Введение - Алтайский государственный университет

ISSN 1029-5151
ISSN 1029-5143 (on-line)
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
4  2008
http://chem.wood.ru
http://www.chem.asu.ru/chemwood/
Учредители
Алтайский государственный университет
Институт химии и химической технологии СО РАН
Красноярский государственный университет
Сибирский государственный технологический университет
Сибирский НИИ торфа СО РАСХН
Томский государственный университет
Томский политехнический университет
Главный редактор
Н.Г. БАЗАРНОВА
Редакционный совет
Ю.Д. Алашкевич, В.И. Белоглазов, В.К. Дубовый, Д.А. Дулькин, И.Н. Ковернинский,
Б.Н. Кузнецов, А.В. Кучин, Ю.С. Оводов, Г.А. Толстиков
Редакционная коллегия
Э.Л. Аким, В.А. Бабкин, К.Г. Боголицын, Н.В. Бодоев, Л.М. Бурлакова, Т.И. Бурмистрова,
Л.С. Гальбрайх, А.Ф. Гоготов, И.П. Дейнеко, В.А. Елкин, А.А. Ефремов, В.И. Комаров,
С.Г. Маслов, А.И. Михайлов, Р.З. Пен, С.М. Репях, С.З. Роговина, В.И. Рощин, Г.Л. Рыжова,
А.С. Смолин, О.М. Соколов, Р.А. Степень, Н.Е. Судачкова, В.Е. Тарабанько, Г.М. Телышева,
А.В. Ткачев, А.Н. Трофимов, В.С. Шевелуха
Ответственный секретарь – В.И. Маркин
Журнал теоретических и прикладных исследований
Номер государственной регистрации ПИ №77–16614
Журнал основан при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
(грант №96-07-89501)
Журнал реферируется в РЖ «Химия» (ВИНИТИ) и Chemical Abstracts (CAS)
Адрес редакции журнала:
656049, г. Барнаул, пр. Ленина, 61,
Алтайский государственный университет,
«Химия растительного сырья»
Тел. (3852) 36-73-88
E-mail: journal@chemwood.asu.ru
http://chem.wood.ru
http://www.chem.asu.ru/chemwood/
Подписка на журнал оформляется через фирмы-партнеры
ЗАО «Международная книга-Периодика» или
непосредственно в ЗАО «МК-Периодика» по адресу:
117049, Москва, ул. Б. Якиманка, 39,
ЗАО «МК-Периодика»
Тел.: (095) 238-14-85, 238-46-34; факс: 238-46-34
E-mail: info@mkniga.msk.su
Internet: http://www.periodicals.ru; http://www.mkniga.ru
Подписной индекс 46465 (Роспечать)
Все права защищены. Ни одна из частей журнала либо издание в целом не могут быть размножены каким
бы ни было способом без разрешения авторов или издателя.
 Алтайский государственный университет, 2008
СОДЕРЖАНИЕ
ОБЗОРЫ
Попова Н.Р., Боголицын К.Г., Поварницына Т.В. КАТАЛИТИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЛИГНИННЫХ
ВЕЩЕСТВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ В КАЧЕСТВЕ КАТАЛИЗАТОРОВ ПОЛИОКСОМЕТАЛЛАТОВ ... 5
БИОПОЛИМЕРЫ РАСТЕНИЙ
Вураско А.В., Дрикер Б.Н., Карпова Е.В., Алешина Л.А., Мелех Н.В. СВОЙСТВА ЦЕЛЛЮЛОЗНЫХ
ВОЛОКОН, ПОЛУЧЕННЫХ ПРИ НАТРОННЫХ ВАРКАХ С АНТРАХИНОНОМ, ОБРАБОТАННЫМ
В УЛЬТРАЗВУКОВОМ ПОЛЕ .......................................................................................................................... 15
Хакимова Ф.Х., Ковтун Т.Н. БИСУЛЬФИТНАЯ ДЕЛИГНИФИКАЦИЯ МОЛОДОЙ ДРЕВЕСИНЫ
БЕРЕЗЫ................................................................................................................................................................ 23
Паламарчук И.А., Макаревич Н.А., Бровко О.С., Бойцова Т.А., Афанасьев Н.И. КООПЕРАТИВНЫЕ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В СИСТЕМЕ ЛИГНОСУЛЬФОНАТ–ХИТОЗАН ..................................................... 29
Тураев А.С., Шомуротов Ш.A., Мухамеджанова М.Ю., Хайтметова С.Б., Ходжакова Д.А. СИНТЕЗ
И РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДНЫХ РАСТВОРОВ КОМПЛЕКСОВ
КАРБОКСИМЕТИЛЦЕЛЛЮЛОЗЫ С ГИДРАЗИДОМ ИЗОНИКОТИНОВОЙ КИСЛОТЫ ...................... 35
Никифорова Т.Е., Козлов В.А., Родионова М.В. СОРБЦИЯ ИОНОВ МЕДИ МОДИФИЦИРОВАННЫМ
БЕЛКОВО-ЦЕЛЛЮЛОЗНЫМ КОМПЛЕКСОМ БАРДЫ .............................................................................. 41
Вешняков В.А., Хабаров Ю.Г., Камакина Н.Д. СРАВНЕНИЕ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
РЕДУЦИРУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ: МЕТОД БЕРТРАНА, ЭБУЛИОСТАТИЧЕСКИЙ
И ФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОДЫ ............................................................................................................... 47
Левданский В.А., Бутылкина А.И., Кузнецов Б.Н. ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ
АНТОЦИАНИДИНОВЫХ КРАСИТЕЛЕЙ ИЗ КОРЫ ПИХТЫ И ЛИСТВЕННИЦЫ ................................. 51
НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Левданский В.А. ПОЛУЧЕНИЕ КВЕРЦЕТИНА ИЗ ДРЕВЕСИНЫ ЛИСТВЕННИЦЫ В УСЛОВИЯХ
«ВЗРЫВНОГО» АВТОГИДРОЛИЗА В ПРИСУТСТВИИ БИСУЛЬФИТА МАГНИЯ................................ 55
Хайруллина В.Р., Якупова Л.Р., Герчиков А.Я., Сафиуллин Р.Л., Терегулова А.Н., Остроухова Л.А.,
Бабкин В.А. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АНТИОКИСЛИТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ КВЕРЦЕТИНА
И ДИГИДРОКВЕРЦЕТИНА В СОСТАВЕ БИНАРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ .................................................. 59
Алексеева Л.И., Тетерюк Л.В. ФЕНОЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ THYMUS TALIJEVII KLOK.
ET SCHOST. ........................................................................................................................................................ 65
Дейнека Л.А., Дейнека В.И., Гостищев И.А., Сорокопудов В.Н., Сиротин А.А. ОПРЕДЕЛЕНИЕ
СКВАЛЕНА В СЕМЕНАХ НЕКОТОРЫХ РАСТЕНИЙ СЕМЕЙСТВА AMARANTHACEAE ..................... 69
Фогт В.П., Степанов А.С., Степанова Т.А. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДОВ ВЭТСХ И ВЭЖХ
В РАЗРАБОТКЕ ЭКСТРАКТА ПРОТИВОДИАБЕТИЧЕСКОГО ................................................................. 75
Рудниченко Е.С., Коренман Я.И., Мельникова Е.И., Нифталиев С.И. АМИНОКИСЛОТНЫЙ
И УГЛЕВОДНЫЙ СОСТАВЫ МОЛОЧНО-РАСТИТЕЛЬНОГО ЭКСТРАКТА ЯКОНА ........................... 79
Иванова С.З., Федорова Т.Е., Федоров С.В., Бабкин В.А. СТИЛЬБЕНЫ КОРЫ ЛИСТВЕННИЦЫ
ГМЕЛИНА ........................................................................................................................................................... 83
Тарабанько В.Е., Челбина Ю.В., Кайгородов К.Л. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСТРАКЦИИ ВАНИЛИНА
МОНООКТИЛАМИНОМ И ТРИБУТИЛФОСФАТОМ ................................................................................. 89
Оленников Д.Н., Зилфикаров И.Н., Торопова А.А., Ибрагимов Т.А. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СОКА
КАЛЛИЗИИ ДУШИСТОЙ (CALLISIA FRAGRANS WOOD.) И ЕГО АНТИОКСИДАНТНАЯ
АКТИВНОСТЬ (IN VITRO) ................................................................................................................................ 95
Иванов В.А., Момотова М.В., Борисова Т.В., Левин Б.Д. ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ИЗВЛЕЧЕНИЯ
ИРИДОИДОВ ИЗ КОРЫ КАЛИНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ ............................................................................. 101
Анашенков С.Ю., Рощин В.И. ВОДНО-ЩЕЛОЧНАЯ ЭКСТРАКЦИЯ ДРЕВЕСНОЙ ЗЕЛЕНИ.
2. ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ЩЕЛОЧИ И ВРЕМЕНИ ЭКСТРАКЦИИ В РОТОРНОПУЛЬСАЦИОННОМ АППАРАТЕ НА ВЫХОД ЭКСТРАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ .................................. 105
Игнатов А.С., Степень Р.А. ПОЛУЧЕНИЕ ЭФИРНОГО МАСЛА ПРИ БРИКЕТИРОВАНИИ
ХВОЙНЫХ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ .......................................................................................................... 109
Мишарина Т.А., Теренина М.Б., Крикунова Н.И., Медведева Н.И., Мухутдинова С.М., Жарикова Г.Г.
ИЗМЕНЕНИЯ В СОСТАВЕ ЛЕТУЧИХ КОМПОНЕНТОВ ПРИ ХРАНЕНИИ СУХИХ БЕЛЫХ ГРИБОВ
(BOLETUS EDULIS) .......................................................................................................................................... 113
Шубаков А.А., Донцов А.Г., Челпанова Т.И., Елькина Е.А. ВЫДЕЛЕНИЕ И ОЧИСТКА
ПОЛИГАЛАКТУРОНАЗ ASPERGILLUS NIGER И PENICILLIUM DIERCKXII ......................................... 119
Плынская Ж.А., Величко Н.А. ВЛИЯНИЕ РЕГУЛЯТОРОВ РОСТА НА ПРОЦЕССЫ СИНТЕЗА
ВТОРИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ В КУЛЬТУРЕ IN VITRO EPHEDRA MONOSPERMA C. .................................. 125
Сысоева М.А., Хабибрахманова В.Р., Гамаюрова В.С., Кудрявцева Л.А. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗОЛЯ
ВОДНЫХ ИЗВЛЕЧЕНИЙ ЧАГИ. VIII. РАЗМЕРЫ ЧАСТИЦ ДИСПЕРСНЫХ ФАЗ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ
ПРИ ЭКСТРАКЦИИ ВОДНЫХ ИЗВЛЕЧЕНИЙ ЧАГИ ОРГАНИЧЕСКИМИ РАСТВОРИТЕЛЯМИ ..... 129
Мелкадзе Р.Г., Хведелидзе В.Г. ЛИПОФИЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ЧАЙНОГО ЛИСТА ............................ 133
Полежаева Н.И., Нефедов А.А. ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНОЙ
ДЕСТРУКЦИИ КОМПОЗИЦИИ НА ОСНОВЕ ПОЛИЭФИРНОЙ СМОЛЫ, МОДИФИЦИРОВАННОЙ
КАНИФОЛЬЮ, И БЕТУЛИНА ....................................................................................................................... 137
ТОРФ И ПРОДУКТЫ ЕГО ПЕРЕРАБОТКИ
Ноздрунова А.А., Кривонос О.И., Высокогорский В.Е., Плаксин Г.В., Чернышев А.К. ХИМИЧЕСКИЙ
СОСТАВ И ОКИСЛИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ
САПРОПЕЛЕЙ .................................................................................................................................................. 141
Ларионов Н.С., Боголицын К.Г., Богданов М.В., Кузнецова И.А. ХАРАКТЕРИСТИКА СОРБЦИОННЫХ
СВОЙСТВ ВЕРХОВОГО ТОРФА ПО ОТНОШЕНИЮ К D- И P-МЕТАЛЛАМ ....................................... 147
Касимова Л.В., Панов А.Н., Сибагатов В.А. МИНЕРАЛИЗАЦИЯ И ТРАНСФОРМАЦИЯ
ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ВЕРХОВОГО ТОРФА ПРИ ВНЕСЕНИИ МОЧЕВИНЫ
И БИОКАТАЛИЗАТОРА (СООБЩЕНИЕ 2) ................................................................................................. 153
Касимова Л.В., Панов А.Н., Сибагатов В.А. ВЛИЯНИЕ ИЗВЕСТИ НА СВОЙСТВА ВЕРХОВОГО ТОРФА
(СООБЩЕНИИЕ 3) ........................................................................................................................................... 161
ПЕРЕРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ
Коровкина Н.В., Кутакова Н.А., Богданович Н.И. ЭКСТРАКТЫ БУРЫХ ВОДОРОСЛЕЙ
ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ РАЦИОНА ПИТАНИЯ ПРИРОДНЫМИ МИНЕРАЛЬНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ?167
Ефремов А.А., Кондратюк Т.А. ВЫДЕЛЕНИЕ ПЕКТИНА ИЗ НЕТРАДИЦИОННОГО РАСТИТЕЛЬНОГО
СЫРЬЯ И ПРИМЕНЕНИЕ ЕГО В КОНДИТЕРСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ ................................................. 171
Саввин П.Н., Болотов В.М. ИССЛЕДОВАНИЕ АНТИОКСИДАНТНЫХ СВОЙСТВ ЖЕЛЕЙНОГО
МАРМЕЛАДА ................................................................................................................................................... 177
Рогов А.В., Рогов В.А., Степень Р.А. ОЗДОРОВЛЕНИЕ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ
ПОМЕЩЕНИЙ ЗЕЛЕНЫМИ РАСТЕНИЯМИ .............................................................................................. 181
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
Еременко В.В., Кормилец П.П., Власенко З.Н., Руденко А.П. О ПРОЦЕССЕ ЖИДКОФАЗНОГО
ГЛУБИННОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ .............................................................. 185
ХРОНИКА
IV ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «НОВЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ В ХИМИИ И ХИМИЧЕСКОЙ
ТЕХНОЛОГИИ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ» .............................................................................................. 187
ПРАВИЛА ДЛЯ АВТОРОВ ЖУРНАЛА «ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ» ................................... 189
АВТОРСКИЙ УКАЗАТЕЛЬ №4 (2008) .......................................................................................................... 193
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ ............................................................................................................................. 195
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 5–14.
Обзоры
УДК 676.023.118 : 630*813.11
КАТАЛИТИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЛИГНИННЫХ ВЕЩЕСТВ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ В КАЧЕСТВЕ КАТАЛИЗАТОРОВ
ПОЛИОКСОМЕТАЛЛАТОВ
©
Н.Р. Попова*, К.Г. Боголицын, Т.В. Поварницына
Архангельский государственный технический университет, наб. Северной
Двины, 17, Архангельск, 163002 (Россия) E-mail: fishim@agtu.ru
Дан анализ литературных данных по использованию полиокосметаллатов в качестве катализаторов процессов делигнификации; представлены результаты исследований процесса каталитического окисления лигнинных веществ, модельных соединений лигнина; рассмотрен механизм, реализуемыйпри каталитическом окислении.
Ключевые слова: делигнификация, отбелка, катализ, катализаторы, полиоксометаллаты, механизм катализа.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, администрации Архангельской области.
Проект №08-03-98803-Р «Север».
Введение
В химии и химической технологии катализ является весьма эффективным направлением интенсификации и совершенствования многих промышленных процессов, причем гомогенный катализ в соответствии с
принципами «зеленой химии» считается важнейшей научно-практической областью химии [1]. Так, именно
гомогенные катализаторы позволяют вести процесс в значительно более мягких условиях, чем классические гетерогенные катализаторы, отличаются более высокой активностью и обладают существенной избирательностью действия [2].
Несмотря на широкое использование катализа практически во всех отраслях химической технологии, его
достижения применительно к процессам, используемым в целлюлозно-бумажных производствах, следует
признать недостаточными. В настоящее время только натронно-антрахинонный метод получения целлюлозы имеет наибольшие перспективы в плане промышленного освоения и разрабатывается ведущими европейскими научно-исследовательскими центрами под названием Novacell [3].
Известно, что в природе деструкция лигнинов осуществляется при участии ферментов, таких как лигнинпероксидаза, Mn-пероксидаза, лакказа, представляющих собой белковые молекулы, активными центрами
которых являются ионы металлов переменной валентности (Fe3+, Cu2+). Имеется немало работ по биохимическому окислению лигнинов, его модельных соединений и использованию ферментов в процессах делигнификации, отбелки [4, 5]. Однако ферменты дороги, требуют в большинстве случаев мягких условий проведения процесса, обладают низкой диффузионной способностью, из-за чего плохо проникают внутрь древесного и целлюлозного волокна, что снижает эффективность их использования. Поэтому начиная с 70-х гг.,
исследования в основном были направлены на поиск неорганических систем, действующих как ферменты,
но обладающих стабильностью при высоких температурах [6–13]. К таким системам относятся комплексные
соединения металлов переменной валентности.
В последние десятилетия появились публикации [18–20, 23–33], посвященные применению в процессах
делигнификации новых каталитических систем на основе металлов переменной валентности, так называемых полиоксометаллатов (ПОМ).
*
Автор, с которым следует вести переписку.
6
Н.Р. ПОПОВА, К.Г. БОГОЛИЦЫН, Т.В. ПОВАРНИЦЫНА
Полиоксометаллаты – катализаторы процессов делигнификации
Гетерополикислоты и их соли (полиоксометаллаты) имеют
размер от 0,9 до 30 нм, включают в себя 10-12 структурных
атомов переходного металла (М: W6+,Мо6+,V5+), расположенных кластером вокруг основного атома (Э: P5+, Si4+ или Al3+ ),
образуя таким образом структуру Кеггина (рис.).
