CC BY
63
УДК 630.892.6
ДИНАМИКА ЛИПИДОВ И ИХ НЕКОТОРЫХ КОМПОНЕНТОВ ДРЕВЕСНОЙ ЗЕЛЕНИ ЛИСТВЕННИЦЫ СИБИРСКОЙ
© О.Г. Панькив1, В.Н. Паршикова1, Д.Г. Слащенин2, Р.А. Степень2
1 Красноярский государственный торгово-экономический институт,
ул. Л. Прушинской, 2, Красноярск, вв0070 (Россия) E-mail: [email protected];
2Сибирский государственный технологический университет, пр. Мира, 82, Красноярск, вв0049 (Россия)
Проведены исследования древесной зелени лиственницы, изучено сезонное изменение влажности, содержание липидов, пигментов и эфирного масла.
Результаты исследования свидетельствуют о том, что летняя древесная зелень лиственницы сибирской представляет собой сырье, экстрагирование которого неполярными растворителями позволяет получать ценную специфическую продукцию. Ключевые слова: лиственница сибирская, липиды, хлорофиллы, каротиноиды.
Введение
Лиственница сибирская относится к основным лесообразующим породам Сибири. В Красноярском крае по занимаемой площади и запасам древесины среди хвойных древесных пород она уступает лишь кедру и сосне. Вместе с тем лиственничные насаждения характеризуются низкой производительностью и полнотой. В третьем лесокадастровом округе, в котором произрастает около 40% древостоев, эти показатели заметно выше. Средняя продуктивность спелых и перестойных фитоценозов в округе (223 м3/га) существенно превосходит средние запасы кедра (195 м3/га) и сосны (172 м3/га) в крае. По сравнению с другими территориями, заметно выше здесь средняя полнота - 0,63 (0,57), ниже бонитет - 3,0 и возраст древостоев - 170 (180) лет.
Учитывая, что хвойные фитоценозы округа продолжительное время подвергались рубкам, актуальна организация рационального использования оставшихся массивов, основными из которых являются лиственничные насаждения. Наряду со стволовой древесиной, важна и переработка лесосечных отходов, наиболее ценной из которых считается древесная зелень.
Для эффективного использования сырья необходимо располагать данными по составу компонентов, их изменчивости в зависимости от различных биоценотических факторов. В настоящем сообщении рассматриваются результаты исследования липидов древесной зелени лиственницы.
К липидам относятся растворимые в органических растворителях соединения, включающие эфирные масла, пигменты, витамины, нейтральные фосфо- и гликолипиды, а также зола. их содержание в значительной мере определяется породным составом, возрастом древостоев, временем сезона и другими факторами и достигает 15-17% от а.с.с. [1]. Они играют важную биологическую роль и служат сырьем при получении из древесной зелени многих ценных продуктов: хлорофиллинов, пренолов, сильвбиола и др. В данной работе, помимо общего содержания липидов, изучали вклад в них хлорофиллов, каротиноидов и эфирного масла.
Следует отметить, что, по сравнению с древесной зеленью других хвойных пород, изучению компонентного состава охвоенных побегов лиственницы сибирской посвящено относительно небольшое число работ. В значительной мере это обусловлено ограниченностью ее ареала и опадением хвои.
Автор, с которым следует вести переписку.
Серьезные исследования липидного комплекса древесной зелени хвойных пород Сибири и отдельных его составляющих проведены в Сибирском государственном технологическом университете [3]. Сотрудниками проблемной лаборатории выявлены многие закономерности изменчивости содержания липидов, их группового состава, пигментов, витаминов Е, К и С, эфирного масла, минеральных веществ. По динамике липидов, пигментов, эфирного масла, элементного состава золы лиственницы имеются данные и других авторов [1, 2].
Вклад липидов в древесной зелени лиственницы существенно отличается от их содержания в охвоенных побегах других хвойных пород [1]. Его максимальное накопление приходится на июль, когда в сравниваемых образцах содержание липидов минимально. В этот период по его вкладу древесная зелень лиственницы (11-12%) превосходит аналогичные органы других пород.
Значительной биологической активностью обладают пигменты, разделяющиеся на хлорофиллы и каро-тиноиды. Хлорофиллам принадлежит исключительная роль в фотосинтезе растений и жизнедеятельности животных. По своему строению они весьма близки гемоглобину и участвуют в его образовании. Заметную регулирующую роль хлорофиллы оказывают и на нервную систему. О значимости каротиноидов свидетельствует тот факт, что важнейший из них - Р-каротин - является основным «сырьем» в синтезе витамина А. При недостатке последнего происходит задержка роста животных, снижение их продуктивности.
