочных остатков и отходов шишек сосны корейской. В связи с этим изучение биологически активных веществ является актуальной задачей.

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

- изучить распространение, экологию и ресурсы сосны корейской в Приморском крае и на юге Хабаровского края;

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

- разработать способы и технологию получения эфирных масел и водомасляных продуктов из древесной зелени и отходов шишек сосны корейской;

- исследовать химический состав и выход эфирных масел и флорентинной воды сосны корейской;

- разработать технические условия на новые продукты;

- обобщить сведения об использовании полезных продуктов сосны корейской.

Научная новизна. Изучен ресурсный потенциал сосны корейской на российском Дальнем Востоке по площадям и запасам древесины. Разработан способ получения эфирного масла и воды флорентинной из отходов шишек сосны корейской (патент № 2417094 РФ, 2011г.). Изучен выход, химический состав и физико-химические характеристики эфирных масел из отходов шишек сосны корейской, выявлены биологически активные компоненты и проведена их идентификация. Разработана лечебно-профилактическая подушка из древесной стружки сосны корейской (патент № 142469 РФ 2014 г.).

Теоретическая и практическая значимость работы. Разработаны технические условия и технологический регламент для веществ, полученных из сосны корей-

ской: «Масло эфирное из древесной зелени», «Масло эфирное из отходов шишек», «Вода флорентинная».

Эфирное масло и вода флорентинная, полученные из древесной зелени и отходов шишек сосны корейской были испытаны в Медицинском центре ОАО «Дальневосточная генерирующая компания» филиала «Хабаровская генерация». Выявлены положительные результаты, что дает основание для их лечебного использования.

Монография автора «Сосна корейская - Pinus koraiensis» (2014 г.) отражает результаты комплексного исследования недревесных продуктов сосны корейской. В книге представлены данные по химическому составу и технологии получения эфирных масел из древесной зелени и отходов шишек.

Разработана схема и изготовлена лабораторная установка для извлечения биологически активных веществ из древесной зелени и отходов шишек сосны корейской.

Способ получения масла эфирного из отходов шишек сосны корейской и технические условия внедрены на промышленной установке предприятия ООО «Ридер» (территория района им. Лазо Хабаровского края).

Запатентованные разработки удостоены дипломов, золотой и серебряной медалей на международных выставках изобретений и инновационных технологий в Москве и Санкт-Петербурге.

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-географичес-кие 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, 2013); Всероссийской конференции с международным участием «Состояние лесов и актуальные проблемы лесоуправления» (Хабаровск, 2013); Международной научно-практической конференции «Состояние и перспективы использования недревесных ресурсов леса» (Кострома, 2013); Всероссийской конференции с международным участием, посвященной 75-летию образования Даль-НИИЛХ «Проблемы устойчивого управления лесами Сибири и Дальнего Востока» (Хабаровск, 2014).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ, в том числе три статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки Российской Федерации: «Лесное хозяйство», 2008 г. №6; «Естественные и технические науки», 2013 г. №1 и №4, получено два патента на изобретения.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы, включающего 255 наименований, в том числе 17 на иностранных языках. В приложениях приводятся данные о результатах испытания эфирного масла и флорентинной воды и акт внедрения запатентованной технологии получения масла эфирного из отходов шишек сосны корейской. Работа изложена на 152 страницах, иллюстрирована 23 рисунками, содержит 18 таблиц.

ГЛАВА 1 ОБЗОР ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЙ

В главе приводится литературный обзор по вопросам изучения смешанных хвойно-широколиственных лесов, их росту и развитию, организации и ведению хозяйства в этих лесах, прижизненному использованию полезностей сосны корейской,

б

способы переработки отходов для извлечения ценных биологически активных веществ (масел эфирных и воды флорентинной).

ГЛАВА 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 2Л Характеристика объектов исследований

Объектами исследований являлись древесная зелень и шишки сосны корейской.

Зелень древесная (охвоенные побеги) представляет собой хвою, почки и неодре-весневшие побеги (ГОСТ 217669-84). Нами отбиралась зелень древесная для получения биологически активных веществ (эфирных масел и флорентинной воды) от 35 деревьев 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.