Систематические исследования по использованию полиоксометаллатов в качестве катализаторов начались в 70-х гг. после
установления способности фосфорномолибдованадиевых кислот состава H3+nPMo6+12-nVnO40 (где n = 2–8) и их солей к обратимым окислительно-восстановительным превращениям в водном
растворе [14].
Они обладают уникальным набором ценных для катализа
Структура ПОМ состава [Эn+M12 O40](8-n)
свойств. Их окислительно-восстановительные и кислотные
свойства можно варьировать в зависимости от модификации ПОМ в широком диапазоне, они стабильны
в растворе при температурах 200–300 °С и рН 3,5…5,0, хорошо растворимы в воде и кислородсодержащих
органических растворителях, обладают обратимыми окислительно-восстановительными свойствами, минимальной токсичностью, относительно дешевы, легко синтезируются. С целью активации ПОМ один или два
структурных атома металла кластерного аниона замещают на атомы ванадия или марганца. Полиоксометаллаты часто превосходят по активности и селективности известные катализаторы, эффективно катализируя
как кислотно-основные, так и окислительно-восстановительные реакции, выступая в роли бифункциональных каталитических систем [14–22].
Каталитическое действие ПОМ применительно к окислению лигнинных веществ было обнаружено
в процессе поиска и создания так называемых биомиметических каталитических систем, моделирующих
действие ферментов, а именно энзима пероксидазы, известной своей высокой селективностью по отношению к лигнину. Интерес к этим веществам был обусловлен также поиском бесхлорных отбеливающих реагентов и катализаторов, работающих в кислых средах, поскольку использование экологически безопасных
кислородсодержащих отбеливателей в щелочной среде ограничивается 50% степенью делигнификации, повышение которой приводит к снижению селективности и деструкции целлюлозы под действием гидроксилрадикалов, образующих при автоокислении лигнина в этих условиях.
Первые исследования по использованию таких соединений в качестве селективных делигнифицирующих
агентов [18, 20, 23] и катализаторов процессов делигнификации [24] проводились в лабораториях университетов США Висконсин-Мэдисон и Эмори, Авейро (Португалия), в Ленинградской лесотехнической академиив
конце 80-х – начале 90-х гг. прошлого столетия, а первые публикации появились в 1992–1994 гг. [25, 26].
Действительно, результаты исследований показали, что полиоксометаллаты могут быть использованы
как в качестве прямого окислителя лигнина при анаэробной делигнификации, в активном состоянии они
могут разрушать лигнин и соответствующие хромофоры, не оказывая существенного воздействия на целлюлозу, причем возможна его регенерация за счет взаимодействия с кислородом [19, 20], так и в качестве катализаторов кислородной делигнификации (древесины и целлюлозного волокна) [24, 27–33] и аэробного
окисления растворенных в сточной воде лигнинных веществ, что дает возможность разработки многоцелевой схемы отбелки целлюлозы с одновременным окислением органических веществ, содержащихся в отработанных растворах до оксида углерода (IV) и воды [34].
Необходимо отметить, что большинство публикаций посвящено использованию ПОМ в процессах отбелки целлюлозного волокна.
В лабораториях университетов Висконсин-Мэдисон и Эмори исследованы две группы ПОМ. К первой
относятся полиоксометаллаты (Na5PV2Mo10O40, Na5SiVW11O40 ), стабильность которых ограничена рН, равной 4, к другой группе относятся ПОМ (Na6SiV2W10O40, Na6AlVW11O40), которые стабильны и при более
высоких значениях рН (рН 7).
Использование Na5PV2Mo10O40 позволяло снизить число Каппа целлюлозного волокна до уровня, соответствующего уровню целлюлозы, полученной при ClO2-отбелке [35]. Использование в качестве отбеливающего реагента Na5SiVW11O40 снижало число Каппа с 24,5 до 12,6 (при 125 °С) с изменением вязкости во-
КАТАЛИТИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЛИГНИННЫХ ВЕЩЕСТВ
7
локна с 28,7 до 22,2 мРа.с, в другом случае при температуре 90 °С число Каппа снижалось с 24,5 до 11,9 с
незначительным изменением вязкости (от 28,7 до 27,3 мРа.с) [23, 35].
Обработка образцов еловой целлюлозы 0,5 М раствором Na5SiVMoW10O40 в анаэробных условиях позволяла снизить число Каппа с 30 до 5 в случае с крафт-целлюлозой и с 120 до 9 в случае с содовоантрахиноной целлюлозой [21]. Физико-механические свойства полученной таким образом ПОMцеллюлозы (РОМ) в сравнении с целлюлозой, отбеленной ClO2 (DE), свидетельствуют о близости деформационных и прочностных характеристик (табл. 1).
В свою очередь, Na5PV2Mo10O40 был использован и в качестве аэробного окислителя отработанных отбеливающих растворов, его использование приводило к значительному снижению ХПК сточных вод [35].
При использовании ПОМ второй группы удалось добиться значительного снижения числа Каппа: так,
при обработке целлюлозного волокна Na6SiV2W10O40 число Каппа снижалось с 32,6 до значений ниже 10, а в
опытах по отбелке картона, полученного из сосны, число Каппа снижалось с 65 до 3,6 [35].
Электрохимическое окисление остаточного лигнина в целлюлозном волокне с использованием полиоксометаллатов (Na5SiVW11O40, Na5SiCoW11O39, Na5CoW12O40, Na5AlMnIVW11O40) в качестве медиаторов позволило снизить число Каппа с 26 до 6 [36].
Д.В. Евтюгин с сотрудниками [24, 27, 37] пользовали ПОМ состава [PMо7V5O40]8- (ГПА-5) в качестве катализатора процессов делигнификации. Делигнификация древесных опилок эвкалипта осуществлялась при 100 °С,
давлении кислорода 7 МПа, концентрации катализатора 2 мМ, рН 1,8–2,0 в течение 5 ч, при этом степень делигнификации составляла 65–77% (в отсутствии катализатора – 15–24%). Лучшие результаты были получены,
когда ГПА-5 был частично восстановлен при рН 1,8–2,0 с концентрацией ГПА-5 2 ммоль/л [24, 27].
31
Р ЯМР и спектральный анализ (УФ- и видимая область) варочных и отбеливающих растворов показал,
что катализатор остается стабильным в течение всего процесса делигнификации. Было установлено, что
селективность делигнификации увеличивается при добавлении органического растворителя. Так, в водноэтанольной (50 : 50 об. %) и ацетоново-водной (60 : 40 об. %) средах степень и селективность делигнификации значительно выше по сравнению с водной средой [37].
Отбелку кислородом целлюлозного волокна, полученного из лиственных и хвойных пород древесины, проводили при рН 1,8…2,0; температуре 90…105 °С; концентрации катализатора 2,0 ммоль/л; давлении кислорода 0,5…0,7 МПа, продолжительности отбелки 2…3 ч. Результаты проведенных исследований показали, что
при кислородной отбелке в присутствии ГПА-5 степень делигнификации (К=5,2) и селективность выше, чем в
случае кислородной отбелки в условиях щелочной среды (К=10,4) при тех же параметрах процесса [24].
В работе [28] этими же авторами представлены результаты ГПА-5 кислородной отбелки целлюлозы, полученной из лиственных (эвкалипт) и хвойных пород древесины. Отмечено, что отбелка целлюлозы, полученной
из лиственных пород, происходит значительно лучше, чем целлюлозы, полученной из древесины хвойных пород.
При температуре 90 °С скорость делигнификации в первом случае составила 4,110–3 мин–1, во втором  2,210–3
мин–1, при этом число Каппа снижается для лиственных пород с 14,2 до 6,8, для хвойных  с 32,7 до 17,3.
Таблица 1. Характеристики образцов целлюлозы, полученных отбелкой ClO2 (DE) и 0,5 М раствором
Na5SiVMoW10O40 (РOM-E) с последующей щелочной экстракцией (Е)* [21]
Характеристики
DE
РOM-E
Число Каппа
5
4
Вязкость, мПа.с
47
35
Выход, %
92
92
Белизна
33,0
37,4
Непрозрачность, %
66,3
60,6
Коэффициент рассеивания, м2/кг
14,8
14,1
Плотность, кг/м3
760
800
Растяжение, %
4,6
4,3
Индекс растяжения, Н.м/г
94,2
93,9
Разрывная длина, мм
9,6
9,6
Индекс сопротивления раздирания, мН.м2/г
14,6
12,0
Индекс разрыва, кПа.м2/г
8,02
7,91
Прочность на излом
2947
3103
* Исходная хвойная крафт-целлюлоза: число Каппа – 31, вязкость – 55 мПа.с. Условия проведения процесса: концентрация волокна 3%, температура 135 °С, продолжительность 1,5 ч.
Н.Р. ПОПОВА, К.Г. БОГОЛИЦЫН, Т.В. ПОВАРНИЦЫНА
8
С ЯМР-анализ образцов лигнина, выделенных из исходной и обработанной целлюлозы, указывает, что
причина различия в процессах делигнификации лиственной и хвойной целлюлоз прежде всего обусловлены
природой остаточного лигнина, а также процессами конденсации, которые в кислой среде, особенно в условиях ОГПА-5 стадии (кислородная отбелка в присутствии ГПА-5 в качестве катализатора), в хвойном лигнине протекают наиболее интенсивно. Однако, как указывают авторы, близкие значения степени делигнификации (55%
– для хвойной и 52% для лиственной целлюлозы), полученные после ОГПА-5Е стадий (ОГПА-5 – кислородная отбелка в присутствии ГПА-5, Е – последующая щелочная экстракция), указывают на перспективность этого
метода, несмотря на то, что введение ОГПА-5 стадии негативно сказывается на результатах отбелки ClO2.
В работе [29] рассмотрено применение полиоксометаллатов как катализаторов отбелки крафт-целлюлозы
(эвкалипта) по схемам ЕСF и TCF, включающим использование на отдельных стадиях процесса в качестве
окислителей кислорода, пероксида водорода, озона (табл. 2).
Анализ полученных результатов показывает, что использование ZПOMOПOMEPQP схемы отбелки (TCF)
позволяет получить целлюлозу с той же белизной, что и по традиционной схеме DEPDEPD (ЕСF), но достоинством предлагаемой схемы является отсутствие СlО2. В этой же работе показано, что введение ГПА катализатора на предварительной стадии ECF схемы, осуществляемой в водноэтанольной среде (50 : 50 об. %),
позволяет добиться 60% степени делигнификации, приблизить белизну к значениям, получаемым по схеме
DEPD и уменьшить расход СlО2 в три раза, правда, как и в предыдущем случае, прочностные свойства целлюлозы снижаются (на 10–20%) по сравнению с целлюлозой, отбеленной по схеме DEPD.
Удаление стадии D (обработка СlО2) и проведение отбелки по схеме ОПОМЕР (ТСF) позволяет получить
целлюлозу, характеризующуюся высокой белизной (до 90 единиц) и незначительно меньшим индексом
прочности (на 10–15%) по сравнению с целлюлозой, беленой по схеме DEPDEPD.
Как было сказано выше, полиоксометаллаты могут выступать как в роли прямого окислителя лигнина
в анаэробной делигнификации (отбелке) крафт-целлюлозы, так и как катализатор аэробного окисления растворенных в сточной воде лигнинных веществ.
Анаэробная отбелка сосновой крафт-целлюлозы (концентрация волокна – 3%, К=34, вязкость – 28 мПа.с)
осуществлялась 0,5 М раствором Na5[PV2Mo10O40] при рН=4 в атмосфере азота в закрытых стальных реакторах (объемом 1–2 л) в течение 30 мин при температуре 126–200 °С [34]. Результаты исследований свидетельствуют о снижении числа Каппа с 34 в некоторых случаях до 13.
Потенциальная эффективность окисленной формы полиоксометаллата (ПОМох) как катализатора и инициатора реакций окисления была оценена на модельных соединениях (вератровый спирт, D-глюкоза) при проведении
процесса окисления в течение 4 ч, температуре 150 °С, давлении кислорода 0,7 МПа [34]. Результаты исследований показали, что величина химического потребления кислорода (ХПК) растворов, содержащих ПОМ, значительно ниже, чем в его отсутствии, что указывало на каталитические свойства Na5[PV2Mo10O40] в окислительных
процессах. На основании этих исследований отработанные отбеливающие растворы, содержащие фрагменты
лигнинных веществ и полисахаридов, перешедших в раствор в результате процессов окисления, а также ПОМRed
подвергались окислению растворенным кислородом в течение четырех часов, при этом ХПК растворов снижалось на 75%. Более низкие значения ХПК были достигнуты при использовании данных растворов в нескольких
циклах отбеливания и окисления, что свидетельствует о катализе полиоксометаллатом процесса окисления растворенных органических веществ (включая лигнинные вещества) растворенным кислородом.
13
Таблица 2. Результаты отбелки крафт-целлюлозы по ЕСF- и TCF-схемам* [29]
Схема
Исходное олокно
ZPOMOPOMEPQP
Стадия
Число Каппа
Белизна, % ISO
[], см3/г
14,5
945
37,2
ZPOM
8,8
905
54,2
OPOM
4,9
720
67,1
EP
–
710
78,0
QP
–
685
87,5
DOEPD1EPD2
DO
–
–
51,1
EPD1
–
–
79,4
EPD2
–
790
87,9
*Условия процесса: схема ZПOMOПOMEPQP: ZПOM стадия: рН=2, концентрация волокна 3%, 30 °С, 20 мин, расход озона
0,3%, СГПA-5 = 2мМ; OПOM стадия: рН=2, концентрация волокна 8%, 90 °С, 2 ч, Р(О2) =5МПа, СГПA-5=2мМ; EP стадия:
рН=12,2, концентрация волокна 10%, 70 °С, 3 ч, расход Н2О2 – 0,5%; Q стадия: рН=5,5, ЭДТА расход 0,3%,концентрация
волокна 10%, 50 °С, 30 мин; P стадия: рН=12,концентрация волокна 10%, 75 °С, 4 ч, расход Н2О2 2,0%.
Схема DOEPD1EPD2: концентрация волокна 10%. DO стадия: 70 °С, 1 ч, СlО2 2,0%; EP стадия: рН=12, 70 °С, 2 ч, расход
Н2О2 0,25%, 0,1% ЭДТА; D1 стадия: 70 °С, 4 ч, СlО2 1,7%; D2 стадия: 70 °С, 4 ч, СlО2 1,0%.
КАТАЛИТИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЛИГНИННЫХ ВЕЩЕСТВ
9
При исследовании влияния различных полиоксометаллатов ([PMо11VO40]8- – ГПА-1; [PMо9V3O40]8- –
ГПА-3; [PMо7V5O40]8- – ГПА-5) на процесс кислородной отбелки лиственной карбонатной целлюлозы в водной и водно-этанольной средах авторами работы [38] установлено, что ГПА-5 является наиболее эффективным катализатором. Процесс более селективно и эффективно протекает при рН 1,9, в водноэтанольной среде
(50 : 50 об. %). Модификация ПОМ путем ввода Со2+, Сu2+, Mn2+-ионов в ГПА-5 по разному оказывает влияние на процесс отбелки, введение ионов Мn2+ повышает селективность процесса (табл. 3).
С целью увеличения селективности процесса делигнификации авторы работы [30] модифицировали ГПА-5
путем ввода Mn (II) в структуру полиоксометаллата с получением Мn-замещенной «лакунной» структуры ГПА-5-MnII. Сопоставление двух реакционных систем (ГПА-5 и ГПА-5-MnII) в процессе каталитической кислородной отбелки крафт-целлюлозы показало небольшое снижение числа Каппа, но при этом наблюдается
значительное повышение селективности, которое контролировалось по параметру вязкости. Наиболее эффективным катализатором оказался модифицированный гетерополианион ГПА-5-1,5MnII с соотношением [ГПА5]/[Mn+2]=1,5 (снижение числа Каппа на 71%). Введение Mn (III) вместо Mn (II) в ГПА-5 дало небольшой положительный эффект, лучшие результаты были получены при рН 2…4, температуре 100 °С.
В этой же работе представлены результаты по использованию ГПА-5-1,5MnII в качестве катализатора отбелки крафт-целлюлозы с использованием озона в качестве окислителя (табл. 4). Использование озона повышает селективность процесса.
В работах [39–42] представлены ПОМ, при использовании которых осуществляются двух- и трехэлектронные переходы. Данные ПОМ – это селективные, термодинамически стабильные, регенерируемые и более эффективные катализаторы. К ним можно отнести Na2[SiV2W10O40], Na6[AlVW11O40] и Na5[SiVW11-xMoxO40]. Первый является наиболее изученным, давно используется в исследованиях, и его применение при отбелке позволяет снизить число Каппа с 32 до 10 и ниже, при этом выход -целлюлозы достигает более 95%.
Выше приведенные данные по изучению отбеливания крафт-целлюлозы с использованием гетерополианионов в анаэробных (ГПА выступает в качестве окислителя) и аэробных условиях (ГПА выступает в качестве катализатора) показало, что кислотность реакционной среды является важным фактором, влияющим на
вязкость целлюлозы, а, следовательно, и на ее стабильность. С другой стороны, при аэробном окислении
кислород также может влиять на целлюлозу, так как в этом случае возможны радикальные цепные реакции.
Для подтверждения вклада кислотно-катализируемых (гидролиз) и окислительных реакций в разрушение
целлюлозы при кислородном отбеливании крафт-целлюлозы в присутствии ГПА (PMo(12-n)VnO40–(3+n)) авторами работы [31] исследовано влияние различных факторов на процесс отбелки. Результаты исследований
показали, что в условиях кислородной отбелки, катализируемой ГПА-5, факторами, определяющими деполимеризацию целлюлозы, является кислотность (низкие значения рН) и участие катализатора (ГПА-5).