Сведения по содержанию пигментов в древесной зелени хвойных древесных растений российских лесов и их комплексной переработке обобщены В.И. Ягодиным [4]. Более детализированные данные по их содержанию в годовом цикле, включая хвою разных лет жизни, кору и древесину побегов хвойных пород Сибири, приведены Э.Д. Левиным и С.М. Репяхом [5]. Эту проблему изучали и другие авторы [1, 6]. Сравнение результатов анализа пигментов древесной зелени в этих публикациях показывает, что при близком характере сезонной динамики этих продуктов их содержание различается. Такое расхождение в первую очередь относится к каротиноидам. Если в монографии Э.Д. Левина, вклад хлорофиллов и каротиноидов практически одинаков, то в других работах [1] их содержание в летних образцах отличается в несколько раз.
Из всех липидных компонентов при изучении древесной зелени хвойных пород, в том числе и лиственницы, наибольшее внимание уделялось исследованию эфирного масла. Оно имеет большое биологическое и практическое значение. В организме терпеноиды выполняют защитную роль, в прикладном плане являются компонентами многих продуктов, выполняя роль ингибиторов и ароматизаторов. В Сибирском регионе большие заслуги в изучении состава и выхода эфирного масла принадлежат Э.Д. Левину и его сотрудникам [7]. Помимо терпеноидов, ими детально изучены составы фенольных и кислотных компонентов эфирных масел. К сожалению, при этом допущены неточности, поскольку суммы составляющих препаратов не равны 100%. В частности, для лиственничного масла они составляют 100,75%.
Относительно выхода лиственничного эфирного масла имеются существенные расхождения. В монографии Г.Н. Черняевой и др. [1] его средняя величина найдена равной около 0,2% от а.с.м., у Э.Д. Левина максимум достигает 0,8%, в работе Э.В. Степанова [8], в которой вклад масла определяли методом прямого хроматографирования, его значение еще выше. Некоторые отличия отмечаются и в сезонной динамике. Если в первом из приведенных источников происходит постоянное накопление масла, то во второй - после августовского максимума вклад несколько уменьшается. Не изучена его возрастная изменчивость, которая в случае древесной зелени пихты обусловливает варьирование в 5-7 раз. Состав компонентов масла, приводимого разными авторами, практически одинаков. В основном оно представлено монотерпеновыми углеводородами, на которые приходится свыше 80% масла. Главным компонентом является 3-карен, вклад которого составляет половину монотерпеновой фракции. Из кислородсодержащих соединений в лиственничном масле превалирует борнилацетат, сесквитерпеноидов - р-гумулен [9]. Тем не менее в работах разных авторов по количественному содержанию большинства его компонентов имеются заметные расхождения, что требует уточнения. Кроме того, использование ХМС техники позволяет детальнее изучить компонентный состав масла, что может оказаться актуальным в композициях парфюмерно-косметических изделий.
Таким образом, анализ литературных сведений указывает на необходимость уточнения данных по динамике содержания в древесной зелени лиственницы сибирской как липидов в целом, так и их важных биологически активных составляющих - пигментов и эфирного масла. Такие знания весьма полезны при разработке технологий по получению на ее основе новой продукции.
Экспериментальная часть
При проведении исследований древесную зелень отбирали один раз в месяц с 12 деревьев лиственницы 25-30-летнего возраста, произрастающих в 32 км севернее Красноярска. Образцы измельчали до размера частиц 3-5 мм, определяли их влажность и содержание липидов, пигментов и эфирного масла.
Обсуждение результатов
Результаты количественной оценки вклада липидов в древесную зелень лиственницы в сезонном цикле приведены в таблице 1.
Содержание липидов в значительной мере зависит от цикла развития. Если в мае и сентябре их вклад составил 5-7%, то в летние месяцы он возрастает вдвое - до 10-14%. Их динамика противоположна изменчивости накопления липидов в древесной зелени других хвойных пород, в которых их максимум отмечается весной и осенью, а минимум - в июле. По насыщенности этими продуктами в июле древесная зелень лиственницы превосходит сравниваемые растительные материалы, а в июне уступает лишь охвоенным побегам пихты. В связи с этим в июне и июле, в меньшей мере - в августе она может служить эффективным сырьем для выработки, например, ценной бензиноэкстрагируемой продукции, обладающей новыми специфическими свойствами.
особое значение для качества такой продукции имеет содержание в сырье пигментов, поскольку они являются действующей основой получаемых препаратов. Концентрация хлорофиллов и каротиноидов в майско-августовской древесной зелени лиственницы приведена в таблице 2.
Максимум хлорофиллов и каротиноидов в охвоенных побегах лиственницы отмечается в июле. Достаточно богаты пигментами они и в июне и августе, что подтверждает представление о возможности эффективной переработки древесной зелени лиственницы в летнее время. Их содержание в июле, а хлорофиллов -и в августе выше, чем в древесной зелени других пород [1].
Содержание эфирного масла в древесной зелени лиственницы незначительно (табл. 3).
