Исследование биологических особенностей масла эфирного и водомасляных продуктов дальневосточных видов берез

Береза широко распространена на территории Российской Федерации. По данным государственного лесного реестра на 01.01.2012 г., площадь насаждений с преобладанием всех видов берез в Дальневосточном федеральном округе составляет 22,5 млн га, запас древесины – 1691,1 млн м3.

В качестве лекарственных растений используют березы повислую и пушистую, распространенные в западных регионах России. Детального изучения лекарственной ценности дальневосточных берез не проводилось. Из числа обследованных в число лекарственных растений включены березы плосколистная и маньчжурская [1–5]. Остальные виды в большей или меньшей степени используются только в народной медицине [6].

В последнее время все большее внимание уделяется комплексному использованию лесных ресурсов, причем не только древесины, но и других полезностей леса (древесной зелени, почек, веток). Необходимы природные дешевые препараты для стимулирования роста растений, для борьбы с вредителями лесных и сельскохозяйственных растений. Особенно актуальны разработки в области использования лесосечных отходов. Древесная зелень лиственных пород является сырьем для получения ценных биологически активных веществ (БАВ) широкого спектра действия. В ДальНИИЛХ разработан способ получения во-домасляного березового продукта, зарегистрированный в Роспатенте [7]. Образцы водомасля-ного продукта были представлены на Московском международном салоне изобретений и инновационных технологий «Архимед» (Москва, КВЦ «Сокольники», 2014) и награждены дипломом и серебряной медалью.

Цель исследований – изучение выхода, физико-химических характеристик, химического состава березовых эфирных масел, водомасля-ных продуктов, поиск сфер их использования.

Для достижения цели решали следующие задачи: определение выхода, физико-химических характеристик и химического состава эфирных масел и водомасляных березовых продуктов, вы- явление возможности использования березового водомасляного продукта в лесном хозяйстве.

Объекты исследований – древесная зелень и почки берез плосколистной, ребристой и даурской. Растительное сырье отбирали в Хехцир-ском (древесная зелень, почки берез плосколистной, ребристой и даурской), Кербинском (почки березы плосколистной) и Мухенском (древесная зелень березы ребристой) лесничествах Хабаровского края.

Масло эфирное березовое извлекали на аппарате Клевенджера.

Содержание эфирного масла в объемно-весовых процентах (Х) в пересчете на абсолютно сухое сырье вычисляли по формуле:

X __Vx 100_

“ m x (100 - W),

где:

V – объем эфирного масла, мл;

m – масса сырья, г;

W – потеря в массе при высушивании сырья, %.

Сушку образцов осуществляли в сушильном шкафу при температуре 105 0С до постоянной массы.

Процентное содержание влаги в сырье (Х1) устанавливали по формуле:

X 1

(m - m 1 ) x 100% m^,

где:

m – масса сырого сырья, г;

m1 – масса высушенного сырья, г.

Химический состав эфирных масел определяли методом хромато-масс-спектрометрии в Новосибирском институте органической химии им. Н. Н. Ворожцова. Эфирное березовое масло (10 мкл) растворяли в 500 мкл ацетона и к полученному раствору добавляли 100 мкл гексанового раствора смеси, содержащей равные весовые количества нормальных углеводородов C8, C9… C24 суммарной концентрации 0,1 %.

Хромато-масс-спектрограммы регистрировались на приборе Agilent 5973N. Разделение осу- ществляли на кварцевой капиллярной колонке НР-5ms длиной 30 м и с внутренним диаметром 0,25 мм.

В водомасляном продукте устанавливали: плотность, показатель преломления, рН, содержание масла, флавоноидов, макро- и микроэлементов. Химические элементы определяли фото-колориметрическим и турбидиметрическим методами с использованием различных реактивов.

Технология получения водомасляных продуктов

Водомасляный березовый продукт получали способом перегонки водяным паром на крупной лабораторной установке. Для этого свежую древесную зелень берез плосколистной, ребристой и даурской измельчали, загружали в перегонный чан установки периодического действия, обрабатывали 1 %-м раствором этилового спирта и выдерживали в течение 2 ч при температуре 25–30 °С. Затем пропускали через сырьевую массу водяной пар из котла-парообразователя, подбирая оптимальную температуру и давление процесса перегонки. Продолжительность процесса перегонки составляла 5 ч. Водяной пар извлекал из сырья водомасляный продукт, содержащий БАВ. Водомасляный продукт поступал в холодильник, где конденсировался, а затем в емкость для сбора.

Данные влияния измельчения сырья на выход водомасляных продуктов из древесной зелени берез приведены в табл. 1.

Наиболее эффективно измельчение сырья древесной зелени до размеров 1–2 см (см. табл. 1). Это позволяет увеличить выход водомасляно- го продукта для березы плосколистной на 11,4 %, ребристой – на 14,0 %, даурской – на 9,0 %.

Предварительная обработка сырья 1 %-м спиртовым раствором увеличивала выход водо-масляных продуктов в среднем до 10 %.