С целью интенсификации процесса авторы модифицировали ПОМ-катализатор путем введения Mn (II)
[30] и лакказы [32] в структуру ГПА-5. В результате проведенных исследований обнаружено, что использование Mn (II)-содержащего ГПА-5 повышает селективность кислородной делигнификации, при той же степени делигнификации вязкость массы возрастает на 20–30%. Использование системы ГПА-5-лакказа позволяет проводить процесс в нейтральной среде (рН 6,3), снизить температуру процесса до 60 оС и тем самым
снизить деструкцию углеводов [32]. Кроме того, лакказа активно участвует в реактивировании ПОМ.
Таблица 3. Влияние модифицированного ГПA на свойства беленой целлюлозы [38]
ГПA
Co-ГПA-5
Cu-ГПA-5
Mn-ГПA-5
Уменьшение числа Каппа, %
0,0
-20,2
-17,7
Снижение вязкости, %
12,3
-19,7
-22,6
Таблица 4. Результаты отбелки крафт-целлюлозы* [30]
Схема
Крафт-целлюлоза
OГПAEPOГПA
Стадия
Число Каппа
Вязкость, см3/г
13,9
1290
OГПA
6,0
1040
EPOГПA
3,2
950
ZГПAEPOГПA
ZГПA
9,1
1220
EPOГПA
4,0
1030
*Условия отбелки: OГПA (PMo7V5-1,5MnII + O2): 100 °C; 2 ч; СCat =2 ммоль/л; pH=3,0; Р(О2)=0,5 МПа, концентрация волокна 7,0%. EP: 60 °C; 1 ч; рН=12; расход Н2О2 0,25%; расход ЭДТА 0,05%. ZГПA(PMo7V5-1,5MnII + O3): 20 °C; 20 мин;
СCat =2 ммоль/л; pH=3,0; расход О3 0,5%, концентрация волокна 7,0%.
Н.Р. ПОПОВА, К.Г. БОГОЛИЦЫН, Т.В. ПОВАРНИЦЫНА
10
В работах [33, 43] представлены результаты получения в условиях опытно-пилотной установки (Технический центр бумаги (СТР), Гренобль, Франция) беленой крафт-целлюлозы (эвкалипта) с использованием
в качестве катализатора кислородно-каталитической делигнификации модифицированного марганцем (II)
полиоксометаллата (ГПA-5-MnII). При этом делигнификация волокнистой массы в условиях пилотной установки осуществляется в 2 раза быстрее, чем в лабораторных условиях, что обусловлено более высокой эффективностью тепло- и массообменных процессов. Степень делигнификации волокна немного выше (>40%),
а число Каппа ниже (К=2,1) при кислородно-каталитической отбелке (95 °С) по сравнению с кислороднощелочной обработкой (105 °С) (К=3,5).
В работе приведена сравнительная оценка образцов целлюлозного волокна, полученных на разных стадиях кислородно-каталитической (WAOГПAD1ED2 ) и кислородно-щелочной (WOD1’ED2’) отбелки с образцами,
полученными в условиях промышленной отбелки СlO2 (DEDED) (табл. 5).
Результаты исследований показали, что белизна OГПA-целлюлозного волокна несколько ниже, чем Oволокна. Данный факт авторы работы связывают с более глубоким окислением остаточного лигнина в условиях OГПA-отбелки и образованием хромофорных структур, снижающих белизну, что отражается, с одной
стороны, на более низком значении числа Каппа по сравнению с О-волокном, а с другой стороны, на более
низких значениях степени белизны. Введение стадии OГПA позволяет понизить ХПК и АОХ сточных вод.
Представленные в данном разделе результаты исследований наглядно показывают высокую эффективность применения ПОМ для каталитической активации стадии углубленной делигнификации целлюлозного
полуфабриката. При определении оптимальных условий проведения процесса в качестве основных факторов необходимо учитывать как структуру кластерного аниона, окислительно-восстановительные и кислотно-основные свойства катализатора, так и технологические параметры (концентрация, рН, температура).
Именно они определяют механизм реализуемых химических реакций, лежащий в основе каталитического
окисления лигнинных веществ (циклический, активационный или индуцированный).
Таблица 5. Результаты отбелки крафт-целлюлозы эвкалипта на различных стадиях по схемам
WAOГПAD1ED2, WOD1’ED2’ , DEDED [43]
Способ получения образца
Крафтцеллюлоза
WAOГПAD1ED2
Стадии отбелки
Число К
14,4
WA
OГПA
D1
E
D2
W
O
D1’
E
D2’
Характеристическая вязкость (см3/г)
1160
Степень белизны
(% ISO)
37,3
13,7
6,6
2,9
2,1
1065
40,4
835
40,5
800
60,2
750
67,3
755
85,1
WOD1’ED2’
13,3
1135
39,0
7,7
990
59,3
3,7
960
79,1
3,5
950
80,3
900
86,7
DEDED
985
89,5
aУсловия эксперимента: W : концентрация волокна C
=2,8%,
рН=3,8
достигается
Н
SO
.
O
:
C
=2,8%,
[ГПA-5A
конс
2
4
ГПA
конс
MnII]=1,5 ммоль/л, рН=3,8, Р(О2)=0,55 МПа, 60 мин, 95 оС. D1: Cконс=10,0%, расход СlO2 12кг/т а.с.целлюлозы (на активный хлор), 30 мин, 70 °С. E: Cконс=9,5%, расход NaOH 1,0% от а.с.целлюлозы, 60 мин, 65 °С. D2: Cконс=10,7%, расход
СlO2 12кг/т а.с.целлюлозы (на активный хлор), 90 мин, 70 °С. W: Cконс =2,4%, рН=8,5. O: Cконс=7,5%, [MgSO4]=0,1%
(а.с.целлюлозы), [NaOH]=2,3% (а.с.целлюлозы), рН=11,5, Р(О2)=0,55 МПа, 60 мин, 105 °С. D1’: Cконс=8,0%, расход СlO2
14 кг/т а.с. целлюлозы (на активный хлор), 30 мин, 70 °С. E: Cконс=10,0%, расход NaOH 1,0% от а.с. целлюлозы, 60 мин,
73 °С. D2’: Cконс=8,5%, расход СlO2 12кг/т а.с. целлюлозы (на активный хлор), 90 мин, 70 °С. DEDED: расход СlO2
55 кг/т а.с. целлюлозы (на активный хлор).
Механизм катализа полиоксометаллатами в процессах окисления лигнина и его модельных соединений
Согласно механизму, предложенному в работах [29, 30, 32, 42, 44, 45], такие комплексные соединения
металлов переменной валентности, как полиоксометаллаты (ПОМ), используемые в качестве катализаторов
процессов отбелки молекулярным кислородом, действуют по циклическому механизму каталитического
КАТАЛИТИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЛИГНИННЫХ ВЕЩЕСТВ
11
окисления, суть которого заключается в том, что окисление субстрата происходит при взаимодействии его с
катализатором – ионом металла переменной валентности в окисленной форме, а роль окислителя сводится
лишь к реокислению катализатора. Данный механизм обычно имеет место в случае ионов металлов с не
слишком высоким стандартным окислительно-восстановительным потенциалом (Е0) и легко окисляющимися субстратами. Чем выше Е0 (Мn+1/Mn+), тем устойчивее состояние Мn+ и тем, значит, выше скорость окисления субстрата и ниже скорость регенерации Mn+1, поэтому в данном случае скорость лимитирующей стадией является стадия реокисления катализатора, скорость реакции не зависит от концентрации субстрата и
пропорциональна концентрации кислорода. Напротив, при низких значениях Е 0 скорость не зависит от концентрации кислорода и определяется скоростью окисления субстрата [46].
Основные принципы аэробного катализа процесса делигнификации с использованием гетерополианиона
были обсуждены в работах [27, 30, 47]. По мнению авторов, окислительная делигнификация, катализируемая ГПА-5, предполагает протекание двух совместных процессов:
Lig + [ГПA]Ox + mH+  Hm[ГПA]Red + LigOx;
(1)
Hm[ГПA]Red +m/4O2  [ГПA]Ox + m/2 H2O.
(2)
По мнению авторов [47], в действительности V+5  V+4 цикл ответствен за окислительновосстановительные свойства ГПА-5. ГПА-5 неустойчив при рН>5,5 и в кислой среде (при рН<3) в условиях
делигнификации ГПА-5, испытывает частичную диссоциацию с образованием VO2+-групп:
ГПА-5  ГПА-(5-х) + х VO2+.
(3)
Эти утверждения основываются на результатах 51V, 31P ЯМР- и ЭПР-исследованиях, которые свидетельствуют, что ГПА-5 в кислой среде представляет смесь изомерных структур ГПА-n (где n – количество атомов V, n=2…5) и VO2+-иона [30, 47]. Предполагается, что из исходного ГПА-5 в среднем образуется один
или два VO2+-иона. VO2+-ион имеет более высокий окислительно-восстановительный потенциал (Е = +0,90
В при рН1), чем изомерные структуры ГПА-n (n=2…5). Этот факт, по мнению авторов, играет ключевую
роль в окислительной делигнификации, так как VO2+-ион считается основной активной группой в каталитическом окислении лигнина [30, 47]. Однако VO2+-ион в то же время способен окислять полисахариды, что
снижает селективность делигнификации [30]. Процесс диссоциации ГПА-5 (уравнение 3) зависит от природы используемого растворителя, рН раствора, степени восстановленности ГПА-5, ионной силы раствора [30,
47]. Добавление полярного органического растворителя, увеличение ионной силы подавляет процесс диссоциации ГПА-5 и повышает селективность окисления.
Полиоксометаллаты обладают высокой избирательностью по отношению к лигнину. Это подтверждают
исследования [44], где были изучены кинетика и механизм реакции окисления нефенольных модельных соединений лигнина (1-(3,4,5-триметоксифенил)этанол, 1-(3,4,5-триметокси-фенил)этанол, 1-(3,4-диметоксифенил)этанол, 1-(4-этокси-3,5-диметокси-фенил)этанол) и углеводной модели (метил β-D-глюкопираноза) в
присутствии ПОМ состава  Na5[SiVMoW10O40]. Результаты эксперимента показали, что углеводная модель
оставалась стабильной при проведении каталитического окисления и в отсутствии, и в присутствии модельных соединений лигнина.
В то же время авторами [45] в процессе изучения каталитического окисления фенольных (гомованилиновый спирт) и нефенольных (вератровый спирт) модельных соединений лигнина в системах ГПА-5/О2 и
ГПА-5-Mn (II)/О2 выявлено, что степень превращения фенольных соединений в 10 раз выше, чем нефенольных, независимо от типа применяемой окислительной системы. Это дает основание полагать, что основную
роль в реакциях окисления играют соединения со свободным фенольным гидроксилом.
Авторами данной работы [45] была разработана схема окисления гомованилинового спирта, все образующиеся продукты обнаружены с помощью хроматографического анализа с масс-спектральным детектором.
C целью изучения деструкции лигнина в процессе ГПА-5-MnII /O2 отбелки на поверхность целлюлозного
волокна был адсорбирован диоксанлигнин эвкалипта (IDL). Полученное волокно подверглось окислительной делигнификации кислородом (Р = 0,5МПа) в присутствии ГПА-5-MnII (2 ммоль/л) в течение 60 мин при
Н.Р. ПОПОВА, К.Г. БОГОЛИЦЫН, Т.В. ПОВАРНИЦЫНА
12
90 °С. После чего одна часть оставшегося волокна обрабатывалась диоксаном (конечный диоксанлигнин –
FDL), другая – 0,1моль/л NaOH (конечный щелочной лигнин – FAL).
Полученные фракции были проанализированы хроматографически, 13С ЯМР-методом. Количество -О-4
структур уменьшается в FDL (0,43/C6) по сравнению с IDL (0,56/C6). Этот факт свидетельствует о расщеплении
-О-4 эфирных связей в процессе деполимеризации лигнина, подтверждающемся результатами предыдущих исследований по окислительному расщеплению -О-4 арил-эфирных структур ГПА-5 в аэробных условиях.
Данные анализа свидетельствуют также о значительном уменьшении -О-4 структур, содержащих С=0
в FAL – образце (0,20/С6), о разрушении - и -5 связей как в FDL, так и в FAL, об окислении в пропановой
цепочке, что подтверждается увеличением содержания альдегидных и карбоксильных групп.
Соотношение сирингильных, гваяцильных и фенольных структур в образцах свидетельствует о значительном окислении сирингильных структур в процессе делигнификации ГПА-5-MnII /O2 .
Из щелока путем экстрагирования хлороформом, водой и муравьиной кислотой выделены соответственно фракции FOC, FNC, FAC, которые, в свою очередь, были проанализированы газо-хроматографическим
анализом с масс-спектральным детектором. Во фракции FOC обнаружены ванилин, 3,5-диметокси-4гидроксибензойная кислота, 1.4-дигидрокси-3,5-диметокси-бензол и 3-метокси-4-гидроксибензойная кислота как основные продукты, хотя были выявлены также бензойная кислота, п-гидроксибензальдегид, 3,5диметокси-4-гидроксибензойная кислота и пирокатехин, но в незначительных количествах. Наличие этих
веществ также свидетельствует об окислительной деструкции лигнина.
Во фракции нейтральных соединений (FNC) были обнаружены в основном сахара. Во фракции FAC присутствуют в основном дикарбоновые (щавелевая, малоновая, этандикарбоновая кислоты) и гидроксикарбоновые (гликолевая, глицериновая) кислоты, образующиеся, как из лигнина, так и из полисахаридов.
На основании изучения кинетики окисления лигнина кислородом в присутствии ГПА-5 разработан механизм процесса [47]:
k1
ÃÏ À-5
k-1
ÃÏ À-(5-m) + mV(V);
(4)
+ V(IV) + H+;
(5)
L + V(V)
L + V(V) + H2O
L
äåï î ëèì åðèçàöèÿ ëèãí èí à + V(IV) + H+;
L + L
L
L + O2
(7)
L O O;
(8)
L O O- + V(V);
(9)
ï ðî äóêòû ñ áî ëåå í èçêèì è ì î ëåêóëÿðí û ì è ì àññàì è;
(10)
L + O2
L O O-
L;
(6)
V(IV) + ÃÏ À-5
4ÃÏ À-5(Red) + O2 + 4H+
V(V) + ÃÏ À-5(Red);
k3
4ÃÏ À-5(Red) + 2H2O.
(11)
(12)
Учитывая то, что равновесие (4) устанавливается достаточно быстро в выбранных условиях, и то, что
скорость окисления лигнина (5) является скоростьлимитирующей стадией (k3 >> k2 при избытке кислорода)
и для случаев, когда m=1, скорость окисления можно выразить следующим уравнением:
КАТАЛИТИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЛИГНИННЫХ ВЕЩЕСТВ
13
dL dt  k 2 K 0,5 [ГПА - 5]0,5 [ L];
K obs  k 2 K 0, 5 [ГПА - 5]0, 5 ,
(13)
где К = k1/k-1.
Таким образом, рассмотренные выше данные свидетельствуют о реализации в основном циклического
механизма действия каталитических систем на основе полиоксометаллатов в процессах окисления лигносодержащих материалов.
Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
Лунин В.В., Тундо П., Локтевой Е.С. «Зеленая» химия в России. М., 2004. 230 с.
Боголицын К.Г. Современные тенденции в химии и химической технологии растительного сырья // Российский химический журнал (Журнал Российского химического общества им. Д.И. Менделеева). 2002. Т. ХLVI. №5. С. 63–73.
Дейнеко И.П. Научные основы современных методов делигнификации // Материалы II международной конференции «Физикохимия лигнина». Архангельск, 2007. С. 26–29.
Рабинович М.Л., Болобова А.В., Кондращенко В.И. Теоретические основы биотехнологии древесных композитов.
Книга I. Древесина и разрушающие ее грибы. М., 2001. 263 с.
Болобова А.В., Аскадский А.А., Кондращенко В.И., Рабинович М.Л. Теоретические основы биотехнологии древесных композитов. Книга II. Ферменты, модели, процессы. М.,2002..343 с.
Боголицын К.Г., Попова Н.Р., Скребец Т.Э., Кошелева А.Е. Делигнификация древесины, катализируемая соединениями металлов переменной валентности // Изв. высш. учеб. заведений. Лесной журнал. 2002. №6. C. 67–84.
Abrahamsson R., Samuelson O. Oxygen-alkali cooking of wood meal. Pt. 5. Influence of metal compounds and soaking in
acid // Svensk papperstidning. 1975. A. 78. №4. Р. 135–140.
Kjell A., Samuelson O. Oxygen-alkali cooking of wood meal. Part 7. Influence of manganese and iron compounds // Svensk
papperstidning. 1976. A. 79. №9. S. 281–285.
Glassel C., Samuelson O., Wennergren B. Oxygen-alkali cooking of wood meal. Pt. 10. Influence of cooper and manganese
compounds // Svensk papperstidning. 1977. A. 80. №6. S. 171–172.
Landucci L., Sanyer N. Influence of metal and iodide ions in oxygen pulping of loblolly pine // TAPPI. 1974. V. 57. №10.
P. 97–100.
Landucci, L., Sanyer N. Influence of transition metals in oxygen pulping // TAPPI. 1975. V. 58. №2. P. 60–63.
Pal D., Samuelson O. Oxygen-alkali cooking of wood meal. Pt. 8. Influence of precooking and manganese addition on the
cooking of spruce // Svensk papperstidning. 1976. A. 79. №10. S. 311–315.
Гермер Э.И. О действии соединений марганца при кислородно-щелочной варке // Химия древесины. 1982. №5.
С. 25–30.
Кожевников И.В., Матвеев К.И. Гетерополикислоты в катализе // Успехи химии. 1982. Вып. 11. С. 1875–1896.