Шишки сосны корейской яйцевидно-конической или цилиндрической формы, с отогнутыми наружу семенными смолистыми чешуями. Для исследования использовались отходы переработки шишек, измельченные посредством механического дробления при извлечении семян. Отбор материала производился осенью, непосредственно, на местах сбора и заготовки шишек в Аванском и Хорском лесничествах Хабаровского края.

2.2 Методы исследований

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 ареометрами, кислотное число — по ГОСТ 17823.1-72, водородный показатель

pH - на приборе рН-метре, каротиноиды - на фотоэлектроколориметре КФК. Витамин С и кумарины определялись титрометрическими методами (Цитович,1977; Ладыгина и ,др., 1983;). Анализ полученных данных проводился с использованием компьютерной программы Statistika 8. Медицинские испытание масла эфирного из зелени древесной и воды флорентинной сосны корейской 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 (Pinus koraiensis) относится к роду сосна (Pinns L.), семейство сосновые (Pinaceae Lindl.),

Общее распространение лесов с Pinns koraiensis: Китай (северо-восток), Корея, Япония (о. Хонсю, о. Сикоку). На российском Дальнем Востоке сосна корейская распространена на северо-востоке по побережью Японского моря и Татарского пролива, по восточным склонам Сихотэ-Алиня, ареал доходит до Советской Гавани; по западным склонам Сихотэ-Алиня он протянулся от южной оконечности этого хребта до пос. Софийска. На центральной, высокогорной части Сихотэ-Алиня сосна корейская не рас тет. От Софийска граница ареала резко поворачивает на юго-запад и, пересекая среднее течение Горина, Кура и Урми, достигает Буреинского хребта, западнее которого она встречается очень редко. Но и в пределах ареала сосна корейская растет не повсеместно. Высоко в горы сосна корейская не заходит. На южных склонах Сихотэ-Алиня она поднимается не выше 900 м над уровнем моря, на северных - не выше 500-600 м.

Сосна корейская, произрастает в разнообразных условиях рельефа и почвогрун-тов, в долинах рек, в поймах и на надпойменных террасах, на различных по крутизне и направлению горных массивов. Высокой продуктивностью обладает сосна корейская, растущая на пологих склонах с рыхлыми, глубокими суглинистыми почвами, богатыми гумусом, хорошо дренированными и подстилаемыми мелко каменистой

подпочвой. Менее продуктивна она на неглубоких почвах крутых склонов и почвах с недостаточным дренажем. Весенние и осенние холодные периоды переносит хорошо.

Сосна корейская - одна из основных лесообразующих пород, индикатор хвойно-широколиственных лесов, которые имеют огромное водоохранное, водорегулирующее, противоэрозионное и рыбоохранное значение.

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

Смешанные леса с Pinns koraiensis широко распространены в южной материковой части Дальнего Востока (Корякин, 2007). На рисунке 1 показано распределение площадей данных лесов по группам возраста.

■ Молодняки ■ Приспевающие

I Средневозрастные ■ Спелые и перестойные

Рисунок 1- Распределение площади лесов с Pinns koraiensis 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 рисунке 2 представлено распределение запасов древесины лесов с Pinns koraiensis по группам возраста.

■ Молодняки ■ Средневозрастные

Приспевающие ■ Спелые и перестойные

Рисунок 2 - Распределение запасов древесины лесов

с Ртш когшетгз по группам возраста

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

Общая площадь смешанных лесов с Ртш когшетгз юга российского Дальнего Востока составляет более 2,5 млн гектар с общим запасом древесины сосны корейской около 500 млн м? (Корякин,2007). Из этих данных следует, что запасы сосны корейской значительны для вовлечения их в комплексное лесопользование.

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

Рисунок 3 - Продукты и 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 сосны корейской, как альтернатива промышленным рубкам (Горовой, 2008; Тагильцев, Выводцев, Горовой, 2009; Горовой и др., 2011, 2012, 2013).

ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ЭФИРНЫХ МАСЕЛ СОСНЫ КОРЕЙСКОЙ

Основным способом извлечения эфирных масел из древесной зелени является перегонка 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

11

°С й выше, пропущенного через древесную зелень хвойных пород или отходов шишек сосцы корейской, извлекать масло вместе с паром. Получение эфирного масла из отходов шишек технологически отличается от получения эфирных масел из древесной зелени сосны корейской.

Разработан способ получения масла эфирного из отходов шишек сосны корейской, содержащий наибольшее количество биологически активных веществ (см. таблицу 1).

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 отходов шишек сосны корейской, освобожденных от семян, извлекалось 1,7-2 кг эфирного масла. Экспериментальные данные по выходу и составу эфирного масла приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 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 из отходов шишек (абсолютно сухая масса сырья), % 0,1 1,2 0,9 0,4

Наибольший выход масла эфирного из отходов переработки шишек сосны корейской достигается при перегонке с температурным режимом 100 - 110 °С.

12

Таблица 2 - Основные компоненты масла эфирного, полученные из измельченных отходов шишек сосны корейской

Основные компоненты,% 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+ (3) фелландренов 1,5 16,4 16,0 6,2

Борнилацетат 9,4 28,6 20,6 15,8

Из таблицы 2 видно, что оптимальными температурами перегонки являются температуры 100 -110 °С, так как они позволяют получать масло эфирное масло с максимальным содержанием основных компонентов.

В таблице 3 показано, в сравнении с не измельченной (шишкой без семян), что измельчение сырья влияет на величину выхода масла. Так, для отходов шишек сосны корейской целесообразно дробление до размеров 1,5-2,5 см. В таком случае достигается максимальный выход, в процентном выражении, основных биологически активных компонентов масла эфирного.

Таблица 3 - Основные компоненты масла эфирного получаемые из не измельченных шишек и из отходов шишек сосны корейской при различном измельчении

Основные компоненты, % масс. Температурный режим перегонки, 100 °С

Не измельченные шишки (шишка без семян) 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+Р) фелландренов 2,2 3,8 | 17,6 1 16,4 4,6

Борнилацетат 5,8 1 9,6 1 28,8 | 22,4 12,4

Масло эфирное, полученное из отходов шишек, представляет собой прозрачную светло-желтую жидкость с приятным хвойным ароматом. Плотность масла из древесной зелени сосны корейской, собранной в Приморском крае: 0,853 - 0,888 г/см3 , в Хабаровском крае: 0,854-0,881 г/см3.

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

Эксплуатация дальневосточных лесов началась с заготовки древесины сосны корейской, которая долгое время вместе с елью аянской, была главным объектом лесозаготовок (Соловьев, 1958), однако промышленные лесозаготовки зачастую повышали трансформацию лесных экосистем (Ковалев, 2004). Повреждались важные компоненты фитоценоза, резко изменялась экологическая обстановка. В связи с этим возникали проблемные аспекты использования не только древесины, но и комплексного освоения сосны корейской и, особенно, отходов от рубок ухода и санитарных рубок. В. Н. Корякин (2005) определил пять типов комплексного лесопользования: лесоводственно-ресурсный, "кедрово"-восстановительный, реконструктивный, селекционно-семенной и особо защитный. Комплексное лесопользование становится одним из важнейших элементов современного развития лесного хозяйства.

Сосна корейская при применении технологии глубокой и полной переработки древесных отходов, шишек может быть источником пищевых и биологически актив-

ных веществ и продуктов: семена, пищевое жирное масло, эфирные масла, хвойно-витаминная мука.

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

Для получения эфирных масел и флорентинных вод использовали зелень древесную сосны корейской, соответствующую ГОСТ 21769-84. Запасы древесной зелени позволяют развивать промышленное производство эфирных масел. Изучался выход эфирного масла из древесной зелени и отходов переработки шишек. В таблице 4 представлены средние данные о массе древесной зелени и выходе эфирных масел сосны корейской по ступеням толщины (диаметр дерева на высоте 1,3 м).

