CC BY
21УДК 58.006; 58.01.07
Растения
специального назначения и их использование в ЭкоКосмоДоме
ЗЫЛЬ Н.С., БАТАЛЕВИЧ Н.В., ШАХНО Е.А. (г. Минск)
Рассмотрены основные классы растений, пригодные для выращивания в условиях ЭкоКосмоДома (ЭКД) и используемые в качестве замены традиционных средств бытовой химии, косметических препаратов, антимикробных агентов и т. д. Представлены результаты экспериментальной части работы, в процессе которой были получены фитонцидсодержащие экстракты хвойных деревьев и образцы мыла из мыльных орехов.
Ключевые слова:
ЭкоКосмоДом (ЭКД), растения специального назначения, фитонцид, мыльные орехи, средства бытовой химии.
D
LJ настоящее время актуальным для ЭкоКосмоДома (ЭКД) как для замкнутой биосферы является подбор растений и способов их использования в различных областях, например, для замены традиционных средств бытовой химии, косметических препаратов, антимикробных агентов и т. д. В качестве альтернативного средства можно применять растения специального назначения - мыльные, красильные, насекомоядные, фитонцидсодержащие и др. Термин «растения специального назначения» подразумевает под собой наиболее подходящие виды растений с полезными свойствами [1].
Подробнее рассмотрим основные классы растений с учётом условий их произрастания в ЭКД. Исторически первым моющим средством была вода. Однако, когда вода не помогала, люди использовали селитру, золу, опилки, яичные желтки и т. д. Во многих странах для мытья тела и стирки одежды применялись мыльные растения, способные образовывать пену благодаря содержащимся в них особым веществам - сапонинам (от лат. sapo -мыло) [2].
В растениях сапонины обычно находятся в растворённом виде в клеточном соке почти всех органов. Количество сапонинов колеблется в широких пределах. В таблице 1 приведён список растений, имеющих в своём составе сапонины [3].
Таблица 1 - Растения, содержащие сапонины
Растение Семейство Сырьё
Аралия маньчжурская Аралиевые Корни
Астрагал пушистоцветковый Бобовые Трава
Астрагал шерстистоцветковый Бобовые Трава
Диоскорея кавказская Диоскорейные Корневища с корнями
Диоскорея ниппонская Диоскорейные Корневища с корнями
Женьшень обыкновенный Аралиевые Корни
Заманиха высокая Аралиевые Корневища с корнями
Левзея сафлоровидная Сложноцветные Корневища с корнями
Солодка голая Бобовые Корни
Солодка уральская Бобовые Корни
Якорцы стелющиеся Парнолистковые Трава
Мыльнянка лекарственная Гвоздичные Корни
Горицвет Лютиковые Трава
Смолёвка обыкновенная Гвоздичные Трава
Одним из наиболее распространённых растений является мыльнянка лекарственная («мыльная трава», «красный мыльный корень», «собачье мыло»). При растирании корней (особенно предварительно высушенных и измельчённых) с горячей водой образуется пышная пена, не оседающая долгое время. Содержание сапонина в мыльнянке -до 32 %.
Кроме мыльнянки широко известны мыльные орехи - плоды мыльного дерева (до 40 % сапонинов) [4]. Водные растворы мыльных орехов обладают рядом полезных свойств, таких как антибактериальные, противовоспалительные, смягчающие, питательные, увлажняющие, отбеливающие.
В условиях ЭКД целесообразно выращивать мыльные деревья, так как их плоды можно использовать для мытья в чистом виде (замена моющим средствам и средствам бытовой химии) или в виде порошка на основе мыльных орехов. Мыльные деревья хорошо растут на суглинистых почвах и не требуют специального ухода.
Ещё один полезный вид растений, пригодный для культивирования в ЭКД, - красильные растения, содержащие в своих органах (листья, корни, стебли, плоды, цветки, семена) и тканях красящие вещества (пигменты), применяемые для производства красок. Красильные растения были одними из первых, которые человек начал использовать для окраски тканей: обработанные таким способом, они не выгорали на солнце, не линяли, являлись безопасными для здоровья человека [5].
В настоящее время в связи с расширением производства синтетических анилиновых красителей растительные краски употребляются только в традиционной и шёлковой промышленности. К числу наиболее известных растений этого класса относятся куркума, хна, марена, ноготки, барбарис, гранат и др. В условиях ЭКД красильные растения можно применять для окраски не только тканей, бумаги, древесины, но и масла, сыра, риса, хлебопекарных изделий.
Интересными, на наш взгляд, с точки зрения использования в ЭКД являются насекомоядные растения, способные ловить и переварить насекомых, а также мелких животных. Существует примерно 500 видов таких растений. В основном они произрастают в местах с повышенной влажностью; недостаток азота компенсируют за счёт пойманных и переваренных жертв. К самым распространённым видам относятся росянка, венерина мухоловка, жирянка, саррацения. Данные растения подходят для разведения в условиях ЭКД и помимо ловли насекомых могут выполнять декоративную функцию [6].