Pope M.T., Muller A. Polyoxometalate chemistry: an old field with new dimensions in several disciplines // Aneg. Chem.,
Int. Ed. Engl. 1991. V. 30. P. 34–48.
Hill C.L., Prosser-McCartha C.M. Homogeneous catalysis by transition metal oxygen anion clusters // Coord.Chem.Rev.
1995. V. 143. P. 407–455.
Okuhara T., Mizuno N., Misono M. Catalytic chemistry of heteropholycompounds // Adv. Catal. 1996. V. 41. P. 113–252.
Patent U.S. 5552019. Weinstock I.A., Hill C.L. Oxidation delignification of wood or wood pulp by transition-metal substituted polyoxometalates. 1996.
Weinstock I.A., Atalla R.H., Reiner R.S., Moen M.E. et al. New environmentally benign technology and approach to
bleaching kraft pulp. Polyoxometalates for selective delignification and waste mineralization // New J.Chem. 1996. V. 20.
P. 269–275.
Weinstock, I.A., Atalla R.H., Reiner R.S., Moen M.E. et al. New environmentally benign technology for transforming wood
pulp into paper. Engineering polyoxometalates as catalysts for multiple processes // J.Mol.catal. 1997. V. 116. P. 59–84.
Reiner R.S., Weinstock I.A., Atalla R.H., Bond J.S. et al. Thermodynamically stable, self-buffering polyoxometalate delignification system // Proceedings of 11th ISWPC. France. 2001. V. II. P. 349–352.
Kozhevnikov, I.V. Catalysis by heteropoly acids and multicomponent polyoxometalates in liquid-phase reactions //
Chem.Rev. 1998. V. 98(1). P. 171–198.
Attala R.H., Weinstock I.A., Reiner R.S., Houtman C.J., Hill C.G. Polyoxometalate bleaching: a new effluent-free technology // Proceedings of 4th EWLP. Italia.1996. P. 189–193.
Evtuguin D.V., Pascoal Neto C. Polyoxometalate catalysed oxygen delignification in organic solvent-water media // Proceedings of 4th EWLP. Italia. 1996. P. 194–202.
Weinstock I.A., Hill C.L., Minor J.L. Oxidative delignification and bleaching of lingo-cellulose materials by vanadium substituted polyoxometalates // Proceedings of 2th EWLP. France. 1992. P. 33–34.
Weinstock I.A., Atalla R.H., Hill C.L. Highly selective oxidative delignification of kraft pulp by soluble polyoxometalate
salts and oxygen // Proceedings of 3th EWLP. Sweden. 1994. P. 93–96.
14
Н.Р. ПОПОВА, К.Г. БОГОЛИЦЫН, Т.В. ПОВАРНИЦЫНА
27. Evtuguin D.V., Pascoal Neto C. New polyoxometalate promoted method of oxygen delignification // Holzforshung. 1997.
V. 51. №4. P. 338–342.
28. Evtuguin D.V., Marques V. M., Pascoal Neto C. Oxygen bleaching of hardwood and softwood kraft pulps catalyzed by
polyoxometalates: a comparative study // Proceedings of 6th EWLP. France. 2000. P. 69–72.
29. Evtuguin D.V., Pascoal Neto C. Heteropolyanions catalysis for ecologically friendly bleaching technologies: principles and
applications // Proceedings of 5th EWLP. Portugal. 1998. P. 589–592.
30. Gaspar A, Evtuguin D.V., Pascoal Neto C. New highly selective oxygen delignification of kraft pulp promoted by Mnassisted polyoxometalates // Proceedings of 11th ISWPC. France. 2001. Vol. II. P. 227–230.
31. Shatalov A.A., Evtuguin D.V., Pascoal Neto C. Cellulose behaviour in molybdovanadophosphate heteropolyanions catalysed aerobic oxidation // Proceedings of 5th EWLP. Portugal. 1998. P. 353–356.
32. Balaksin, M.Yu., Evtuguin D.V., Pascoal Neto C., Cavaco-Paulo A. Laccase catalyzed delignification mediated by
polyoxometalates: application to Kraft pulps bleaching in aerobic and anaerobic reaction systems // Proceedings of 11th
ISWPC. Nice, France. 2001. Vol. II. P. 387–390.
33. Gaspar A., Evtuguin D.V., Pascoal Neto C. Pulp bleaching catalysed by polyoxometalates – first pilot scale experience //
Proceedings of 7th EWLP. Finland. 2002. P. 103–106.
34. Sonnen D.M., Reiner R.S., Atalla R.H., Weinstock I.A. Degradation of pulp-mill effluent by oxygen and Na5[PV2Mo10O40],
a multipurpose delignification and wet air oxidation catalyst // Ind. Eng. Chem. Res. 1997. №36. P. 4134–4142.
35. Attala R.H., Weinstock I.A., Reiner R.S., Houtman C.J. et al. The second generation of polyoxometalate delignification agents
for effluent-free bleaching // Proceedings international pulp bleaching conference. Finland. 1998. Book 2. P. 455–460.
36. Reiner R.S., Springer E.L., Atalla R.H. Еlectrochemical delignification of wood pulp using polyoxometalate mediators //
Proceedings of 12th ISWPC. Wisconsin. 2003. Vol. II. P. 181–184.
37. Evtuguin D.V., Pascoal Neto C., Rocha J., Pedrosa de Jesus J.D. Oxidative delignification in the presence of molybdovanadophosphate heteropolyanions: mechanism and kinetic studies // Applied Catalysis A: General.1998. V.167. P.123–139.
38. Kandioller G., Christov L. Hardwood soda-aq pulp bleaching with molybdovanadophosphoric acids // Proceedings of 12th
ISWPC. Wisconsin. 2003. Vol. II. P. 77–77.
39. Attala R.H., Weinstock I.A., Reiner R.S., Houtman C.J. et al. The second generation of polyoxometalate delignification
agents for effluent-free bleaching // Proceedings of 5th EWLP. Portugal. 1998. P. 593–597.
40. Weinstock I.A., Atalla R.H., Bond J.S. and other. Polyoxometalate (POM) catalyst systems: chemical principles and reactions with lignin and oxygen // Proceedings of 6th EWLP. France. 2000. P. 67–68.
41. Reiner R.S., Weinstock I.A., Atalla R.H., Bond J.S. et al. Thermodynamically stable, self-buffering polyoxometalate delignification system // Proceedings of 11th ISWPC. France. 2001. Vol. II. P. 349–352.
42. Atalla R.H., Weinstock I.A., Bond J.S., Reiner R.S. et al. Progress in the development and optimization of polyoxometalate
delignification // Proceedings of 7th EWLP. Finland. 2002. P. 381–384.
43. Gaspar A.R., Gaspar A.R., Evtuguin D.V., Neto C.P. Polyoxometalate-catalyzed oxygen delignification of kraft pulp: a
pilot-plant experience // Ind. Eng. Chem. Res. 2004. V. 43. P. 7754–7761.
44. Yokoyama T., Chang H., Weinstock I.A., Reiner R.S., Kadla J.F. Kinetic Analysis of Polyoxometalate (POM) Oxidation of
Non-Phenolic Lignin Model Compound // Proceedings of 12th ISWPC. Wisconsin. 2003. V. II. P. 43–46.
45. Gaspar A., Evtuguin D.V., Pascoal Neto C. Study on Reactions in Oxygen Delignification Catalyzed by Mn (II) Assisted
Polyoxometalates // Proceedings of 12th ISWPC. Wisconsin. 2003. Vol. II . P. 83–86.
46. Сычев А.Я., Травин С.О., Дука Г.Г., Скурлатов Ю.И. Каталитические реакции и охрана окружающей среды. Кишинев. 1983. 272 с.
47. Evtuguin D.V., Pascoal Neto C., Rocha J., Pedrosa de Jesus J.D. Oxidative delignification in the presence of molybdovanadophosphate heteropolyanions: mechanism and kinetic studies // Applied Catalysis A: General. 1998. V. 167. P. 123–139.
Поступило в редакцию 1 июля 2008 г.
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 15–21.
Биополимеры растений
УДК 676.1.022.1: 688.743.54
СВОЙСТВА ЦЕЛЛЮЛОЗНЫХ ВОЛОКОН, ПОЛУЧЕННЫХ
ПРИ НАТРОННЫХ ВАРКАХ С АНТРАХИНОНОМ, ОБРАБОТАННЫМ
В УЛЬТРАЗВУКОВОМ ПОЛЕ
©
А.В. Вураско1*, Б.Н. Дрикер1, Е.В. Карпова2,3, Л.А. Алешина4, Н.В. Мелех4
Уральский государственный лесотехнический университет, Сибирский
тракт, 37, Екатеринбург, 620100 (Россия) Е-mail: Vurasko_а@mizarpro.com
2
Новосибирский институт органической химии СО РАН, Новосибирск,
пр. Лаврентьева, 9, Новосибирск, 630090 (Россия)
3
Новосибирский государственный университет, ул. Пирогова, 2, Новосибирск,
630090 (Россия) E-mail: karpovae@nioch.nsc.ru.
4
Петрозаводский государственный университет, пр. Ленина, 33,
Петрозаводск, 185910 (Россия) Е-mail: natalie_melekh@mail.ru
1
Проведены натронные варки древесины сосны, березы и композиции при соотношении сосна 70 и береза 30% в присутствии антрахинона, обработанного в ультразвуковом поле. Установлено, что применение обработанного антрахинона
приводит к увеличению скорости делигнификации, выхода технической целлюлозы, снижению продолжительности
размола и улучшению физико-механических показателей. Методами ИК-спектроскопии и рентгенографическими исследованиями установлено, что полученные положительные эффекты обусловлены повышенным содержанием пентозанов
и структурными изменениями клеточных стенок.
Ключевые слова: Древесина, целлюлоза, антрахинон, ультразвук, степень кристалличности, индекс кристалличности,
делигнификация.
Введение
При натронных варках с антрахиноном (АХ) наблюдается значительное ускорение процесса делигнификации,
а, следовательно, и сокращение продолжительности варочного процесса [1–4]. За счет этого полиозный и целлюлозный комплексы древесины меньше разрушаются под действием жестких условий варки, сохраняясь в технической целлюлозе в большем процентном соотношении. Наличие повышенного содержания полиоз в технической целлюлозе приводит к ускорению и улучшению качества размола [5]. Сохранение гемицеллюлозного комплекса, а особенно гемицеллюлозной фракции, растворимой в 5%-ном растворе NaOН [6], улучшает прочностные показатели технической целлюлозы. Недостаточно выяснено влияние повышения скорости варки на структуру, степень кристалличности технической целлюлозы, процесс размола и физико-механические показатели.
Ранее изучены натронно-АХ варки древесины ели [7], которая является хорошей моделью для исследования, но
используется преимущественно для получения целлюлозы сульфитным способом. Однако интерес с точки зрения переработки на целлюлозу натронно-АХ способом среди лиственных и хвойных пород представляют береза
пушистая (Betula рubescens) и сосна обыкновенная (Pinus silvestris), а также их композиции, благодаря их распространенности и пригодности для щелочных способов варки.
Экспериментальная часть
Натронно-АХ варки древесного сырья в виде щепы проводили в автоклаве при следующих условиях:
расход активной щелочи к абсолютно сухой древесине (а.с.д.) – 20% (в единицах Na2O), гидромодуль – 6 : 1,
*
Автор, с которым следует вести переписку.
16
А.В. ВУРАСКО, Б.Н. ДРИКЕР, Е.В. КАРПОВА, Л.А. АЛЕШИНА, Н.В. МЕЛЕХ
максимальная температура варки – 170 С, продолжительность достижения максимальной температуры – 90
мин, продолжительность варки – 170…430 мин. При каталитической варке к раствору едкого натра добавляли дисперсию АХ. В работе использовали промышленный образец АХ, полученный газофазным окислением антрацена (II сорт), обработанный в ультразвуковом (УЗ) поле. Диспергирование в УЗ-поле осуществляли в присутствии черного щелока на ультразвуковом генераторе УЗДН акустической мощностью 0,6 кВт,
и стандартной частотой 22 кГц в течение 5 мин [8, 9].
Техническую целлюлозу анализировали по показателям: массовая доля лигнина [10]; содержание пентозанов – по ТАРРI–223 OS-62; содержание гемицеллюлозной фракции, растворимой в 5%-ном NaOH – по
ГОСТ 9002, средняя степень полимеризации – по ГОСТ 9105-74. Средневзвешенную длину и грубость волокон определяли на приборе KAJAANI FS-200.
Анализ технической натронной целлюлозы проводили методом ИК-Фурье-спектроскопии. Спектры образцов регистрировали в таблетках с безводным KBr в средней ИК-области на серийном приборе Vector 22
фирмы Bruker с разрешением 4 см–1. Полученные спектры нормализовались. Общая погрешность эксперимента 5%.
Структура волокон натронной целлюлозы просматривалась в сканирующем электронном микроскопе
ТМ-1000.
Рентгеноструктурные исследования древесных волокон проводились на рентгеновском дифрактометре
ДРОН-3М на Fe K излучении, в диапазоне углов рассеяния от 3 до 145°. От 3 до 50° шаг по углу рассеяния
составлял 0,1°, от 50 до 145–0,5°. Время экспозиции 20 с. Общая погрешность эксперимента 5%.
Результаты и обсуждение
В ходе натронных каталитических варок получены образцы технической целлюлозы из древесины сосны, березы и их композиции при соотношении сосны 70 и березы 30%. В качестве контроля проведены
натронные варки без катализатора. Основные характеристики технических целлюлоз приведены в таблице.
Из представленных в таблице данных видно, что использование АХ, обработанного в УЗ поле (АХ УЗ) при
натронной варке среднемягких целлюлоз позволяет:
– для древесины сосны: сократить продолжительность варки на 20…30 мин; увеличить выход технической целлюлозы по сравнению с натронной за счет сохранения большего количества пентозанов и гемицеллюлозной фракции;
– для древесины березы: сократить продолжительность варки на 60…100 мин; увеличить выход на
7,5…9,0% по сравнению с натронной;
– для варки композиции пород: сократить продолжительность варки на 130…150 мин; увеличить выход
технической целлюлозы на 4,0…4,5% по сравнению с натронной варкой.
Использование при натронной варке катализатора приводит к увеличению скорости делигнификации и
значительному снижению продолжительности варки. Очевидно, что при снижении продолжительности варки в присутствии АХУЗ полисахариды древесины меньше подвергаются деструкции под действием варочного раствора. Это подтверждается более высоким содержанием пентозанов и гемицеллюлозного комплекса,
относительно высокими значениями степени полимеризации технической целлюлозы, что подтверждается
данными таблицы и ИК-спектрами.
ИК-спектры образцов технической целлюлозы из древесины сосны и березы, а также их смеси с массовой долей лигнина ~4 и ~3 %, полученные натронной варкой в присутствие катализатора и без него, сходны
между собой и характеризуют недеструктированную целлюлозу (рис. 1).
Для всех образцов с содержанием лигнина ~4% в спектрах наблюдаются полосы остаточного лигнина
в области 1595 и 1507 см–1 (валентные колебания ароматических колец [11]), практически отсутствующие
в образцах с содержанием лигнина ~3% (рис. 2).
Как видно из рисунка 2, в спектрах образцов технической целлюлозы, полученной в присутствии катализатора, интенсивность полос поглощения остаточного лигнина ниже, чем в спектрах целлюлоз, полученных
без катализатора.
В спектрах целлюлоз, полученных при варке древесины сосны и композиции пород с содержанием лигнина как ~4%, так и ~3% присутствует слабая полоса 810 см –1, характеризующая С–Н внеплоскостные колебания гваяцильного кольца лигнина. Эта полоса отсутствует в образце целлюлозы с содержанием лигнина
3,0%, полученном из древесины сосны без катализатора, вероятно, из-за его значительной деструкции
по сравнению с другими образцами (рис. 3).
СВОЙСТВА ЦЕЛЛЮЛОЗНЫХ ВОЛОКОН…
17
Рис. 1. FTIR-спектры образцов технической целлюлозы, полученной натронным способом (~4% лигнина):
1.0
1 – из древесины березы; 2 – из древесины березы в присутствии АХУЗ; 3 – из древесины сосны; 4 – из
древесины сосны в присутствии АХУЗ
1594
8
7
6
5
4
0.2
3
2
1
0.0
Рис. 2. Поглощение остаточного
лигнина в образцах технической
целлюлозы: из древесины
березы:
1 – 3% лигнина; 2 – то же с
АХУЗ; 6 – 4% лигнина; 5 – то же с
АХУЗ; из древесины сосны: 3 –
3% лигнина; 4 – то же с АХУЗ; 8 –
4% лигнина; 7 – то же с АХУЗ
Absorbance Units
0.4
0.6
0.8
1509
1800
Z:\spectra\Alesya\ale1.dx
Z:\spectra\Alesya\ale2.dx
Z:\spectra\Alesya\ale3.dx
Z:\spectra\Alesya\ale4.dx
Z:\spectra\Alesya\ale13.dx
Z:\spectra\Alesya\ale14.dx
Z:\spectra\Alesya\ale15.dx
Z:\spectra\Alesya\ale16.dx
1700
1600
1500
Wavenumber cm-1
Bereza 4%lignin
KBr 150:1 VECTOR 22
Bereza 4%lignin AQ
KBr 150:1 VECTOR 22
Sosna 4%lignin
KBr 150:1 VECTOR 22
Sosna 4%lignin AQ
KBr 150:1 VECTOR 22
Bereza 3%lignin
KBr 150:1 VECTOR 22
Bereza 3%lignin AQ
KBr 150:1 VECTOR 22
Sosna 3%lignin
KBr 150:1 VECTOR 22
Sosna 3%lignin AQ
KBr 150:1 VECTOR 22
Page 1/1
Рис. 3. Поглощение остаточного
лигнина в образцах технической
целлюлозы из древесины сосны
1 – 3% лигнина; 2 – то же с АХУЗ;
3 – 4% лигнина; 4 – то же с АХУЗ
1400
1300
18
А.В. ВУРАСКО, Б.Н. ДРИКЕР, Е.В. КАРПОВА, Л.А. АЛЕШИНА, Н.В. МЕЛЕХ
Микроскопический анализ целлюлозных волокон из древесины сосны и березы показывает, что волокнистая масса содержит целые волокна, пучки волокон и практически не содержит мелочи. На поверхности волокон целлюлозы из сосны наблюдаются многочисленные продольные и поперечные складки [12]. Во всех
случаях разделение на волокна хорошо проваренной технической целлюлозы происходит почти без разрушения клеточных стенок (т.е. разволокнение протекает в области P-S1 клеточной стенки), таким образом,
гемицеллюлозы, находящиеся во вторичной оболочке, остаются незатронутыми и могут влиять на содержание аморфной фракции.