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

Ступени Сосна корейская Ступени Сосна корейская

толщины, зелень масло толщины, зелень масло

см древесная эфирное см древесная эфирное

12 266 1,80 40 43 0,29

16 138 0,93 44 41 0,28

20 95 0,65 48 40 0,27

24 80 0,54 52 38 0,26

28 65 0,44 66 37 0,25

32 55 0,37 60 36 0,24

36 48 0,33

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 рисунке 4 представлен график зависимости выхода биомассы древесной зелени по ступеням толщины с 1 м? древесины стволов.

I

и

Ступени толщины, см

Рисунок 4 - Зависимость выхода биомассы древесной зелени по ступеням

толщины с 1 м? древесины стволов Ресурсы древесной зелени довольно просто можно определить умножением. Количество древесной зелени приходящейся на 1 м^ стволовой древесины для данного среднего диаметра древостоя, умножить на его запас. Выход масла из зелени в пересчете на 1 м3 древесины уменьшается с увеличением ступени толщины деревьев.

5.1 Изучение динамики выхода масла эфирного из древесной зелени сосны корейской в течение года Изучена динамика выхода эфирного масла по месяцам в течение года. На рисунке 5 представлена динамика выхода эфирного масла из древесной зелени сосны корейской.

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

ä /у* ' X у /////

» «Г • > Месяцы

Рисунок 5 - Динамика выхода эфирного масла сосны корейской в течение года Регрессионное уравнение связи выхода эфирного масла с древесной биомассой по ступеням толщины стволов выглядит следующим образом:

БДЗ + 0,5488- 0,0089 хСТ эм =-

148,10

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

Для характеристики качества масла и дальнейшей разработки технических условий на масло эфирное из древесной зелени и отходов шишек сосны корейской, исследовались его физико-химические характеристики. Результаты представлены в таблице 5.

Таблица 5 - Физико-химические характеристики эфирных масел из древесной зелени и отходов шишек сосны корейской

Наименование сырья Физико-химические характеристики

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

Масло эфирное из древесной зелени сосны корейской 0,854 -0,881 0,98-1,12 12,9-14,4 1,4743-1,4752

Масло эфирное из отходов шишек сосны корейской 0,865 -0,885 1,01-1,52 14,0-16,0 1,4752-1,4760

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

Таблица 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 Борнил ацетат 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 аромат и ценные свойства. Однако и минорные компоненты усиливают целебные свойства масла, особенно хамазулен, обладающий ранозаживляющим, противовоспалительным и противоопухолевым действиями.

На рисунке 6 представлены данные продуктивности по основным, доминирующим компонентам эфирных масел, полученным из древесной зелени сосны корейской в расчете на 1 м? стволовой древесины в кг. Цдя сравнения показана продуктивность по основным компонентам эфирных масел других дальневосточных хвойных пород (Тагильцев, 1999).

кг 1,4 1,2

Ц

д ___■ННМ^ЯШ--

Пихта белокорая

■ а-пинен ■ р-пинен • ДЗ-карен ■ Борнилацетат ■ Хамазулен

Рисунок 6 - Продуктивность сосны корейской и других дальневосточных хвойных пород по основным компонентам масел эфирных из древесной зелени с 1 м? стволовой древесины Важным продуктом, получаемым из древесной зелени, является хвойно-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 эфирного масла и воды флорентинной (Горовой и др., 2008; Горовой, 2011; Горовой и др., 2012; Горовой, 2013).

5.2 Эфирные масла из древесной зелени и отходов шишек сосны корейской Зелень древесная и отходы переработки шишек сосны корейской, являются сырьем для извлечения масел эфирных.

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 выде-

Сосна корейская

Сосна обыкновенная

Ель аянская

лено 11 индивидуальных веществ, физические константы которых приведены в таблице 7.

Таблица 7 - Физические константы монотерпеновых углеводородов эфирных

масел из древесной зелени 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°

ß-пинен 0,8675 1,4773 +26,8и

Д3-карен 0,8622 1,4719 +17,0и

Дипентен 0,8426 1,4728 0"

Камфен 0,8430 1,4553 -93й

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 0й

Терпинолен 0,8673 1,4872 0и

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

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

Образцы полученных нами эфирных масел из древесной зелени и отходов шишки сосны корейской были совместно исследованы в Новосибирском институте органической химии им. H.H. Ворожцова СО РАН, под руководством заведующего лабораторией терпеновых соединений, доктора химических наук, профессора A.B. Ткачева. Исследования выполнялись хромато-масс-спектрометрическим методом на приборе Agilent 5973N.