Согласно результатам анализа содержание эфирного масла в ассимиляционном аппарате возрастает в процессе вегетации, достигая максимума в сентябре, в период опада хвои. При этом его накопление в июле-сентябре характеризуется лишь тенденцией. Низкий выход масла указывает на неэффективность его выделения в практических целях. Вместе с тем, судя по успешному включению эфирных масел многих пряно-ароматических растений во многие виды продукции [10], не исключается возможность экономически оправданного его применения в некоторых композициях. С учетом этого идентифицировано большинство компонентов эфирного масла древесной зелени лиственницы и изучена их сезонная динамика.
Компонентный состав июльско-августовского лиственничного эфирного масла, изученного методом хромато-масс-спектроскопии, приведен в таблице 4.
Наибольший вклад в масле принадлежит монотерпеновым углеводородам, на которые приходится 8590% от суммы всех компонентов. Среди них превалируют 3-карен (30-50%) и а-пинен (20-30%). Из других монотерпенов в масле сравнительно много (5-15%) р-пинена, Р-фелландрина и лимонена. Вклад 3-карена возрастает в ходе вегетации, остальных - сокращается.
Таблица 1. Сезонная динамика липидов древесной зелени лиственницы сибирской
Период вегетации Май Июнь Июль Август Сентябрь
Содержание липидов, % 7,2±0,4 12,4±0,5 14,1±0,3 10,3±0,5 5,5±0,5
Таблица 2. Изменчивость содержания пигментов в сезонном цикле, мг/кг а.с.м.
Пигменты Май Июнь Июль Август Сентябрь
Хлорофиллы 253±12 1372±17 2112±20 1822±16 424±15
Каротиноиды 71±7 151±10 203±11 161±12 83±9
Пигменты в целом 324 1523 2314 1983 507
Таблица 3. Сезонная динамика лиственничного эфирного масла
Период вегетации Май Июнь Июль Август Сентябрь
Выход, % от а.с.м. 0,12±0,02 0,16±0,02 0,25±0,03 0,27±0,02 0,27±0,03
Таблица 4. Компонентный состав эфирного масла древесной зелени лиственницы сибирской
Компоненты Содержание, % Компоненты Содержание, %
а-пинен 15,630 Титроциклан 0,763
Камфен 2,347 4-метил 3,453
Р-пинен 7,122 л 4 А-карен 1,576+1,332=2,908
Мирцен 2,270 Мирцен 1,148
А3-карен 24,095 Борнилацетат 4,863
Лимонен 2,109 Кариофиллен 1,769
Р-фелландрин 2,269+5,567=7,836 а-кариофиллен 0,832
у-терпинен 3,149 Гермакрен Б 9,586
Терпинолен 7,538 Р-кадинен 1,799
Гентатринен 0,783
Доля кислородсодержащей фракции, половина которой приходится на борнилацетат, незначительна (412%). Содержание борнилового эфира и борниолов в течение сезона увеличивается, камфора находится на близком уровне.
Незначительным образом в процессе вегетации изменяется и вклад сесквитерпеноидов (7-8%). Их основу составляет р-гумулен и кариофиллен, содержание которых несколько повышается к концу сезона.
Заключение
Результаты исследования свидетельствуют о том, что летняя древесная зелень лиственницы сибирской представляет собой сырье, экстрагирование которого неполярными растворителями позволяет получать ценную специфическую продукцию.
Список литературы
1. Черняева Г.Н., Степень Р.А. Утилизация древесной зелени // Красноярск, 1987. 167 с.
2. Полежаева Н.С. Сезонные изменения содержания липидов и их жирнокислотного состава в однолетних побегах сосны обыкновенной // Химия древесины. 1987. №1. С. 94-98.
3. Репях С.М. Состав и переработка древесной зелени // Химия и химическая технология древесины. Л., 1985. С. 12-17.
4. Ягодин В.И. Выродов В. А. Технология древесной зелени. СПб, 1996. 92 с.
5. Репях С.М. Динамика биологически активных веществ хвои сосны и ели сибирской // Лесной журнал. 1983. №6. С. 91-94.
6. Богданова Г.В. Биологически активные вещества в хвое и листьях древесных пород Сибири. Красноярск, 1975. 16 с.
7. Горностаева Л.И., Репях С.М., Левин Э.Д. Схема исследования эфирных масел древесной зелени // Изучение химического состава древесной зелени. Рига, 1983. С. 48-52.
8. Степанов Э.В., Дубовенко Ж.В. Исследование летучих органических веществ прямым газохроматографирова-нием растительного материала // Известия СО АН СССР. Серия биологических наук. 1970. Вып. 3. №15. С. 152-158.
9. Пентегова В. А., Дубовенко Ж.В., Ралдугин В.О. и др. Терпеноиды хвойных растений. Новосибирск, 1987. 96 с.
10. Паршикова В.Н., Степень Р.А. Ресурсосберегающие технологии и потребительские свойства эфирных масел. Красноярск, 2006. 258 с.
Поступило в редакцию 22 сентября 2008 г.