Положение полосы ножничных колебаний СН2-группы во всех спектрах одинаково – 1429 см–1, что свидетельствует о преобладании кристаллической модификации целлюлозы I. В аморфной целлюлозе эта полоса сдвигается до 1420 см-1. Полоса ~1111 см–1 (валентное колебание глюкопиранозного кольца в целом) меняет свою интенсивность при переходе от целлюлозы I к аморфной целлюлозе [13]. Кристаллическую модификацию характеризует также полоса 897 см–1 (-связывание). При аморфизации целлюлозы меняется
форма этой полосы – она становится интенсивнее и ỳже. Одинаковые положение и форма этой полосы практически во всех спектрах свидетельствуют о незначительных изменениях соотношения кристаллической и
аморфной фракций во всех изучаемых образцах. При сравнении спектров целлюлозы после варки с катализатором и без него, а также до и после размола наблюдается незначительное уменьшение интенсивности
этой полосы в спектрах целлюлозы, полученной варкой с АХ, что свидетельствует о некотором увеличении
доли аморфной целлюлозы (рис. 4).
Для оценки прочностных свойств техническую целлюлозу подвергли размолу до 60 °ШР. При размоле
полученных технических целлюлоз наблюдаются следующие тенденции: для технической целлюлозы из
древесины сосны, березы и композиции пород при массовой доле лигнина ~4% происходит сокращение
продолжительности размола, при содержании ~3% продолжительность размола практически не меняется.
В случае размола целлюлозы из древесины сосны с массовой долей лигнина 3%, полученной в присутствии
катализатора, продолжительность размола увеличивается.
Оценку содержания кристаллической части в технической целлюлозе до и после размола проводили путем расчета индекса кристалличности. В области 1200–1400 см–1 спектра целлюлозы содержатся полосы,
зависящие от содержания аморфной фракции и типа кристаллической решетки [14]. Полоса 1372 см–1 (С–Н
деформационные колебания) менее остальных зависит от содержания влаги в образце и не зависит от типа
решетки, характеризуя, таким образом, только соотношение аморфной и кристаллической фракций. Однако
использование интенсивности этой полосы для характеристики степени кристалличности не дает удовлетворительных результатов, поэтому предложено [15] для расчета индекса кристалличности целлюлозы использовать отношение оптических плотностей полос 1374 и 2895 см –1 (С–Н и СН2 валентные колебания), так
как интенсивность последней полосы не зависит от кристалличности образца. Полученные значения
D1374/D2895 приведены в таблице.
Рис. 4. Изменение интенсивности и формы полосы 1111 см -1 в образцах технической целлюлозы: 1 – из
древесины березы (лигнин 4%); 2 – то же с АХУЗ; 3 – из древесины березы (лигнин 4%) после размола
до 60 °ШР; 4 – то же с АХУЗ
Характеристика среднемягких целлюлоз из древесины сосны, березы и их композиции
Показатели
АХУЗ
2,9
45,5
300
4,4
1,8
5,4
900
60
Сосна
контроль
4,2
40,6
330
0,8
Береза
АХУЗ
контроль
2,9
4,0
51,5
46,5
230
250
8,1
2,3
АХУЗ
3,8
54,0
190
10,8
Композиция сосна – береза
контроль
АХУЗ
контроль
АХУЗ
3,0
3,1
4,0
4,1
39,0
43,5
41,0
44,9
480
330
430
300
0,4
4,4
0,8
6,1
АХУЗ
4,0
48,7
250
4,9
контроль
3,0
42,0
330
1,8
2,2
6,4
2,3
7,2
3,3
8,5
1,2
6,4
1,9
8,6
1100
70
1100
84
1250
73
1000
40
1200
40
1100
58
1300
50
800
55
1100
64
960
140
1200
92
2,66
1,80
2,85
2,00
2,75
1,83
2,95
2,11
1,22
1,05
1,25
1,15
1,29
1,16
1,28
1,19
2,42
1,38
2,38
1,90
2,51
1,41
2,41
1,95
0,135
0,121
0,114
0,100
0,163
0,193
0,159
0,139
0,090
0,085
0,075
0,063
0,104
0,110
0,109
0,098
0,129
0,120
0,100
0,860
0,132
0,187
0,109
0,107
78
75
82
88
88
85
82
83
78
81
76
78
74
82
75
82
84
84
83
84
80
83
85
81
1,156
1,061
9000
3,1
1,158
1,132
9200
4,8
1,156
1,226
10400
2,7
1,163
1,136
11200
3,9
1,187
1,140
9600
3,9
1,172
1,128
10600
4,8
1,187
1,116
8800
3,4
1,156
1,135
10000
4,5
1,127
1,133
8600
2,9
1,156
1,108
9400
4,6
1,034
1,134
11800
2,5
1,023
1,150
12000
4,1
650
390
400
800
400
415
650
545
670
810
630
1034
490
360
316
700
380
570
750
350
988
910
400
1086
470
350
370
540
380
410
620
425
447
750
545
1004
СВОЙСТВА ЦЕЛЛЮЛОЗНЫХ ВОЛОКОН…
Массовая доля лигнина в целлюлозе, %
Выход отсортированной целлюлозы, %
Продолжительность варки, мин
Пентозаны, %
Гемицеллюлозный комплекс, растворимый
в NaOH (5%), %
Средняя степень полимеризации
Продолжительность размола до 60 °ШР, мин
Средневзвешенная длина, мм
– до размола
– после размола
Грубость, мг/м
–до размола
– после размола
Степень кристалличности, %
– до размола
– после размола
Индекс кристалличности D1374/D2895
– до размола
– после размола
Разрывная длина, м
Удлинение до разрыва, %
Сопротивление:
– раздиранию, мН
– продавливанию, кПа
– излому, ч.д.п.
контроль
3,0
40,5
360
0,3
19
20
А.В. ВУРАСКО, Б.Н. ДРИКЕР, Е.В. КАРПОВА, Л.А. АЛЕШИНА, Н.В. МЕЛЕХ
Степень кристалличности, определенная рентгенографическим методом, характеризует долю регулярно упакованных молекул, совокупность которых обусловливает появление на дифракционной картине брегговских отражений, взятую по отношению к хаотически ориентированным молекулам, рассеивающим излучение диффузно
[16]. Для оценки степени кристалличности был реализован метод Руланда [17, 18], позволяющий автоматизировать расчеты за счет использования ЭВМ в сочетании с методом выделения рассеяния аморфной составляющей,
описанным в работе [19]. Контуры пиков аппроксимировались функцией Гаусса. Погрешность степени кристалличности, определенной рентгенографическим методом, составила 5%.
Анализ полученных результатов показывает, что степень кристалличности до и после размола технических целлюлоз практически не меняется, так как результаты находятся в пределах погрешности эксперимента. Исключение составляют результаты, полученные при размоле технической целлюлозы с массовой долей
лигнина 3% из древесины сосны с применением катализатора. В этом случае степень кристалличности увеличивается (рис. 5). Подобное явление наблюдается и при размоле технической целлюлозы из древесины
березы с массовой долей лигнина 4%.
Вероятно, это явление обусловлено увеличением скорости делигнификации и снижением продолжительности варки в присутствии АХУЗ и, как следствие, более высокой степенью кристалличности по сравнению с
контрольной варкой. В этом случае изначально высокая степень кристалличности требует большей продолжительности размола для достижения необходимой степени помола технической целлюлозы. Сохраненные
при варке пентозаны при размоле «защищают» целлюлозу от излишней деструкции, частично разрушаются,
приводя к некоторому увеличению степени кристалличности.
Таким образом, значительных структурных изменений в соотношениях между кристаллическими,
аморфными (упорядоченными и неупорядоченными) областями в клеточных стенках волокон целлюлозы не
происходит. Незначительная аморфизация волокон каталитической целлюлозы до размола обусловлена высоким содержанием гемицеллюлоз и пентозанов.
Анализ фракционного состава волокон технической целлюлозы после размола показывает, что техническая целлюлоза, полученная с применением АХ УЗ, содержит больше длинноволокнистой фракции, сохранившейся в процессе размола. Тенденция к снижению относительного укорочения средневзвешенной длины
волокон в процессе размола, по нашему мнению, обусловлена сокращением продолжительности размола за
счет повышенного содержания пентозосодержащих гемицеллюлозных фракций, наличие которых способствует набуханию, пластификации и лучшей фибрилляции волокон без чрезмерного уменьшения их длины.
Для всех волокон, полученных с применением катализатора, характерна меньшая грубость.
Рис. 5. Рентгенограммы технической целлюлозы из древесины сосны с массовой долей лигнина 3%:
1 – целлюлоза, полученная с АХУЗ после размола; 2 – целлюлоза, полученная с АХУЗ после варки;
3 – целлюлоза, полученная при контрольной (натронной) варке
СВОЙСТВА ЦЕЛЛЮЛОЗНЫХ ВОЛОКОН…
21
Выводы
1. Применение АХУЗ при получении среднемягких целлюлоз для исследуемых пород древесины и их
композиции натронным способом позволяет сократить продолжительность варки, увеличить выход технической целлюлозы за счет сохранения пентозанов по сравнению с варкой без катализатора.
2. Технические целлюлозы, полученные с применением АХУЗ, размалываются быстрее. По данным ИКспектроскопических и рентгенографических исследований это обусловлено повышенным содержанием пентозанов и структурными изменениями в клеточных стенках волокон целлюлозы.
3. Улучшение прочностных показателей технической целлюлозы при варке с АХ УЗ для исследуемых пород и их композиции связано с более мягкими условиями варки, более эффективной фибрилляции волокон
из-за повышенного содержания гемицеллюлозной фракции и пентозанов.
4. Применение АХУЗ при натронной варке композиции пород дает возможность сочетать все эффекты,
наблюдающиеся при каталитических варках индивидуальных пород, и позволит заменить часть долгорастущей хвойной древесины на быстрорастущую лиственную с получением прочной технической целлюлозы.
Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
Вураско А.В., Жвирблите А.К., Агеев А.Я. Исследование эффективности действия АХ при натронной варке березы.
1. Влияние АХ на лигноуглеводный комплекс // Известия вузов. Лесной журнал. 2002. №6. С. 91–97.
Вураско А.В., Жвирблите А.-В. К., Агеев А.Я., Ефименко К.А. Исследование эффективности действия антрахинона
при натронной варке древесины березы 2. Влияние антрахинона на физико-механические свойства целлюлозы //
Известия вузов. Лесной журнал. 2004. №4. С. 39–42.
Вураско А.В., Романова Ю.В. Исследование эффективности действия антрахинона при натронной варке смешанных
пород древесины // Известия вузов. Лесной журнал. 2006. №1. С. 78−82.
Вураско А.В., Романова Ю.В. Свойства целлюлозных волокон при совместной варке хвойных и лиственных пород
// Известия вузов. Лесной журнал. 2006. №1. С. 70−77.
Аликин В.П. Физико-механические свойства природных целлюлозных волокон. М., 1969. 140 с.
Фляте Д.М. Бумагообразующие свойства волокнистых материалов. М., 1990. 136 с.
Шашилов А.А., Евстигнеев Э.И., Шалимова Т.В., Захаров В.И. Изменение структуры целлюлозы ели при натронной
и натронно-антрахинонной варках // Химия древесины. 1986. №2. C. 7–11.
Вураско А.В., Дрикер Б.Н., Головкин М.А. Влияние редуцирующих свойств антрахинона на процессы каталитической делигнификации древесины // Известия вузов. Лесной журнал. 2005. №3. С. 118–124.
Положительное решение на заявку №2005106558/12(008002). Россия. Способ получения целлюлозы / Вураско А.В.,
Дрикер Б.Н., Головкин М.А. // 2005. заявл. 09.03.05.
Оболенская А.В., Ельницкая З.П., Леонович А.А. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы : учебн.
пособие для вузов. М., 1991. 320 с.
Хергерт Г.Л. ИК-спектры лигнина // Лигнины / под ред. К.В. Сарканена и К.Х. Людвига. М., 1975. С.171–202.
Атлас ультраструктуры древесных полуфабрикатов, применяемых для производства бумаги / под ред. Н.П. Зотовой-Спановской. М., 1984.
Инфракрасная спектроскопия полимеров / под ред. И. Деханта. М., 1976. С. 387–413.
Mary L. Nelson, Robert T. O'Connor. Relation of certain infrared bands to cellulose crystallinity and crystal lattice type.
Part I. Spectra of lattice types I, II, III and of amorphous cellulose // Journal of Applied Polymer Science V. 8. I. 3. P. 1311–
1324.
Mary L. Nelson, Robert T. O'Connor. Relation of certain infrared bands to cellulose crystallinity and crystal lattice type.
Part II. A new infrared ratio for estimation of crystallinity in celluloses I and II // Journal of Applied Polymer Science V. 8.
I. 3. P. 1325–1341.
Binotto A. P., Murphey W. K. Cutter B. E. X-ray diffraction studies of cellulose from bark and wood // Wood and fiber.
1971. V. 3. №3. P. 179–184.
Ruland W. W. X-ray determination of crystallinity and diffuse disorder skattering // Acta cryst. 1961. V. 14. P. 1480.
Murthy N. S., Minor H. General procedure for evaluating amorphous scattering and crystallinity from X-ray diffraction
scans of semicrystalline polymers // Polymer. 1990. V. 31. June. P. 996–1002.
Иванов М. А., Шашилов А. А. Структурное состояние целлюлозы // Субмикроскопическое строение древесины и
его роль в процессах делигнификации. Рига, 1983. С. 117–121.
Поступило в редакцию 11 января 2008 г.
После переработки 2 апреля 2008 г.
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 23–28.
УДК 676.163.4: 674.031.21
БИСУЛЬФИТНАЯ ДЕЛИГНИФИКАЦИЯ МОЛОДОЙ ДРЕВЕСИНЫ БЕРЕЗЫ
©
Ф.Х. Хакимова*, Т.Н. Ковтун
Пермский государственный технический университет, ул. Ласьвинская, 18,
Пермь, 614113 (Россия) Е-mail: tcbp@pstu.ac.ru
Изучены особенности бисульфитной делигнификации молодой и спелой древесины березы, интенсивность этих
процессов на различных стадиях варки целлюлозы. Для более полной характеристики процессов делигнификации изучено изменение объема субмикроскопических капилляров молодой и спелой древесины березы, изменение степени равномерности делигнификации сравниваемых образцов древесины в процессе варки, приведена диаграмма Росса.
Ключевые слова: делигнификация, молодая древесина, спелая древесина, равномерность делигнификации, диаграмма Росса.
Введение
Повышение комплексности использования древесного сырья – важная народнохозяйственная задача. Решению
этого вопроса должно способствовать максимальное вовлечение в переработку некондиционной древесины, в том
числе древесины рубок ухода за лесом, которая в нашей стране используется крайне неудовлетворительно. Вопервых, переработка молодой тонкомерной древесины в ЦБП, , способствовала бы расширению сырьевой базы отрасли, особенно европейской части страны, где недостаток древесного сырья ощущается все острее, и, во-вторых,
организация регулярных рубок ухода привела бы к повышению продуктивности лесов.
Особенности морфологического строения, химического состава и физических свойств молодой тонкомерной древесины по сравнению со спелой обусловливают необходимость комплексного исследования делигнификации этой древесины.
Исследователи периодически обращаются к данному вопросу, но к сульфатному способу переработки
некондиционной древесины как более универсальному. Однако в России до 30% целлюлозы вырабатывается
сульфитным способом, поэтому представляет интерес изучение возможности использования древесины рубок ухода для получения сульфитной и бисульфитной целлюлозы, пригодной в бумажном производстве.
Наиболее часто применяемым сырьем для производства бисульфитной целлюлозы в нашей стране является древесина ели, пихты, осины, березы. В работе [1] представлены результаты исследований особенностей делигнификации молодой и спелой древесины ели. При проведении рубок ухода за лесом – прореживании – получают также тонкомерную древесину лиственных пород, главным образом березы. А так как лиственные породы древесины по свойствам, морфологии и химическому составу значительно отличаются от
хвойных, то представляет интерес изучение основных закономерностей бисульфитной делигнификации молодой березовой древесины по сравнению со спелой березой.
Экспериментальная часть
Для исследований использовали древесину березы, заготовленную при проведении рубок прореживания
в Пермском крае. Заготовленные деревья отвечали термину «тонкомерная древесина», т.к. их диаметр на
пне составлял 6–12 см. Средний возраст отобранной древесины 20–30 лет, т.е. это была молодая древесина.
Поэтому в данной работе понятия «тонкомерная древесина» и «молодая древесина» являются идентичными.
Для сравнения использована и балансовая древесина (возраст 70–85 лет).
Плотность образцов древесины определили по ГОСТ 16483.1.
*
Автор, с которым следует вести переписку.