Оптимальную температуру определяли с учетом наличия в водомасляных продуктах БАВ. Данные по содержанию в водомасляных березовых продуктах биологически активных веществ и макро- и микроэлементов при различных температурах процесса перегонки представлены в табл. 2.

Оптимальная температура перегонки составляет +105 °С (см. табл. 2). При этой температуре водомасляный продукт содержит наибольшее количество биологически активных веществ, макро-и микроэлементов. При данной температуре давление поддерживается на уровне 0,05 МПа, длительность процесса перегонки не превышает 5 ч.

Химический состав масел эфирных березовых

Опубликован ряд работ по изучению содержания эфирного масла в растительном сырье. С. А. Войткевич указывал, что выход масла из коры березы повислой составляет 0,2–0,3 %, из почек берез белой, пушистой, повислой при перегонке водяным паром получали 2–6 % густого эфирного масла [8].

Нами изучался выход эфирного масла из древесной зелени и почек берез плосколистной и даурской, извлеченного в аппарате Клевенджера:

Вид сырья	Выход масла, %
Почки Бпл	0,20–0,45
Почки Бд	0,10–0,20
Кора Бпл	0,05–0,10
Древесная зелень Бпл	0,05–0,65
Древесная зелень Бд	0,05–0,60

Таблица 1. Влияние измельчения сырья на выход водомасляных продуктов из древесной зелени берез

Древесная зелень берез	Количество сырья на 1 перегонку, кг	Выход водомасляного продукта, л
		Неизмельченное сырье	Измельченное до размеров 1-2 см	Измельченное до размеров 3-5 см
Плосколистная	14,0	22,0	24,5	23,0
Ребристая	12,0	20,0	22,8	20,9
Даурская	12,0	19,8	21,6	20,4

Таблица 2. Влияние температуры процесса перегонки на содержание биологически активных веществ и макро-и микроэлементов в водомасляном продукте из древесной зелени берез плосколистной, даурской и ребристой

Компонент, макро- и микроэлемент	Температурный режим перегонки
	95 °С			105 °С			110 °С
	Бпл	Бр	Бд	Бпл	Бр	Бд	Бпл	Бр	Бд

Содержание компонентов, %

Эфирное масло	0,02	0,01	0,10	0,04	0,03	0,03	*	0,01	0,10
α -пинен	0,45	0,38	0,76	3,00	2,50	1,80	0,01	0,12	0,29
β -кариофиллен	0,05	0,09	0,12	0,39	0,25	0,20	Сл*	0,01	0,06
β -бетуленал	0,15	0,15	0,29	0,84	0,78	0,62	0,05	0,10	0,11
α -гумулен	0,12	0,05	0,22	0,51	0,44	0,35	0,03	0,08	0,14
Флавоноиды	0,01	0,01	0,01	0,03	0,025	0,02	0,01	Сл*	Сл*
Каротиноиды	1,25	0,11	0,21	3,50	0,70	0,90	0,87	0,09	0,12
		Содержание макро-		и микроэлементов, мг/см3
Фосфор	0,04	0,42	0,28	0,10	0,84	0,49	Сл*	Сл*	0,18
Калий	0,30	0,40	0,26	0,70	0,80	0,70	0,27	0,13	0,16
Медь	0,68	Сл	0,01	0,75	0,20	0,15	0,18	Сл*	Сл*
Железо	0,02	0,85	Сл*	0,20	1,65	0,10	0,18	0,19	Сл*
Марганец	1,25	0,04	0,64	2,50	3,00	6,50	Сл*	0,01	0,18
Кальций	705,00	353,00	270,00	763,70	596,50	542,83	25,0	12,45	33,00
Магний	224,00	182,00	115,00	351,70	242,73	232,82	9,70	6,40	16,70
Сера	20,00	65,00	20,80	70,95	130,35	85,80	11,20	17,80	13,60

Примечание: Бпл – береза плосколистная; Бр – береза ребристая; Бд – береза даурская; * – не обнаружено; Сл – содержание компонентов менее 0,01 %.

Выход эфирного масла из древесной зелени березы плосколистной составил 0,05–0,65 %, это величина, близкая к литературным данным, – 0,05 % [9]. Наименьший выход эфирного масла получен из коры березы плосколистной. Выход масла из почек березы плосколистной больше, чем из почек березы даурской.

Данные о содержании идентифицированных компонентов масла эфирного березового представлены в табл. 3 и 4. Компоненты, содержание которых < 0,1 %, идентифицировать не удалось. На рисунке приведены хроматограммы эфирных масел из почек берез плосколистной и даурской.

В эфирном масле из почек березы даурской обнаружен элемол, который отсутствует в эфирном масле из почек березы плосколистной (см. табл. 3 и 4). В эфирном масле из почек березы плосколистной преобладают следующие компоненты: кариофиллен-эпоксид (8,6 %), пентакозан (6,8 %), альфа-кадинол (6,6 %), а из почек березы даурской – элемол (18,6 %), бета-эвдес- мол (12,9 %), альфа-эвдесмол+альфа-кадинол (9,0 %) и гамма-эвдесмол (5,5 %).