В эфирном масле из древесной зелени сосны корейской обнаружено 33 компонента, а в эфирном масле из отходов шишек - 29.

Результаты 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

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

Испытания воды флорентинной, проведенные в медицинском Центре «Дальневосточной генерирующей компании» филиала «Хабаровская генерация», выявили положительный терапевтический эффект на организм человека при использовании ее в лечебно-профилактических ваннах.

Вода флорентинная из отходов шишек сосны корейской по физико-химическим характеристикам отличается незначительно от флорентинной воды из древесной зелени. Вода из отходов шишек представляет собой опалесцирующую жидкость без механических примесей: коэффициент яркости составляет 0,23х10"3; цвет - светло-желтый; вкус - горько-кисло-солоноватый, привкус - вяжущий; запах — приятный, хвойный; плотность при 20 °С - 0,994-0,997 г/см3; кислотное число составляет 0,4-0,5 мг КОН на 1 г продукта; водородный показатель рН - 5,2-5,4; витамин С - 0,3-0,4 мг/дм^; каротиноиды - 0,8-0,9 мг/дм^; кумарины 0,3 - 0,4 %.

Для промышленного выпуска воды флорентинной разработаны технические условия. В их основу были положены результаты исследований физико-химических характеристик воды флорентинной из древесной зелени сосны корейской.

С целью практического использования вода флорентинная была испытана на добровольцах в медицинском Центре «Дальневосточной генерирующей компании» и оказала положительное влияние на сердечно-сосудистую, иммунную и нервную системы, и перспективна для использования в лечебных и профилактических целях (может применяться для ванн, ингаляций, промываний, орошений).

ВЫВОДЫ

1. При изучении распространения сосны корейской (Pinns koraiensis) на российском Дальнем Востоке определены ресурсы по площадям, по запасам древесины, по группам возраста; площади средневозрастных насаждений составляют 70,1 % от территории занятой широколиственными лесами; приспевающих — 19,6; спелых и перестойных - 7,3; молодняков - 3 %, а по запасам древесины, соответственно, 68,5 %; 22,2; 8,7 и 0,6 % от общего запаса около 500 млн м3.

2. Оптимальные параметры получения эфирных масел из измельченных шишек сосны корейской: температура - 100 - 110 °С; давление - 0,09 - 0,12 МПа; продолжительность цикла - 6 часов. Способ позволяет получать масло эфирное с повышенным содержанием а-пинена - 22,7 %; ß-пинена- 23,8; фелландренов - 16,4 и борнилацетата - 28,6 %.

3. Для осуществления промышленного получения масла эфирного из древесной зелени и отходов шишек сосны корейской разработан технологический регламент, в котором даны характеристики технологического процесса и описание установки.

4. Годичная динамика по выходу эфирных масел сосны корейской показала, что минимальное значение из древесной зелени в июле составило — 0,45 %; с октября по апрель месяцы - 0,91 - 1,22 %. Выход эфирного масла из отходов шишек изменялся от 0,80 до 1,42%.

5. Физико-химические характеристики эфирного масла из древесной зелени и отходов шишек сосны корейской: плотность, показатель преломления, кислотное число, массовая доля борнилацетата имеют близкие значения, и на основе изученных величин разработаны технические условия на эфирные масла сосны корейской.

6. Хроматографический анализ масел эфирных из древесной зелени и отходов шишек сосны корейской выявил, что качественный состав масел одинаков. В моно-терпеновой фракции выделено 11 компонентов; в сесквитерпеновой - 6; в кислородсодержащей - 6. Доминирующими компонентами эфирных масел являются а-р-пинены, мирцен, борнилацетат.

7. Вода флорентинная из древесной зелени сосны корейской содержит эфирное масло в количестве 0,02-0,20 %, макро- и микроэлементы (железо, калий, натрий, магний, марганец, кальций). Разработаны технические условия на воду флорентинную из древесной зелени.