Ф.Х. ХАКИМОВА, Т.Н. КОВТУН
24
Щепу из окоренной вручную древесины готовили на лабораторной рубительной машине. По содержанию основной фракции щепа соответствовала ГОСТ 15815 «Щепа технологическая. Технические условия»
для выработки сульфитной целлюлозы.
С целью определения химического состава исследуемых пород древесины щепу, полученную из шайб,
отобранных на высоте 1,3 м, измельчили на лабораторной мельнице МРЛ-1 до размера опилок. На анализ
взяли опилки, задержанные на сите с отверстиями 0,25 мм и прошедшие через сито с отверстиями 0,5 мм. В
подготовленном для анализа сырье определили по стандартной методике содержание пентозанов. Содержание целлюлозы (по Кюршнеру), лигнина (по Комарову), веществ, экстрагируемых хлористым метиленом и
горячей водой, определили, руководствуясь пособием [2].
В настоящее время на большинстве сульфитцеллюлозных заводов используют варочную кислоту, по составу близкую к варочному раствору для бисульфитной варки целлюлозы. Однако варочный раствор не является чисто бисульфитным, в нем всегда есть некоторое количество растворенного SO2. Исходя из этого и
проанализировав состав варочного раствора некоторых сульфитцеллюлозных заводов, для исследований
использовали варочную кислоту на натриево-магниевом основании следующего состава: 3,8÷4,0% всего
SO2, 1,75÷1,80% связанного SO2, рН = 2,5÷2,6.
Бисульфитные варки проводили в стационарном автоклаве вместимостью 2 л с электрообогревом без
принудительной циркуляции и в батарейных автоклавах вместимостью 0,3 л, обогреваемых на глицериновой бане. Гидромодуль составил соотношение 5 : 1.
Для анализа целлюлозы использованы следующие стандартные методы анализа: определение массовой
доли влаги – по ГОСТ 16932; определение жесткости (степени провара) – перманганатным методом по
ГОСТ 9109; определение массовой доли лигнина в целлюлозе – по ГОСТ 11960; определение массовой доли
экстрактивных веществ (смол и жиров) в целлюлозе – по ГОСТ 6841; определение массовой доли пентозанов в целлюлозе – по ГОСТ 10820.
Изменение общего объема субмикроскопических капилляров (ОСК) тонкомерной и спелой древесины в
процессе бисульфитной делигнификации определяли по методу «нерастворяющей воды» с применением монодисперсного полимера с большой молекулярной массой, макромолекулы которого попадают только в макропоры твердого тела, в данном случае в полости клеток. Вода, заключенная в субмикроскопические капилляры, не участвует в разбавлении раствора полимера. В качестве водорастворимого полимера была взята фракция полиэтиленгликоля с молекулярной массой 40000 и гидродинамическим радиусом около 100 нм.
Методика определения общего объема субмикроскопических капилляров приведена в источнике [3].
Для сравнительного исследования равномерности провара при бисульфитной делигнификации использовали щепу, приготовленную вручную из древесины березы различного возраста. Варки выполняли в батарейных автоклавах, обогреваемых на глицериновой бане. По ходу делигнификации через определенные
промежутки времени проводили отборы проб древесного остатка. Древесный остаток (неразволокненные
щепки) промывали диффузионным способом и высушивали на воздухе до воздушно-сухого состояния.
В полученных образцах равномерность провара щепы определяли методом разделения на три условные
геометрические зоны по методике, описанной в работе [4].
Коэффициент равномерности рассчитывали по формуле:
K  1
( Л СР.  Л 1 )  ( Л СР.  Л 2 )  ( Л СР.  Л 3 )
,
Л СР.
где Л – массовая доля лигнина в слоях и среднее значение в образце, %.
Среднее значение лигнина в образце рассчитывали по формуле:
Л СР. 
М 1  Л1  М 2  Л 2  М 3  Л 3
,
М1  М 2  М 3
где Л – массовая доля лигнина в зонах, %; М – масса каждой зоны, %.
Обсуждение результатов
Анализ химического состава исследованных образцов древесины показал следующее (табл. 1): молодая
береза отличается от спелой повышенным содержанием лигнина, пентозанов, веществ, экстрагируемых горячей водой, золы, но пониженной массовой долей целлюлозы Кюршнера, смол и жиров.
БИСУЛЬФИТНАЯ ДЕЛИГНИФИКАЦИЯ МОЛОДОЙ ДРЕВЕСИНЫ БЕРЕЗЫ
25
Пропитка щепы лиственных пород, в том числе и березы, несмотря на наличие сосудов, затруднена из-за
высокой плотности по сравнению с хвойной древесиной и отсутствия окаймленных пор в волокнах либриформа, вследствие чего варочная кислота в них может проникать большей частью только путем диффузии
через вещество клеточных оболочек.
Учитывая, что влажность щепы оказывает заметное влияние на пропитку, а затем и на ход сульфитной и бисульфитной делигнификации, а также то, что в производственных условиях для варок применяется в основном щепа с высоким содержанием влаги, в данной работе была использована, кроме воздушно-сухой древесины (влажностью 5–7%),
березовая древесина с влажностью более 40%, т.е. такой влажности, какую имеет свежесрубленная древесина.
Взаимодействие варочной кислоты с древесиной при сульфитной делигнификации начинается, как известно, с процесса пропитки. При использовании воздушно-сухой древесины наибольшее развитие при данном процессе получает быстрая жидкостная пропитка, а в случае использования влажной древесины большую роль должна играть более медленная диффузионная пропитка. А от того, насколько полно прошло соприкосновение варочной кислоты с древесным веществом, зависит в конечном итоге и результат варки.
Предварительно проведенные сравнительные исследования пропитки березовой древесины показали, что
пропитка тонкомерной березовой древесины проходит быстрее, чем спелой, и выход древесного остатка для
этого образца выше в течение всего процесса пропитки по сравнению с образцом из спелой древесины.
Для сравнительного изучения бисульфитной делигнификации молодой и спелой березы был использован
следующий график варки: подъем температуры до 115 °С – 1 ч 45 мин, пропитка при 115 °С – 1 ч, подъем
температуры до 145 °С – 1 ч 30 мин, варка при температуре 145 °С – 1 ч 30 мин.
На рисунках 1 и 2 представлены кривые изменения содержания лигнина в древесном остатке и выхода
древесного остатка при бисульфитной делигнификации.
Из рисунка 1 следует, что лигнин в период подъема температуры до 115 °С практически не растворяется.
На этапе пропитки при температуре 115 °С некоторая часть лигнина начинает переходить в раствор, и
наиболее ярко этот процесс выражен у образцов воздушно-сухой березы.
Растворение части лигнина березы в период пропитки объясняется, вероятно, тем, что лигнин лиственной древесины в основном располагается в срединной пластинке, и для его растворения требуется меньшая
степень сульфонирования.
Во второй период делигнификации (собственно варки) наблюдается интенсивный переход в раствор
нецеллюлозных компонентов клеточных оболочек древесины, в том числе и лигнина (рис. 1).
Во время всего процесса делигнификации содержание остаточного лигнина (в процентах от исходного) выше в
образцах из тонкомерной березы, т.е. удаление лигнина из этой древесины происходит медленнее, чем из спелой.
Сравнивая процесс удаления лигнина из образцов различной влажности, следует отметить, что делигнификация воздушно-сухой молодой и спелой березы осуществляется быстрее, чем делигнифицируются образцы из влажной щепы. Для получения целлюлозы одинаковой степени делигнификации продолжительность варки влажной щепы должна быть выше, чем воздушно-сухой.
Изменение выхода (рис. 2) древесного остатка показывает, что уже в начальный период варки (на стадии
заварки) наблюдается растворение компонентов древесины, но поскольку лигнин в этот период переходит в
раствор в небольшом количестве, то, видимо, в раствор начинает переходить и углеводная часть древесины.
Снижение выхода древесного остатка на стадии заварки более выражено для образцов спелой древесины,
чем молодой, а также для образцов воздушно-сухой древесины, как спелой, так и молодой.
Таблица 1. Химический состав и другие характеристики березовой древесины
Показатели
Диаметр на пне, см
с корой
без коры
Плотность, кг/см3
Массовая доля в древесине, %:
целлюлозы (по Кюршнеру)
лигнина (по Комарову)
пентозанов
веществ, экстрагируемых горячей водой (90 °С)
смол и жиров
полисахаридов:
легкогидролизуемых
трудногидролизуемых
Древесина
молодая
спелая
6,8
6,5
540
27,6
26,0
560
46,0
23,5
26,6
2,6
2,3
48,0
22,9
25,8
2,4
2,5
25,5
50,7
26,1
51,8
26
Ф.Х. ХАКИМОВА, Т.Н. КОВТУН
Рис. 1. Изменение содержания лигнина в древесном
остатке при бисульфитной делигнификации
березовой древесины: влажная древесина –
а – молодая, б – спелая; воздушно-сухая древесина –
в – молодая, г – спелая
Рис. 2. Изменение выхода древесного остатка
березовой древесины в процессе бисульфитной
делигнификации: влажная древесина –
1 – тонкомерная, 2 – спелая; воздушно-сухая
древесина – 3 – тонкомерная, 4 – спелая
При дальнейшей делигнификации характер изменения выхода для обоих образцов сохраняется. Соответственно
к концу процесса делигнификации при одинаковой его продолжительности выход целлюлозы из молодой березы
выше, чем из спелой, но целлюлоза из молодой березы отличается более высоким содержанием лигнина. При варке
до одинаковой степени делигнификации выход целлюлозы из молодой березы на 1–3% ниже, чем из спелой.
Ход процесса бисульфитной делигнификации можно представить на диаграмме Росса (рис. 3), которая
наглядно отражает процесс удаления из древесины лигнина и растворения углеводов.
В начальной стадии варки наблюдается интенсивное растворение лигнина при незначительном растворении
углеводной части древесины. В дальнейшем процесс варки сопровождается гидролизом и лигнина, и углеводов:
выход лигнина снижается от 17 до 2%, а общий выход углеводов уменьшается от 75 до 52%, т.е. гидролиз углеводов протекает менее интенсивно, при этом избирательность процесса делигнификации невысокая.
Приведено сравнительное изучение изменения в процессе варки степени равномерности делигнификации древесины методом деления образцов на условные геометрические зоны.
Результаты, полученные при определении данного показателя для березовой древесины разного возраста, представлены в таблицах 2, 3.
Из приведенных данных следует, что в случае делигнификации березы в любой момент процесса содержание
лигнина в наружных слоях щепы несколько ниже, чем во внутренних, однако эта разница незначительная.
Равномерность делигнификации обоих образцов древесины весьма высока. Коэффициент равномерности
провара на всем протяжении делигнификации несколько выше для молодой древесины березы, и с увеличением продолжительности варки относительная равномерность провара изменяется незначительно, тогда как
для спелой древесины этот показатель в процессе варки несколько снижается.
Среднее значение содержания лигнина в образце из молодой березы на протяжении всей делигнификации выше по сравнению с образцом из спелой древесины, что подтверждает более медленную бисульфитную делигнификацию тонкомерной березовой древесины.
Значительную роль в процессе делигнификации древесного сырья играет степень развития капиллярнопористой системы клеточных оболочек древесины. Она служит путями подвода варочного раствора к компонентам древесины и вывода продуктов реакции, поэтому имеет большое значение для успешного осуществления варочного процесса.
Проведено сравнительное изучение изменения объема субмикроскопических капилляров тонкомерной и спелой березы в процессе бисульфитной делигнификации. Для исследования была использована воздушно-сухая
щепа березы. Процесс делигнификации осуществлен по режиму, описанному выше. На рисунке 4 представлена
динамика изменения ОСК клеточных оболочек березовой древесины в процессе делигнификации.
В начальный период варки в процессе пропитки наблюдается интенсивное набухание клеточных оболочек, характеризуемое увеличением ОСК от 0,8 до 1,8 см 3/г. Увеличение ОСК продолжается вплоть до периода варки на конечной температуре. Спелая древесина характеризуется более продолжительным ростом и
большей величиной максимального значения ОСК, которое достигает 1,8 см3/г при выходе примерно 78%.
В дальнейшем в процессе отбухания (контракции) клеточных оболочек у сравниваемых образцов снижение ОСК продолжается до значения 0,70–0,75 см3/г при выходе древесного остатка ниже 58%. Конечные
значения ОСК у образцов целлюлозы из древесины березы различного возраста примерно одинаковы.
БИСУЛЬФИТНАЯ ДЕЛИГНИФИКАЦИЯ МОЛОДОЙ ДРЕВЕСИНЫ БЕРЕЗЫ
Рис. 3. Диаграмма Росса для бисульфитной
делигнификации молодой и спелой древесины
березы: 1 – линии лигнина; 2 – линии углеводов; 3
– кривые бисульфитной делигнификации: А –
молодая древесина; Б – спелая древесина
27
Рис. 4. Изменение объема субмикроскопических
капилляров березовой древесины в процессе
бисульфитной делигнификации:
1 – см3/г древесного остатка; 2 – см3/г исходной
древесины; а – спелая; б – молодая
Таблица 2. Изменение коэффициента равномерности провара различных геометрических зон щепы
из молодой березы при бисульфитной делигнификации
Продолжительность
делигнификации, мин
Зоны
щепы
105
1
2
3
1
2
3
165
210
235
260
290
320
350
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
Массовая доля лигнина, % от древесного остатка
в зонах
среднее в образце
Подъем температуры и стоянка при 115 °С
27,9
23,3
32,0
23,4
23,5
40,1
23,4
26,6
19,6
31,9
20,1
19,9
41,5
20,2
Подъем температуры до 145 °С
25,0
17,2
35,3
17,4
17,5
39,7
17,7
31,5
14,5
32,3
14,6
14,6
36,2
14,8
Варка при температуре 145 °С
26,4
12,4
26,6
12,6
12,6
47,0
12,8
27,2
10,3
34,8
10,5
10,5
38,0
10,7
29,2
8,5
31,2
8,6
8,7
39,6
8,9
26,9
6,3
34,9
6,4
6,4
38,2
6,5
Масса отдельных зон, %
Коэффициент
равномерности, К
0,98
0,96
0,97
0,98
0,97
0,96
0,94
0,97
Ф.Х. ХАКИМОВА, Т.Н. КОВТУН
28
Таблица 3. Изменение коэффициента равномерности провара различных геометрических зон щепы
из спелой березы при бисульфитной делигнификации
Продолжительность
делигнификации, мин
Зоны
щепы
105
1
2
3
1
2
3
165
210
235
260
290
320
350
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
Массовая доля
лигнина, % от древесного остатка
в зонах
среднее в образце
Подъем температуры и стоянка при 115 °С
26,4
22,4
29,1
22,4
22,5
44,5
22,6
24,4
18,2
33,5
18,4
18,4
42,1
18,6
Подъем температуры до 145 °С
28,2
16,2
33,6
16,4
16,5
38,2
16,8
29,0
13,2
32,5
13,5
13,4
38,5
13,5
Варка при температуре 145 °С
25,8
11,4
27,6
11,7
11,6
46,6
11,9
26,2
9,4
32,3
9,6
9,6
41,5
9,9
26,8
7,4
33,8
7,5
7,6
39,4
7,7
27,8
5,1
31,5
5,3
5,3
40,7
5,6
Масса отдельных зон, %
Коэффициент
равномерности, К
0,99
0,98
0,96
0,97
0,95
0,95
0,93
0,91
Таким образом, исследование сравнительной бисульфитной делигнификации молодой и спелой древесины березы показало более медленную, но равномерную делигнификацию древесины молодой березы и получение из нее целлюлозы с выходом на 1–3% ниже, чем из спелой.
Выводы
Древесина молодой тонкомерной березы отличается от спелой древесины менее развитой капиллярнопористой структурой, что сказывается на скорости делигнификации.
При одинаковой степени делигнификации выход целлюлозы из молодой березы ниже, чем из спелой.
Равномерность делигнификации для тонкомерной древесины в течение всей варки выше, чем для спелой.
Список литературы
1.
2.
3.
4.
Хакимова Ф.Х. Особенности бисульфитной делигнификации молодой и спелой древесины ели // Известия вузов.
Лесной журнал. 2007. №3. С. 96–103.
Оболенская А.В., Ельницкая З.П., Леонович А.А. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы. М.,
1991. 320 с.
Трейманис А.П., Громов В.С., Кампусе А.А. Роль субмикроскопических капилляров целлюлозы в процессе переосаждения глюкуроноксилана // Химия древесины. 1975. №12. С. 22–29.
Хакимова Ф.Х. Технология получения и бесхлорной отбелки целлюлозы из молодой тонкомерной древесины: дис.
… д-ра техн. наук. Пермь, 2007.
Поступило в редакцию 16 марта 2008 г.
После переработки 6 октября 2008 г.
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 29–34.
УДК 541. 182-183:661.185
КООПЕРАТИВНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В СИСТЕМЕ
ЛИГНОСУЛЬФОНАТ–ХИТОЗАН
©
И.А. Паламарчук*, Н.А. Макаревич, О.С. Бровко, Т.А. Бойцова, Н.И. Афанасьев
Институт экологических проблем Севера УрО РАН, наб. Северной Двины, 23,
Архангельск, 163000 (Россия) E-mail: lignin@arh.ru
Изучены взаимодействия полимеров природного происхождения: лигносульфонатов – водорастворимых производных лигнина и хитозана, полученного при дезацетилировании полисахарида хитина. Показано, что реакции комплексообразования протекают по механизму электростатического взаимодействия между сульфогруппами лигносульфонатов и
аминогруппами полиоснования и имеют кооперативный характер.
Ключевые слова: лигносульфонаты; хитозан; УФ-спектроскопия; ИК-спектроскопия; комплекс; вискозиметрия; поверхностное натяжение; кооперативные взаимодействия; сульфогруппы; аминогруппы.
