Сравнительный анализ состава и содержания некоторых экстрактивных компонентов древесины и коры осины (Populus tremula L.)

П о данным государственного лесного реестра на 01.01.2013 г., в Республике Татарстан осиновые насаждения произрастают на площади 240,4 тыс. га (20,7 % покрытых лесной растительностью земель). Общий запас осиновых древостоев составляет 39,21 млн м³ (20,6 % общего запаса древесины); при этом запас спелых и перестойных осинников – 21,15 млн м³ (54 % запаса осиновых древостоев). В связи с этим проблема переработки низкосортной осиновой древесины в Республике Татарстан особенно актуальна.

Развитие лесобиохимического производства, цель которого – использование всех компонентов древесной биомассы, в том числе биологически активных веществ не только древесной зелени, но и коры, – обеспечивает комплексный подход к переработке лесоматериалов.

Объемная доля коры деревьев значительна и варьирует от 7 до 25 % в зависимости от древесной породы. Однако большинство технологий лесопереработки базируется на использовании неокоренной древесины, поэтому образуются большие объемы коры, которые зачастую не находят рационального применения.

Значение коры осины как корма и лекарственного сырья достаточно велико. Кора осины обладает противовоспалительным, вяжущим, потогонным и обезболивающим действием [1, 2]. В народной медицине отвар из коры осины издавна применяют как лечебное средство при заболеваниях желудочно-кишечного тракта, кашле и простудных заболеваниях, болезнях мочевого пузыря, желтухе. Кроме того, кору осины используют наружно для лечения ран, ожогов, различных кожных заболеваний, в том числе экзем, заболеваний суставов, радикулитов. В ряде литературных источников по фитотерапии есть рекомендации по использованию коры и листьев осины в качестве диуретических и дезинтоксикационных средств, а также при лечении аденомы и рака простаты [2].

На основе фенольных соединений, входящих в состав экстрактов коры осины, можно создать препарат для лечения и профилактики бактериозов, вызываемых грамположительны-ми и грамотрицательными бактериями [2].

Несмотря на имеющиеся исследования, свойства и химический состав коры осины изучены пока недостаточно, что объясняется сложностью ее структурной организации, а также влиянием различных факторов на ее химический состав, который, в отличие от древесины, характеризуется значительной внутривидовой и межвидовой изменчивостью. Это затрудняет создание теоретических основ для разработки технологий по комплексной химической переработке данного вида сырья [2].

Цель исследования – апробация методов экстрагирования компонентов из древесины и коры осины.

Основные задачи:

• 1)    определить компонентный состав древесины и коры осины по литературным данным;

• 2)    отобрать образцы, подготовить и разделать пробы древесины и коры осины для химического анализа;

• 3)    экстрагировать компоненты из древесины и коры осины различными методами;

• 4)    провести сравнительный анализ количественного содержания компонентов экстрагирования из древесины и коры осины.

Древесина – продукт растительного происхождения, представляющий собой сложный комплекс в анатомическом и химическом отношении. Вещество древесины – это вещество оболочек клеток. Биологическое происхождение этого вещества обусловливает его сложный химический состав [3].

Древесина почти на 99 % состоит из органических соединений. Минеральные вещества составляют обычно очень небольшую часть – до 1 %. При сжигании древесины и прокаливании остатка при высокой температуре (600–800 °С) образуется зола. Элементный состав органической части древесинного вещества у разных древесных пород практически одинаков: 49–50 % углерода, 43–44 % кислорода, около 6 % водорода и 0,1–0,3 % азота по отношению к массе абсолютно сухой древесины [3].

Органические вещества в основном представляют собой высокомолекулярные соединения (полимеры), относительно малую долю со- ставляют низкомолекулярные соединения. Структурные компоненты – это вещества, образующие клеточную стенку, они представлены только высокомолекулярными соединениями [3].

Экстрактивные вещества не входят в состав клеточных стенок, а находятся в полостях клеток или межклеточных каналах (смоляных ходах в древесине хвойных пород), но иногда могут пропитывать клеточную стенку. Несмотря на малую массовую долю в древесине (обычно до 3–4 %), экстрактивные вещества очень разнообразны. Экстрактивные вещества можно извлекать из древесины и коры нейтральными полярными и неполярными растворителями (экстрагировать). По методу выделения их подразделяют на 3 группы:

• ✓    летучие, или эфирные масла (летучие с паром);

• ✓    вещества, растворимые в органических растворителях;

• ✓    вещества, растворимые в воде.