Одними из наиболее важных растений с широким прикладным значением являются растения, богатые фитонцидами - веществами растительного происхождения, которые обладают свойством тормозить рост микроорганизмов, а в некоторых случаях и убивать их. К фитонцидам относятся определённые эфирные масла. Фитонциды обуславливают естественный иммунитет растений, служат регуляторами роста и развития, участвуют в процессах дыхания и терморегуляции. Основными представителями класса растений, содержащих максимальное количество фитонцидов, являются сосна, пихта, ель, дуб, тополь, лук, чеснок, хрен, горчица и др. Данные растения, влияющие также на состав атмосферы, пригодны для выращивания в условиях ЭКД. Извлечение фитонцидов из сырья может происходить, например, путём экстракции [7].
Среди растений специального назначения значимое место занимают растения-фитофильтры, способные поглощать из воздуха вредные вещества, пыль, электромагнитные излучения. В настоящее время существует целое направление - фитодизайн, который учитывает положительное влияние растений на человека. Самый знаменитый цветок - алоэ - способен очищать воздух от формальдегида. Плющ древовидный поглощает до 90 % бензола. Маранта беложильчатая поглощает аммиак и способствует увлажнению воздуха. Данные свойства весьма важны в условиях ЭКД [8].
Для ЭКД представляют интерес растения-подсласти-тели. Растения данной группы - стевия, топинамбур, с и др. [9] - содержат природные сахара, которые более полезны и менее калорийны, чем сахар из сахарной свёклы.
Растения могут быть эффективно использованы в качестве замены многих продуктов химической промышленности. Производство ценной продукции из растительного сырья не требует сложного аппаратурного оформления и не загрязняет ЭКД. В таблице 2 приведены расчёты по необходимым затратам и площадям ЭКД на каждый из видов растений.
Таблица 2 - Расчёт количества растений специального назначения
для обеспечения ЭКД необходимой продукцией природного происхождения
Наименование продукта
Норма расхода растительной продукции в месяц на одного человека, кг
Количество продукции в месяц для обеспечения 100 человек, кг
Количество продукции, получаемой с одного растения в месяц, кг
Количество растений, шт.
Занимаемая площадь, м2
1. Растения -моющие средства (мыльные орехи Бартдиз Микогозз¡, Бартёиз ШоМиг)
2. Красильные растения (куркума, хна, марена, ноготки, барбарис, гранат и др.)
3. Насекомоядные растения
4. Фитонцидсодержащие растения
5. Растения-фитофильтры
6. Растения-подсластители
100
0,05 5 0,1
Не расходуется Не расходуется Не расходуется
Не расходуется Не расходуется 1
Не расходуется Не расходуется Не расходуется 0,6 60 0,025
20
200
50
50 100 100 2400
100
5 200 10 500
На основании вышеизложенного представляет интерес изучение авторами статьи нескольких представителей растений специального назначения, оценка и визуализация их полезных свойств в рамках проекта ЭКД.
Объекты исследования: образцы растительного материала (хвоя сосны, ели), мыльные орехи S. Mukorossi, S. Tri folia tus.
Экспериментальная часть
1. Для экстракции эфирных масел предварительно измельчённые в ножевом измельчителе до длины 3-6 мм образцы хвои сосны и ели смешивались с этиловым спиртом, водой в массовых соотношениях в пересчёте на сухое вещество 3 :1; 2 :1; 1 :1; 1 : 2; 1 : 3; 1 : 4; 1 : 5 и оставлялись в закрытой таре на 7-10 дней для получения концентрированного настоя.
2. Для изготовления моющих средств мыльные орехи замачивались в воде на сутки в соотношении 3:4 по массе. Полученная смесь обрабатывалась двумя различными способами в зависимости от желаемого конечного продукта.
2.1. Для получения моющего порошка созданная в п. 2 смесь измельчалась без дополнительного добавления воды. При этом образовавшаяся густая пена высушивалась в слое 1-3 см при температуре 40 °С в течение 24 ч и измельчалась до появления порошка с размером частиц 0-2 мм.
2.2. Для получения жидкого мыла к одной части смеси мыльных орехов с водой прибавлялась две части воды. Затем смесь измельчалась в ножевом измельчителе на минимальных оборотах длительное время. Образованная в результате тёмно-коричневая суспензия фильтровалась, фильтрат упаривался до получения вязкого раствора, содержащего 15-20 % сапонинов по массе.
Результаты
Хвойные эфирные масла являются сильнейшими по своим свойствам природными фитонцидами. В ходе работы
был выбран оптимальный путь выделения хвойных масел из природного сырья - хвои ели и сосны - путём дистилляции. На рисунке 1 изображены хвойные экстракты, полученные при различных соотношениях сырья к спирту. Установлено, что соотношение сырья к спирту должно составлять 3 :1 для получения максимального выхода эфирного масла. Однако при соотношении 2:1 и 3:1 выход продукта практически идентичен. В водной среде степень извлечения значительно меньше, чем в спиртовой. Время настаивания - не менее 10 дней. Существенное влияние также имеет степень измельчения сырья (оптимально -максимально возможное).