Введение
В настоящее время отмечается растущий интерес к проблеме комплексного использования лигнинов и
хитина – природных компонентов растительного и животного происхождения с целью получения широкого
ассортимента ценных для народного хозяйства продуктов [1, 2]. К водорастворимым производным лигнина
относят лигносульфонаты – побочные продукты варки целлюлозы сульфитным способом [1]. Лигносульфонаты – анионоактивный многофункциональный полимер – содержат метоксильные, фенольные и спиртовые
гидроксильные, карбонильные, карбоксильные и сульфогруппы в натриевой форме, при действии на которые растворами кислот Nа-форма легко переходит в Н-форму (лигносульфоновую кислоту – ЛСН) [3]. К
производным хитина (второго по распространенности в природе после целлюлозы полисахарида) относят
катионоактивный аминополисахарид: 2-амино-2-дезокси-β-D-глюкан-хитозан (ХТ) [2], который в ионизированной (протонированной) форме достаточно легко растворяется в воде. Эти полимерные соединения являются противоположно заряженными полиэлектролитами.
Известно, что в результате реакции между противоположно заряженными полиэлектролитами в водных растворах образуются полиэлектролитные нерастворимые стехиометричные и растворимые нестехиометричные
комплексы [4, 5]. Макромолекулы полиэлектролитов в таких комплексах удерживаются кооперативной системой
преимущественно ионных и водородных связей, а также силами дисперсионных взаимодействий, возникающих
между отдельными звеньями макромолекул. В случае эквимолярного соотношения ионогенных групп исходных
компонентов при доведении степени превращения, т.е. степени завершенности интерполимерной реакции, до
значения, близкого к единице, в системе образуются стехиометричные полиэлектролитные комплексы (ПЭК).
Эти комплексы всегда нерастворимы, но ограниченно набухают в воде.
Стехиометричные полиэлектролитные комплексы применяют: при получении диализных, обратноосмотических, нанофильтрационных, ультрафильтрационных, электродиализных, первапорационных и газоразделительных мембран; в качестве препаратов для медицинских целей; в виде сорбентов и ионообменных мембран
при извлечении ионов тяжелых металлов из сточных вод; для утилизации растворенных в воде полиэлектролитов и др. [2, 4, 5].
В настоящей работе изучена реакция взаимодействия водных растворов сильной лигносульфоновой кислоты со слабым полимерным основанием – хитозаном с целью получения ПЭК. Интерес к исследованиям
такого рода в значительной степени обусловлен доступностью реагентов: лигносульфонатов и дезацетилированой формы хитина – хитозана [1, 2].
*
Автор, с которым следует вести переписку.
30
И.А. ПАЛАМАРЧУК, Н.А. МАКАРЕВИЧ, О.С. БРОВКО, Т.А. БОЙЦОВА, Н.И. АФАНАСЬЕВ
Экспериментальная часть
Объекты исследования: хитозан в протонированной форме (водорастворим), ТУ 9289-002-11418234-99,
ВНИТИБП «Биопрогресс» (Москва); технические лигносульфонаты (ОАО «Котласский ЦБК» – ЛС-Nа), ТУ
2455-028-00279580-2004, очищены от низкомолекулярных примесей методом ультрафильтрации с использованием полупроницаемой полисульфонамидной мембраны ПСУ-70; лигносульфоновая кислота, полученая путем перевода образца ЛС-Nа в Н+ форму на колонке с катионитом КУ-2-8 (табл. 1).
Реакционные смеси готовили смешением с помощью магнитной мешалки в течение 5 минут водных растворов ЛСН и хитозана концентрацией 2,5 г/л в различных массовых соотношениях. При этом образуются
осадки – комплексы темно-коричневого цвета. Осадки отфильтровали на фильтре «синяя лента», а для фильтратов определяли оптическую плотность на КФК–3. Далее, используя концентрационную зависимость
D  f (ÑËÑÍ ) , рассчитывали содержание ЛСН в комплексах. Поскольку в УФ-диапазоне при 280 нм (полоса поглощения, характерная для лигнинов [1]) спектры поглощения ЛСН и ХТ перекрывают друг друга, была выбрана длина волны в видимой области спектра – 470 нм, при которой хитозан практически не поглощает. Поэтому при определении содержания ЛСН в растворе использовали калибровочный график зависимости оптической плотности DЛСН при  = 470 нм от концентрации ЛСН. Зависимость DËÑÍ  f (Ñ ) аппроксимирована
уравнением прямой с высоким коэффициентом корреляции 0,999:
DЛСН  0,245  С .
(1)
Методы исследования. Вязкость растворов полимеров и поликомплексов определяли с помощью вискозиметра Оствальда с диаметром капилляра 0,34 или 0,56 мм при 25±0,1 °С. Измерения проводились так,
чтобы время истечения растворителя составляло не менее 100 с. Время истечения определяли не менее 5
раз, разница в отсчетах при этом не превышала 0,2…0,3 с.
Потенциометрические измерения проводили на рН-метре 211 производства Hanna instruments c комбинированным стеклянным электродом HI 1131B в качестве измерительного.
Количественное определение элементного состава образцов проводили методом «сухого» сожжения с
последующим хроматографическим разделением продуктов пиролиза в колонке, заполненной порапаком Q,
и фиксацией элементов детектором по теплопроводности на С, Н, N-анализаторе фирмы «Hewlett Packard»,
модель 185. За окончательный результат принимали среднее арифметическое трех параллельных определений, при этом расхождение между параллельными определениями не превышало ±10 % (отн.) при доверительной вероятности 95%.
Поверхностное натяжение растворов полимеров и поликомплексов определяли методом тензиометрии
(метод Вильгельми по отрыву пластинки от границы раздела фаз) при температуре 25,0±0,1 °С. Показатель
точности измерения поверхностного натяжения для растворов составлял ± 0,2·10–3 Дж/м2.
Таблица 1. Характеристика объектов исследования
Объект исследования
ММ, а. е. м.
Степень дезацетилирования
Влажность, %
Хитозан
30000*
0,87
10,64
ЛС-Na
24000**
7,54
ЛСН
24200**
7,85
*Определена расчетным методом с использованием гидродинамического инварианта Цветкова – Кленина, диффузии и
вязкости (MDη).
**Определена на ультрацентрифуге МОМ 3180 методом неустановившегося равновесия [6]. При доверительной вероятности 95 %, относительная погрешность определения молекулярной массы составляла 5 %.
Обсуждение результатов
Зависимость массовой доли ЛСН в комплексе от массовой доли ХТ в реакционной смеси Z приведена на
рисунке 1. Массовая доля ЛСН рассчитана по уравнению:
Ìàññîâàÿ
äîëÿ ËÑÍ 
Ñî  Ñ
,
Ñî
(2)
КООПЕРАТИВНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ …
31
где Со – исходная концентрация ЛСН в реакционной смеси, г/л; С – концентрация ЛСН в фильтрате г/л,
определенная по уравнению (1).
Представленная на рисунке 1 зависимость позволяет предположить, что в системе ЛСН – ХТ при Z<0,1
происходит образование водорастворимого комплекса нестехиометрического состава и кривая имеет перегиб при Z = 0,1. При этом система остается гомогенной. Далее, при добавлении ХТ к реакционной смеси
наряду с водорастворимыми комплексами начинают образовываться нерастворимые стехиометричные комплексы, которые выпадают в осадок при Z ≈ 0,25.
Образование водорастворимых и водонерастворимых комплексов доказано методом ИК-спектроскопии.
ИК-спектры осадков–комплексов, а также сухие остатки от упаривания фильтратов имеют сдвиги характеристических полос, подтверждающие, что реакция комплексообразования происходит за счет электростатического взаимодействия между сульфогруппами, фенольными гидроксильными группами макромолекул
ЛСН и аминогруппами хитозана.
В ИК-спектрах исходных продуктов присутствуют основные полосы обоих реагентов – ЛСН: 640, 1190–
1210 см–1 (SО3–группы); 1020, 3380 см–1 (ОН-группы, последняя в виде широкой полосы, по-видимому, вовлеченная в водородную связь); 1450, 1505 и 1595 см –1 (замещенное ароматическое кольцо лигнина) и ХТ –
1580–1650 см–1 (NH2-группы) [7].
В продуктах взаимодействия (комплекс-осадок, сухой остаток от упаривания фильтрата – водорастворимый комплекс) по сравнению с исходными реагентами заметно снижается интенсивность полос сульфо- и
гидроксильных групп при 640, 1190–1210 и 1020 см-1, а также полос бензольного (фенольного) колец при
1505, 1595 см-1 (рис. 2). Выявлено также некоторое смещение полос 1190–1210 см-1 в высокочастотную область. Все это свидетельствует о том, что спектры осадков и сухих остатков от упаривания фильтратов
очень близки и представляют собой водорастворимые и водонерастворимые комплексы с координацией
между сульфогруппами, фенольными гидроксильными группами макромолекул ЛСН и аминогруппами ХТ.
Возможна также координация и по карбонильным группам ЛСН.
Со-С 1,2
Со
1
0,8
0,6
0,4
0,2
Рис. 1. Зависимость массовой доли ЛСН в
комплексе от массовой доли ХТ в реакционной смеси Z
Рис. 2. ИК-спектры ЛСН (1); ХТ (2);
осадка-комплекса (3); сухого остатка от
упаривания фильтрата (4)
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Z
И.А. ПАЛАМАРЧУК, Н.А. МАКАРЕВИЧ, О.С. БРОВКО, Т.А. БОЙЦОВА, Н.И. АФАНАСЬЕВ
32
На рисунке 3 показана зависимость удельной вязкости в гетерогенных системах ЛСН – ХТ (осадок –
комплекс и фильтрат) от массовой доли азотсодержащего полиэлектролита. На графике имеется перегиб при
Z ≈ 0,25, что совпадает с ранее полученными данными (рис. 1). Можно предположить, что S-образный характер зависимости  óä  f (Z ) связан с конформационными особенностями макромолекул полиэлектролитов, вызывающими стерические затруднения в реакции комплексообразования ХТ с ЛСН. Начиная с некоторого значения Z, комплексообразование в системе ЛСН – ХТ сопровождается снижением ее вязкости. Это
указывает на компактизацию цепей ЛСН вследствие снижения заряда и появления гидрофобных взаимодействий в системе ЛСН – ХТ. Снижение вязкости при Z>0,4 обусловлено формированием осадка нерастворимого комплекса и расслоением образовавшихся фаз. Вид экспериментальной кривой 1 существенно отличается от расчетной зависимости 2, что обусловлено образованием в системе полиэлектролитных комплексов.
Последняя представляет собой аддитивную зависимость удельных вязкостей растворов индивидуальных
полимеров с учетом соотношения компонентов в системе. Аддитивные значения удельной вязкости системы
ηад рассчитывали по формуле:
àä  Z  ÕÒ  (1  Z )  ËÑÍ ,
(3)
где  ХТ и  ЛСН – удельные вязкости ХТ и ЛСН при концентрации 2,5 г/л; Ζ – массовая доля ХТ в реакционной смеси.
Полиэлектролиты содержат наряду с ионогенными функциональными группами незаряженные полимерные цепи. Чередование микрообластей с полярными и неполярными взаимодействиями приводит к появлению регулярных неоднородностей в растворах полиэлектролитов, что обуславливает их поверхностную активность [8]. На рисунке 4 (а) представлены изотермы поверхностного натяжения водных растворов исходных полиэлектролитов. Показано, что поверхностная активность хитозана в водных растворах в пять раз
меньше, чем для лигносульфоновой кислоты (табл. 2).
Комплексообразование в системе ЛСН – ХТ влияет на ее поверхностную активность. Поверхностное
натяжение гетерогенной системы ЛСН – ХТ, полученное экспериментально и рассчитанное теоретически по
уравнению, аналогичному уравнению (3), существенно отличаются, что также подтверждает факт комплексообразования в системе.
Смешение растворов ЛСН и ХТ, как и следовало ожидать, для реакций слабых полиоснований с полимерными анионами сопровождалось повышением рН при титровании гетерогенной системы гидроксидом
натрия и снижением рН при титровании соляной кислотой. На рисунке 5 представлены кривые потенциометрического титрования эквимольных (в расчете на сульфо- и аминогруппы) смесей полиэлектролитов и
исходных ЛСН и хитозана NaOH и HCl.
 уд
0,25
1
0,2
0,15
2
0,1
0,05
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
Z
Рис. 3. Зависимость удельной вязкости
гетерогенной системы ЛСН – ХТ от
массовой доли ХТ в реакционной
смеси: 1 – экспериментально
полученная кривая; 2 – аддитивная
расчетная зависимость
Таблица 2. Поверхностная активность изучаемых полиэлектролитов
Полиэлектролит
Лигносульфоновая кислота
Хитозан
Молекулярная масса,
а. е. м.
24200
30000
Поверхностная активность
G∙10-3, Дж∙м/кмоль
25,0
5,2
Уравнения касательной
G  f (C )
G  25,0  C  72,5
R2=0,968
G  5,154  C  72,5
R2=0,988
КООПЕРАТИВНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ …
а)
33
б)
 10 3 , Дж / м 2
 10 3 , Дж / м 2
80
65
70
60
60
55
1
1
50
50
2
40
2
45
40
30
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0
0,6
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
Z
С  10 4 , моль / л
Рис. 4. Зависимость поверхностного натяжения водных растворов ЛСН и ХТ от концентрации (а) и
гетерогенной системы ЛСН-ХТ от массовой доли ХТ в реакционной смеси (б): 1 – экспериментально
полученная кривая; 2 – аддитивная зависимость
рН 14
12
10
3
8
Рис. 5. Кривые
потенциометрического титрования:
1 – ЛСН; 2 – ХТ; эквимольной
смеси ЛСН – ХТ:
3 – 0,1 н NaOH, 3′ - 0,1 н HCl
2
1
6
4
3'
2
0
0
1
2
3
4
5
6
7
V титранта, мл
Видно, что кривая потенциометрического титрования реакционной смеси ЛСН - ХТ NaOH лежит выше
кривой титрования лигносульфоновой кислоты, а кривая титрования HCl – ниже кривой титрования исходного полиамина. Это свидетельствует о том, что реакция между макромолекулами ЛСН и ХТ происходит по
механизму электростатического взаимодействия между сульфогруппами ЛСН и аминогруппами полиоснования и может быть представлена следующий схемой:
Возможна также координация по фенольным гидроксильным и карбонильным группам ЛСН и аминогруппам ХТ.
Особый интерес представляло изучение состава образующихся комплексов (φ). Методом потенциометрического
титрования растворов полимеров при различных концентрациях были определены точки эквивалентности и рассчитаны условные г-эквиваленты ЛСН и хитозана. Доля доступных сульфогрупп, способных образовывать солевые связи с
аминогруппами хитозана, (φр) рассчитана исходя из соотношения условных г-эквивалентов ЛСН и хитозана. Величину
φэ получили по отношению содержания серы к содержанию азота в комплексах–осадках (табл. 3).
При получении стехиометричных ПЭК (нерастворимых осадков) дозирование исходных компонентов
ЛСН и ХТ проводили из расчета эквимолярного соотношения ионогенных (сульфо- и амино-) групп. Теоретический расчет грамм-атомного отношения серы и азота (S : N) для поликомплекса эквимольного состава
дает значение 0,27, что хорошо согласуется с результатами эксперимента.
И.А. ПАЛАМАРЧУК, Н.А. МАКАРЕВИЧ, О.С. БРОВКО, Т.А. БОЙЦОВА, Н.И. АФАНАСЬЕВ
34
Таблица 3. Расчет состава комплекса ЛСН-ХТ
Объект
Условный г-эквивалент
N, %
ЛСН
635,8
0,29
Хитозан
171,85
6,46
Осадок-комплекса ЛСН–ХТ
–
1,45
*Определение проведено на рентгенофлуоресцентным методом
S*, %
9,0
–
5,16
φр
–
–
0,27
φэ
–
–
0,28
Со-С
1
Со
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
2
4
6
8
10
12
рН
Рис. 6. Зависимость массовой доли ЛСН в комплексе от рН реакционной смеси
Дополнительным подтверждением кооперативного характера взаимодействия ЛСН со слабым полимерным основанием в реакциях образования полиэлектролитных комплексов служит зависимость относительной концентрации
ЛСН в комплексе от рН реакционной смеси, приведенная на рисунке 6. Реакция комплексообразования протекает в
кислой среде при рН<4,5. Это свидетельствует о том, что необходимым условием образования ПЭК между ЛСН и ХТ
по типу кулоновского взаимодействия является ионизация аминогрупп хитозана. Однако для образования устойчивого
ПЭК в кислой среде необходимы дополнительные стабилизирующие силы, в роли которых выступают водородные
связи и силы Ван-дер-Ваальса, что также подтверждает кооперативный характер межмолекулярных взаимодействий
в системе лигносульфоновая кислота – хитозан.
В заключение отметим, что проведенные исследования реакции взаимодействия водных растворов хитозана и лигносульфоновой кислоты показали возможность получения не только ограниченно набухающих
комплексов-осадков, зарекомендовавших себя в качестве сорбентов тяжелых металлов [9], но и пленочных
материалов с хорошими физико-механическими характеристиками и перспективой на их разнообразное
практическое применение.
Выводы
На примере реакции комплекообразования ЛСН и ХТ в водных средах показано, что взаимодействие полиэлектролита анионного типа с положительно заряженным полиамином имеет электростатическую природу. В
результате реакции комплексообразования образуются водорастворимые и водонерастворимые, стехиометричные и нестехиометричные поликомплексы. Физико-химическими методами (УФ-спектроскопия, потенциометрия, вискозиметрия и тензиометрия) показано, что реакция образования полиэлектролитного комплекса
в системе ЛСН – ХТ имеют кооперативный характер и сильно зависят от рН реакционной смеси.
Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Сарканен К.В. Лигнины (структура, свойства и реакции). М., 1975. 632 с.