Практическое применение водомасляных березовых продуктов

Водомасляный березовый продукт испытан на добровольцах в Центральной лаборатории Дальневосточной генерирующей компании (Хабаровск). При испытании водомасляных продуктов отрицательного воздействия на организм человека не выявлено. Отмечено значительное влияние водомас-ляного продукта из берез на работу нервной системы, эндокринной системы, кровообращение, работу сердца, тонкого кишечника, желчного пузыря. Слабое положительное влияние – на легкие, толстый кишечник, желудок, кожу [10–13].

Водомасляный продукт березы ребристой оказывал стимулирующее действие на проращи-

Abundance

а

б

Хроматограмма эфирного масла из почек: а – березы плосколистной, б – березы даурской

вание семян дальневосточных хвойных пород – ели аянской и лиственницы даурской. Наибольший стимулирующий эффект проявился при замачивании семян ели аянской и лиственницы даурской на 3 ч в водомасляном растворе березы ребристой 25 %-й концентрации. Целесообразно использовать указанный раствор при выращивании посадочного материала [14–16].

Заключение

На основании проведенных исследований выявлены различия в выходе эфирных масел из древесной зелени и почек 2-х видов берез. Выход эфирного масла из почек березы плосколистной составляет 0,20–0,30 %, даурской – 0,10–0,20 %. Выход эфирного масла из древес-

Таблица 3. Содержание идентифицированных компонентов в эфирном масле из почек березы плосколистной

Время удерживания, мин Компонент Содержание, % 22,76 Альфа-копаен 1,984 24,50 Бета-копаен 0,237 25,44 Аромадендрен 0,914 25,91 Гамма-муролен 3,645 26,05 Альфа-аморфен 0,645 26,50 Гамма-муролен 0,233 26,66 Альфа-муролен 1,914 27,07 Гамма-кадинен 4.290 27,42 Транс-каламенен 1,174 28,38 Сальвиадиенол 0,780 29,13 Кариофиллен-эпоксид 8,550 29,50 Бета-Бетуленал 1,180 29,91 Гумулен-6,7-эпоксид 3,365 30,17 Юненол 1,995 30,45 1-эпи-кубенол 1,360 30,85 Т-кадинол + Т-муролол 4,812 30,96 Дельта-кадинол 2,038 31,20 Альфа-кадинол 6,588 31,45 Цис-10-гидроксикаламенен 2,235 31,69 Транс-10-гидроксикаламе-нен 2,379 33,20 Гумулен-2,3;6,7-диэпоксид 1,089 42,17 Генэйкозан 3,513 44,42 Докозан 0,037 46,51 Трикозан 3,093 48,57 Тетракозан 0,146 50,34 Пентакозан 6,783 51,46 Гексакозан 0,105 52,37 Гептакозан 2,480 ной зелени березы плосколистной – 0,65 %; березы даурской – 0,60 %. Установлено, что химический состав эфирных масел из почек берез плосколистной и даурской, по данным хромато-масс-спектрометрии, сложен и разнообразен. В эфирном масле из почек березы плосколистной идентифицировано 28 компонентов, среди которых доминируют кариофиллен-эпоксид (8,6 %) и альфа-кадинол (6,6 %). В эфирном масле из почек березы даурской идентифицировано 30 компонентов, среди них преобладают

Таблица 4. Содержание идентифицированных компонентов в эфирном масле из почек березы даурской

Время удерживания, мин Компонент Содержание, % 7,54 Альфа-пинен 0,578 8,01 Камфен 0,148 22,80 Альфа-копаен 0,872 25,46 Аромадендрен 0,444 25,93 Гамма-муролен 1,618 26,07 Альфа-аморфен 0,384 26,52 Гамма-аморфен 0,163 26,68 Альфа-муролен 1,278 27,09 Гамма-кадинен 2,111 27,43 Транс-каламенен 0,688 28,16 Элемол 18,645 29,13 Кариофиллен-эпоксид 2,868 29,52 Бета-Бетуленал 0,523 29,91 Гумулен-6,7-эпоксид 1,965 30,19 Юненол 1,159 30,45 1-эпи-кубенол 0,704 30,54 Гамма-эвдесмол 5,470 30,84 Т-кадинол + Т-муролол 3,747 30,97 Дельта-кадинол 0,876 31,08 Бета-эвдесмол 12,927 31,21 Альфа-эвдесмол + альфа-кадинол 8,990 31,50 Цис-10-гидроксикаламенен 1,205 31,76 Транс-10-гидроксикаламе-нен 1,233 42,17 Генэйкозан 2,478 44,41 Докозан 0,038 46,51 Трикозан 1,203 48,57 Тетракозан 0,066 50,35 Пентакозан 2,197 51,47 Гексакозан 0,056 52,37 Гептакозан 1,142 элемол (18,6 %), бета-эвдесмол (12,9 %), альфа-эвдесмол+альфа-кадинол (9,0 %).

Исследования эфирных масел и водомасля-ных продуктов трех видов берез, произрастающих в дальневосточном регионе, представляют большой интерес для практического использования их биологически активных веществ в лесном хозяйстве.