Спиртовой настой
Наиболее концентрированный образец создан при соотношении хвои к этиловому спирту 3 :1. Однако возникли сложности при извлечении экстракта отжимом. Предпочтительным с точки зрения технологичности получения настоя при экстрагировании этиловым спиртом является соотношение хвои к спирту 2 :1. В данном случае образуется концентрированный экстракт, который без серьёзных потерь может быть отделён от растительного сырья. Проще всего оказалось извлечение экстракта при соотношении хвои к этиловому спирту 1:5, но при этом он имеет низкую концентрацию действующих веществ.
Полученные эфирные масла предлагается использовать в косметических целях путём нанесения на кожу (пипеткой) или в виде ледяных хвойных кубиков.
В результате измельчения мыльных орехов (в зависимости от степени и способа измельчения) изготовлены два типа продукта, пригодные для применения, - жидкое мыло и порошок, полученный при сушке пены.
Рисунок 1 - Спиртовые хвойные экстракты фитонцидов
Жидкое мыло может использоваться самостоятельно в качестве моющего средства или средства личной гигиены. Порошок, созданный при сушке эмульсии, может формироваться в бруски или применяться без дальнейшей обработки. Оба продукта хорошо пенятся, обладают характерным запахом мыльных орехов. Моющая способность данных образцов достаточно высока, что делает возможным введение в данные продукты натуральных ароматизаторов, красителей и биологически активных веществ для получения средств с нужными свойствами.
М
i Т
4 • , у
Рисунок 2 - Продукты, полученные из мыльных орехов: а - моющее средство (жидкое мыло); б - порошок; в - эмульсия
Таким образом, в проведённом исследовании изложены результаты относительно изучения основных классов растений специального назначения, которые по своим свойствам могут быть полезны для условий ЭКД. Установлено, что оптимальным соотношением для получения хвойных экстрактов из растений-фитонцидов является сырьё: спирт 2 :1.
Экстрагирование фитонцидов целесообразнее производить 96%-ным спиртом, так как это обеспечивает более высокую скорость и полноту экстракции. По сравнению с экстрактами с низким содержанием спирта образованный таким образом экстракт фитонцидов интенсивнее испаряется. В качестве источника для изготовления спирта по сумме показателей (% выхода спирта, занимаемая растениями площадь) лучше всего подходит картофель. Из 1 кг крахмала путём брожения с учётом потерь выходит 0,675 л 96%-ного спирта. Содержание крахмала в картофеле составляет для высококрахмалистых сортов (Елизавета, Скарб, Ред Скарлет и др.) 14-25 %. В данном случае из 1 кг сырья будет получаться 0,095-0,169 л 96%-ного спирта или 0,228-0,406 л 40%-ного для использования в других целях. Исходя из экспериментальных данных, для получения 1 л экстракта фитонцидов необходимо около 1,05 л 96%-ного спирта и 0,25 кг хвои. Соответственно, для получения 1 л экстракта фитонцидов понадобится переработать 5,9-10,5 кг картофеля.
Из мыльных орехов созданы эмульсия и порошок, пригодные для применения в качестве замены традиционным моющим средствам.
шт
Литература
1. Юницкий, А.Э. Струнные транспортные системы: на Земле и в Космосе: науч. издание/ А. Э. Юницкий. - Сила кроте: ПНБ принт, 2019. - 576 е.: ил.
2. Фаттахова, ГА Сапонины как биологически активные вещества растительного происхождения / ГА Фаттахова, А. В. Канарский // Вестник Казанского технологического ун-та. - 2014. -Т. 17, №3. - С. 196-201.
3. Тихонов, В.М. Лекарственные растения, сырьё и фитопрепараты, под ред. С.Е. Дмитрука: в 2 ч./В.М. Тихонов, Г.И. Калинкина. -Ч.1.- Томск: Сибирский государственный медицинский университет, 2004. - 296 с.
4. Мыльные дерево [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://bigenc.ru/biology/text/2240809. - Дата доступа: 29.04.2019.
5. Красильные растения [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://bigenc.ru/agriculture/text/2106345. -Дата доступа: 29.04.2019.
6. Albert, VA Carnivorous plants: phylogeny and structural evolution / VA. Albert, S.E. Williams, M.W. Chase // Science. - 1992. - Vol. 257, No. 5076. - P. 1491-1495.
©Зыль H.C.,2019 © Баталевич H.B., 2019 © Шахно E.A., 2019
7. Ткаченко, КГ. Медицинскии фитодизаин. Использование растений для санации помещений и профилактики инфекционных заболеваний / КГ. Ткаченко, Н.В. Каза-ринова // Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия: Естественные науки. -2008. -Т. 6, №3. - С. 43-47.
8. Турбина, И.Н. Использование интерьерных растений для санации воздуха в помещениях различного типа / И.Н. Турбина, М.В. Горбань, Т.Д. Ямпольская//Известия Самарского научного центра Российской академии наук. -2015. - Т. 17, № 5. - С. 229-231.
9. Трухачёв, В.Н. Целебная сила растений в фиточаях серии «Стевиана»/В.Н. Трухачёв// Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК - продукты здорового питания. - 2016. - Т. 1, № 9. - С. 9-33.