8. При испытании влияния на организм человека эфирных масел сосны корейской в медицинском Центре ОАО «Дальневосточная генерирующая компания» филиала «Хабаровская генерация» компьютерными методами системы «ИМЕДИС» выявлен противовоспалительный и ранозаживляющий терапевтический эффект.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Продуктивность сосны корейской по биологически активным компонентам / А.И. Горо-вой, Р. Д. Колесникова, ЮР. Тагильцев, В А. Цюпко // Лесное хозяйство. - 2008. - № 6. - С. 31 -32.

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

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

4. Хвойные растения Дальнего Востока России и их использование в пищевой отрасли / 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. Патент 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. 2427.

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. Горовой // Биоразнообразие и проблемы экологии Приамурья и сопредельных территорий : материалы регион, науч. конф. с междунар. участием, Хабаровск, 21-23 ноября 2011 г. - Хабаровск : Изд-во ДВГТУ, 2012. - С. 147-150.

11. Горовой, А. И. Возможность использования сосны корейской для получения биологически активных веществ / А.И. Горовой, Ю.Г. Тагильцев // Сборник научных трудов SWorld. Материалы междунар. науч.-практ. конф. «Современные направления теоретических и прикладных исследований '2012», Одесса, 20-31 марта 2012 г. Т. 31. Биология, геология. - Одесса : Изд-во Куприенко C.B., 2012. - Вып. 1. — ЦИТ: 112-158.-С. 3-4.

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

13. Горовой, А. И. Эфирные масла из шишек дальневосточных хвойных растений / Р. Д. Колесникова, Ю. Г. Тагильцев, Д. К. Уваровская // Материалы X междунар. симпозиума «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования», 17-21 июня 2013 г. - Пущино, 2013. - Т. II,- С. 313-317.

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

15. Перспективы использования Дальневосточных эфирно-масляничных растений и поиск рынков сбыта их продукции / А.И. Горовой, Ю.Г. Тагильцев, Р.Д. Колесникова, Н.В. Выводцев // Состояние и перспективы использования недревесных ресурсов леса : сборник статей (Международная научно-практическая конференция; Кострома, 10-11 сентября 2013). - Пушкино : ВНИИЛМ, 2014. - С. 165-170.

16. Патент 142469 Российская Федерация МПК А 61 К 36/15, А 47 G 9/10. По-

душка кедровая лечебно-профилактическая [Текст] / Горовой А.И., Тагильцев Ю.Г., Колесникова Р.Д., Цюпко В.А.; заявитель и патентообладатель Горовой Александр Иванович. - №2013146443 ; заявл. - 17.10.13 ; зарегистр. - 23.05.14.

17. Горовой, А.И. Подушка кедровая лечебно-профилактическая /А.И Горовой // Проблемы устойчивого управления лесами Сибири и Дальнего Востока : материалы Всерос. конф. с междунар. участием, посвященной 75-летию образования ДальНИИЛХ, Хабаровск, 1-3 октября 2014 г. - Хабаровск : Изд-во ФБУ «ДальНИИЛХ», 2014.-С. 131-133.

18. Горовой А.И. Сосна корейская {Р1пш когсиепйк) / А.И. Горовой // Монография, 2014 г. - Хабаровск : Изд-во ФГБОУ «ДВГУПС», 2014. - 122 с.

19. Горовой А.И. Сосна корейская ("кедр" корейский) / А.И. Горовой // Недревесные лесные продукты Дальнего Востока России. - ФБУ «ДальНИИЛХ», Хабаровск, 2014-гл. 2.-С. 98-110.

Лицензия ЛР М' 040963 от 12.05.1999 г. Объем 1,6 п.л. Тираж 100 экз.

Издательство ФБУ «Дальневосточный научно-исследовательский институт лесного хозяйства» (ФБУ «ДальНИИЛХ») 280020, г. Хабаровск, ул. Волочаевская, 71. Тел.: (4212) 21-67-64, факс: (4212) 21-67-98, e-mail: dvniilh@gmail.com