Экстрактивные вещества, не считая водорастворимые полисахариды и полиурониды, представляют собой низкомолекулярные соединения [3].

Преобладающими компонентами в коре осины являются экстрактивные вещества, в древесине – целлюлоза и лигнин.

В химическом составе древесины осины преобладают следующие вещества: легкогидролизуемые полисахариды, трудногидролизуемые полисахариды, целлюлоза, лигнин. Пентозаны, метоксильные группы, уроновые кислоты, ацетильные группы содержатся в относительно небольшом количестве.

В коре количество трудногидролизуемых полисахаридов и гексозанов соответственно в 2,5 и 2 раза меньше, чем в древесине, но выше содержание легкогидролизуемых полисахаридов и уроновых кислот [3].

Длина волокон древесины осины составляет 0,8–1,8 мм; плотность в абсолютно сухом состоянии – 470 кг/м3.

В коре ствола длина волокон – 0,71 мм, в коре веток – 0,77 и в коре корней – 0,85 мм. Самые длинные ситовидные элементы расположены в коре ствола – 0,64 мм. Минимальной длиной харак- теризуются паренхимные клетки (0,04–0,06 мм). Склереиды имеют несколько большие размеры, чем паренхимные клетки. Наибольших размеров они достигают в коре ствола и корней (от 0,07 до 0,10 мм). Для разных частей дерева соотношение элементов различно. В коре ствола и веток осины доля паренхимных клеток составляет 71,5 и 71,7 % соответственно. В коре корней их гораздо меньше – 28,5 %, так как преобладают механические элементы (58,2 %). Плотность коры ствола, ветвей и корней – 0,690 г/см3, 0,686 и 0,629 г/см3 соответственно [3].

В качестве объекта исследования использовали древесину и кору осины Populus tremula L. Материал для исследований был заготовлен весной 2015 г. на выделе 21 квартала 37 Высокогорского участкового лесничества Пригородного лесничества Министерства лесного хозяйства Республики Татарстан. Площадь выдела – 6,6 га. Состав насаждения – 5Ос4Лпн1Д+Б, средний возраст осины – 23 года, средняя высота – 14 м, средний диаметр – 14 см, класс бонитета – I. Тип леса – осинник осоковый, относительная полнота насаждения – 0,9. Участок леса является одним из опытных объектов Восточно-европейской лесной опытной станции.

По общепринятой методике [4] осуществлялись следующие работы:

• ✓    подготовка и разделка проб древесины и коры осины для химического анализа;

• ✓    определение относительной влажности древесины и коры осины;

• ✓    определение содержания веществ, летучих с водяным паром;

• ✓    определение содержания веществ, растворимых в органических растворителях;

• ✓    определение содержания веществ, растворимых в холодной воде;

• ✓    определение содержания веществ, растворимых в горячей воде;

• ✓    анализ экстрактивных веществ древесины и коры осины.

Результаты экстрагирования веществ из древесины и коры осины представлены в таблице.

На основании результатов исследований можно сделать следующие выводы.

Преобладающими экстрактивными веществами в коре (17–21 %) и древесине (4,3 %) осины являются водорастворимые компоненты, затем следуют экстрактивные вещества, растворимые в органическом растворителе. При экстрагировании водой в основном выделяются дубильные вещества, органические кислоты, минеральные соли и др., а при экстрагировании органическим растворителе – в более чем в 20 раз, растворимых в горячей и холодной воде – в 4–4,9 раз, танинов – в 85 раз.

Таким образом, на примере осины обозначены некоторые возможности использования биологически активных веществ коры, которые в перспективе позволят расширить ассортимент получаемой продукции и, как следствие, повы-

Содержание экстрактивных веществ в древесине и коре осины, % массы абсолютно сухого сырья

Образец Относительная влажность Содержание экстрактивных веществ, % летучих с водяным паром растворимых в органическом растворителе растворимых в холодной воде растворимых в горячей воде Древесина 33,00 0,10 0,70 4,30 4,30 Кора 43,00 3,30 14,30 17,10 21,00 растворителем – жиры, смолы, воски, эфирные масла.

Кора осины содержит больше экстрактивных веществ, чем древесина: летучих с водяным паром – в 33 раза, растворимых в органическом сить эффективность существующих технологий переработки древесины за счет коры, которая до настоящего времени является отходом производства лесоперерабатывающей промышленности.