Хитин и хитозан. Получение, свойства и применение / под редакцией К.Г. Скрябина, Г.А. Вихорева, В.П. Варламова. М., 2002. 365 с.
Закис Г.Ф. Функциональный анализ лигнинов и их производных. Рига, 1987. 228 с.
Зезин А.Б., Рогачева В.Б. Успехи химии и физики полимеров. М., 1973. 360 с.
Кабанов В. А. Полиэлектролитные комплексы в растворе и в конденсированной фазе // Успехи химии. 2005. Т. 74.
№1. С. 5–23.
Соколов О.М. Определение молекулярных масс лигнинов на ультрацентрифуге и методом гель-фильтрации. Л.,
1978. 76 с.
Накамото К. Инфракрасные спектры неорганических и координационных соединений. М., 1966. 411 с.
Семчиков Ю.Д. Высокомолекулярные соединения. М., 2005. 368 с.
Дойницына С.В., Паламарчук И.А., Бровко О.С., Бойцова Т.А. Использование модифицированных лигносульфонатов в качестве сорбентов тяжелых металлов // Экологические проблемы Севера: мат. молодежной науч. конф. Архангельск, 2007. С. 117–119.
Поступило в редакцию 28 февраля 2008 г.
После переработки 20 мая 2008 г.
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 35–40.
УДК 541.64:547.551
СИНТЕЗ И РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
КОМПЛЕКСОВ КАРБОКСИМЕТИЛЦЕЛЛЮЛОЗЫ С ГИДРАЗИДОМ
ИЗОНИКОТИНОВОЙ КИСЛОТЫ
©
А.С. Тураев, Ш.A. Шомуротов*, М.Ю. Мухамеджанова, С.Б. Хайтметова, Д.А. Ходжакова
Институт биоорганической химии АН РУз, ул. Х. Абдуллаева, 83, Ташкент
(Узбекистан) E-mail: ibchem@uzsci.net
Изучен синтез комплекса гидразида изоникотиновой кислоты (ГИНК) и Na-карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ),
полученного путем модифицирования Na-КМЦ и химического связывания модифицированной полимерной матрицы с
ГИНК. Оценены структурные характеристики комплекса, изучены реологические свойства умеренноконцентрированных водных растворов Na-КМЦ и комплекса.
Введение
Актуальной задачей современной химии, фармации и медицины являются разработка и внедрение в
практику новых эффективных противотуберкулезных химиотерапевтических средств, которые оказывали
бы комбинированное действие, проникая в фагоциты, содержащие возбудители туберкулеза [1, 2].
Данную задачу можно решить методами химии высокомолекулярных соединений путем включения в
матрицу полимер-носителя известных противотуберкулезных препаратов, что позволяет целенаправленно
изменять их физико-химические и медико-биологические свойства, такие как специфическая активность,
мембранотропность, токсичность, время действия, резистентность и др. [1]. Природные полимеры, в частности полисахариды, в отличие от синтетических полимеров являются биосовместимыми и при контакте с
живым организмом не проявляют побочных токсических эффектов. С другой стороны, производные полисахаридов благодаря наличию реакционно-активных гидроксильных групп легко вступают в различные химические реакции, позволяющие целенаправленно регулировать физико-химические, медико-биологические
свойства, придать макромолекуле заранее заданную фармакологическую активность [1, 3].
Наиболее перспективными для решения настоящей проблемы являются производные и комплексные соединения на основе Na-карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ), структура полимерной матрицы-носителя которой позволяет создавать оригинальные лекарственные средства, в частности противотуберкулезные препараты [2]. Для лечения туберкулеза широко применяют комбинированные препараты «Фтизиоэтам» на
базе гидразида изоникотиновой кислоты (ГИНК) [2, 4]. Медико-биологические исследования препарата на
базе комплекса Na-КМЦ с ГИНК подробно освещены в работах [2, 4], однако интересными представляются
исследования реологических, структурно-механических свойств водных растворов этих комплексных препаратов. Изучение реологических свойств умеренно-концентрированных водных растворов систем весьма
информативно, поскольку именно реологические свойства наиболее чувствительны к изменениям молекулярной структуры полимерных матриц полисахаридов и их комплексов [5]. Понимание механизма формирования сложных надмолекулярных структурных образований в концентрированных растворах полисахаридов и их комплексов, для которых особое значение имеет расположение функциональных групп в пираноз*
Автор, с которым следует вести переписку.
36
А.С. ТУРАЕВ, Ш.A. ШОМУРОТОВ, М.Ю. МУХАМЕДЖАНОВА И ДР.
ном кольце полимерной матрицы целлюлозы, и причин, определяющих проявление ими специфического
комплекса медико-биологических свойств, требует детального изучения реологического поведения концентрированных систем. Кроме того, реологические свойства растворов изучаемых полисахаридов и их комплексов определяют существенным образом их поведение в процессе переработки через стадию растворения и, следовательно, возможности решения тех или иных технологических задач.
Целью настоящей работы явилось изучение синтеза противотуберкулезного препарата на основе комплекса ГИНК с Na-КМЦ химическим связыванием препарата с макромолекулой модифицированной NaКМЦ, оценка структурных характеристик комплекса и реологических свойств умеренноконцентрированных водных растворов препарата.
Экспериментальная часть
Синтез диальдегида Na-КМЦ. Периодатное окисление Na-КМЦ проведено при рН 4,7 в 3% водном растворе Na-КМЦ (СП=450 и СЗ=85) при концентрации окислителя NaIO4 0,5 М и температуре 25 °С в течение 2,5 ч.
Степень окисления в продукте реакции определена йодометрическим методом и УФ-спектрофотометрически
по расходу ионов IO4– и изменению интенсивности полосы поглощения при =222 нм.
Конденсация ГИНК с диальдегидом Na-КМЦ. Реакция проведена в изотермических условиях при 25 °С
со следующим соотношением компонентов в реакционной смеси: 0,02 моля диальдегида Na-КМЦ, 40 мл
водного раствора, содержащего 0,06 моля ГИНК, при интенсивном перемешивании в течение 60 мин. Продукт реакции отфильтрован, промыт многократно смесью спирт – вода (1 : 1) и просушен над Р2О5 в эксикаторе. Содержание связанного ГИНК определено по содержанию азота.
ИК-спектроскопия. ИК спектры в интервале 400–4000см–1 регистрировали на спектрофотометрах
«Specord-75 IR» (Карл Цейсс) и UR-20.
Исследование
реологических
свойств.
Исследование
реологических
свойств
умеренноконцентрированных растворов полимеров и комплекса проведено на ротационном вискозиметре «Реотест2» в системе коаксиальных цилиндров в интервале напряжений 2–380 Па и скоростей сдвига от 1,5 до
1310 см-1 при различных температурах.
Обсуждение результатов
Синтезирован высокомолекулярный аналог противотуберкулезного препарата гидразида изоникотиновой кислоты, содержащий 20,8 мол% остатков ГИНК, связанных с макромолекулами модифицированной
Na-КМЦ с альдиминной связью. Синтез основан на реакции конденсации ГИНК с диальдегидом карбоксиметилцеллюлозы (ДАКМЦ), полученным по периодатному окислению. В процессе химического модифицирования макромолекул Na-КМЦ методом периодатного окисления происходит изменение конфигурационной структуры макромолекул Na-КМЦ вследствие раскрытия пиранозного цикла, формирования разветвленных структур и прохождения химических процессов по схеме 1.
При этом структура Na-КМЦ приобретает более усложненную, разветвленную и громоздкую конфигурационную структуру, которая также усложняется в процессе прививки к макромолекулам модифицированных Na-КМЦ молекул ГИНК по схеме 2.
CH2OCH2COONa
CH2OCH2COONa
O
O
OH
O
NaIO4
O
CHO
OH
Схема 1
OHC
СИНТЕЗ И РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА …
CONH
NH2
CH2OCH2COONa
CH2OCH2COONa
O
O
O
CHO
37
N
O
-H2O
OHC
N
CONH N
OH
Схема 2
Химический анализ, ИК-спектры и УФ-спектры показывают, что взаимодействие ДАКМЦ с ГИНК приводит к образованию связи –С=N–. ИК-спектральный анализ полимерной формы ГИНК свидетельствует о
присоединении ГИНК к полимерной матрице Na-КМЦ. В составе ИК-спектра имеются характеристические
максимумы: 1720–1740 см–1 (-С=О в СН2-СОО- группы), 1570, 1620 см–1, относящееся к совмещенным валентным колебаниям С=С- и С=N-групп пиридинового цикла. В УФ-спектрограмме отмечены характерные
максимумы поглощения при 262 нм, что доказывает образование С=N-связи.
В настоящей работе объектом исследования является Na-КМЦ, используемая в качестве полимерной
матрицы-носителя, с Мw=90400 и со степенью замещения 85, по своей конформационной структуре относится к жесткоцепным макромолекулам и по своей природе является полианионом. Особый интерес представляет сравнение процессов течения водных растворов систем комплекса и Nа-КМЦ. Специфика реологического процесса обусловлена химическим строением макромолекул полисахарида, для которых особое
значение имеет расположение функциональных групп в пиранозном кольце полимерной матрицы целлюлозы, определяющее специфическое поведение полианионных макромолекул Na-КМЦ в водных системах, их
взаимное отталкивание.
Для описания течения растворов полимеров использовались характеристики, получаемые в условиях
сдвигового течения: логарифмические зависимости эффективной вязкости  от напряжения сдвига :
lg=f(lg). Графически указанная функция выражается кривой течения [5, 6].
Зависимость кривых течения водных растворов Na-КМЦ и ее модифицированного производного комплекса в зависимости от температур приведена на рисунках 1, 2 в логарифмических координатах.
Кривые, приведенные на этих рисунках 1 и 2, характеризуют неньютоновское течение и имеют характер
аномалии вязкого течения, свойственный псевдопластикам.
Рис. 1. Кривые течения водных растворов Na-КМЦ:
1 – 25 °С; 2 – 40 °С; 3 – 55 °С; 4 – 70 °С
Рис. 2. Кривые течения водных растворов
комплекса (3%) модифицированной Na-КМЦ с
ГИНК в зависимости от температур: 1 – 25 °С;
2 – 40 °С; 3 – 55 °С; 4 – 70 °С
38
А.С. ТУРАЕВ, Ш.A. ШОМУРОТОВ, М.Ю. МУХАМЕДЖАНОВА И ДР.
Для умеренно-концентрированных 3% водных растворов Na-КМЦ величины эффективных вязкостей
весьма низки, и их аномалия в области структурной ветви не носит явно выраженного характера. Как известно [3], макромолекулы Na-КМЦ обладают ионизированными группами, которые способствуют отталкиванию макроионов Na-КМЦ друг от друга. Для эквиконцентрированных систем модифицированного комплексного производного Na-КМЦ величины эффективных вязкостей существенно выше величин эффективных вязкостей эквиконцентрированных растворов Na-КМЦ в области наибольшей ньютоновской и «структурной» ветви кривой течения. Для таких слабоструктурированных систем при достаточно высоких значениях скоростей сдвига вязкость, достигнув наименьшего значения, практически не меняется, асимптотически приближаясь к постоянной величине . При 70 °С межмолекулярные взаимодействия и структурирование этих систем ослабевают настолько, что системы по своему поведению приближаются к ньютоновским
жидкостям, а их течение – к ньютоновскому.
Для исследованных систем растворов низкомолекулярного Na-КМЦ и его комплексного модифицированного производного основной причиной аномалии вязкого течения является прогрессирующий распад
структуры ассоциированных надмолекулярных образований в растворах природных полисахаридов по мере
роста напряжений сдвига. Специфика концентрированных растворов исследованных модифицированных
комплексных соединений Na-КМЦ заключается в том, что в этих системах отдельные макромолекулы не
могут перемещаться независимо друг от друга. В таких растворах образуется сложная пространственная
система взаимодействующих разветвленных макромолекул, формируемых в процессе синтеза ДАКМЦ, и
статистических надмолекулярных образований, которая и обусловливает ощутимо более высокую эффективную вязкость.
Для изученных систем растворов Na-КМЦ и ее комплекса рассчитаны энергии активации вязкого течения по уравнению (1) [5, 6] в диапазоне температур 25–70 °С:
  A  e E RT ,
(1)
где  – энергия активации вязкого течения; R – универсальная газовая постоянная; Т – абсолютная температура; А – константа.
Значения величин кажущейся энергии активации вязкого течения каж, являющейся мерой интенсивности межмолекулярного взаимодействия макромолекул в растворах, а иначе говоря, косвенной характеристикой прочности структуры полимерных текучих систем, следующие: для раствора Na-КМЦ: каж=
26,81 кДж/моль; для раствора комплексного производного Na-КМЦ с ГИНК: каж= 38,29 кДж/моль.
Как видно из результатов, умеренно концентрированные водные растворы Na-КМЦ характеризуются
наименьшими величинами каж, а значит, и наименьшей прочностью структуры раствора. Модификация
сложной полимерной матрицы Na-КМЦ в процессе периодатного окисления, сопровождаемого ростом размеров молекул и их разветвленности, и дальнейшим химическим связыванием модифицированных макромолекул c молекулами ГИНК с образованием сложных комплексных разветвленных структур, приводит к
существенному изменению структуры их концентрированных водных растворов. Такие растворы с более
сложными ассоциативными образованиями и зацеплениями характеризуются более высокой прочностью
структуры.
Энергия активации вязкого течения, как показано в работах [5, 6], определяется величиной межмолекулярного взаимодействия и прочностью структурных образований систем растворов. Вклад в величину этого
параметра имеют как образование «прочных» участков структуры в ассоциатах раствора, так и частота сетки зацеплений разветвленных участков в ассоциатах, сформировавшихся посредством связей разветвленных
структур, а также флуктуационной сетки межассоциативных зацеплений в условиях вязкого течения.
Изучение структуры умеренно-концентрированных растворов Na-КМЦ и ее производных наиболее интересно в аспекте оценки размеров ассоциативных образований систем, определяемых структурой полимерной матрицы. Были оценены величины «вязкостных объемов» V* или среднестатистических размеров кинетических единиц [7]. Величины V* являются качественной характеристикой, которая позволяет оценить
подвижность структурных элементов и их размеры. V* рассчитывали по формуле (2):
СИНТЕЗ И РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА …
V* 
39
2K[ E R  (ln   ln A  )  T ]
,

(2)
где К – константа Больцмана; R – универсальная газовая постоянная;  – напряжение сдвига; Т – абсолютная
температура, К; А – предэкспоненциальный множитель, имеющий смысл вязкости при бесконечно высокой
температуре; Е – кажущаяся энергия активации вязкого течения, определяемая из тангенса угла наклона
зависимости lg= f(1/T). Величиной А пренебрегают из-за очень малого значения.
Величины V* для растворов Na-КМЦ и ее модифицированных комплексных производных приведены в
таблице.
Как видно из таблицы, с увеличением температуры во всем диапазоне от 25–70 С происходит увеличение величин V* для всех исследуемых образцов Na-КМЦ и ее комплексов. Это объясняется тем, что с ростом температуры облегчается процесс разворачивания макромолекул, а также ускоряются межмолекулярные взаимодействия, в результате которых образуются и перегруппировываются ассоциаты различного типа. При увеличении напряжений сдвига происходит постепенное механическое разрушение структурных
надмолекулярных ассоциатов, тем больше, чем выше величины напряжений сдвига. Такое разрушение приводит к соответствующему уменьшению размеров ассоциатов.
Для водных растворов Na-КМЦ величины V* имеют существенно меньшие значения по сравнению с
растворами ее модифицированных комплексных производных. Производная целлюлозы, Na-КМЦ является
жесткоцепным полимером, в концентрированных водных растворах которого формируются малоподвижные
и относительно большие по величине структурные элементы (V*). Величины «вязкостных объемов» V* для
систем модифицированного комплексного производного Na-КМЦ существенно выше величин V* немодифицированной Na-КМЦ. Здесь важную роль играют природа и строение разветвленной полимерной модифицированной матрицы Na-КМЦ и комплексообразующего лекарственного препарата ГИНК. Более высокие
величины V* для комплекса определяется высокой степенью «сшивки» разветвленных структур в водных
средах, более высокой интенсивностью межмолекулярных взаимодействий, а это, соответственно, приводит
к возрастанию размеров ассоциативных структурных образований.
Таким образом, изучен синтез комплекса ГИНК и Na-КМЦ, полученного путем модифицирования NaКМЦ и химического связывания модифицированной полимерной матрицы с ГИНК. Оценены структурные
параметры комплекса. Исследованы реологические свойства и структурные характеристики умеренноконцентрированных водных растворов Na-КМЦ и ее модифицированного комплексного производного с
ГИНК. Показано, что системы растворов комплексов более структурированы вследствие более высокой
степени зацепления разветвленных структур в водных средах, более высокой интенсивности межмолекулярных взаимодействий, что, соответственно, приводит к возрастанию размеров ассоциативных структурных образований и их прочности.
Изменение вязкостного объема V* и поперечного размера m от температуры и напряжения сдвига  для
систем растворов Na-КМЦ (1) и ее модифицированного комплексного производного (2)
, Па
Т, С
6,31
25
40
55
70
25
40
55
70
10,0
1
V* .1023 , м3
1152,6
1209,0
1258,8
1314,0
723,5
762,9
796,4
835,7
2
m 109,м
225,9
229,5
232,6
235,9
193,4
196,8
199,7
202,9
V* .1023 , м3
1709,2
1779,0
1863,0
2015,5
1082,3
1120,5
1175,8
1276,0
m 109,м
257,6
261,0
265,0
272,0
221,2
223,8
227,3
233,0
А.С. ТУРАЕВ, Ш.A. ШОМУРОТОВ, М.Ю. МУХАМЕДЖАНОВА И ДР.
40
Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Тенцова А.И., Алюшен М.Т. Полимеры в фармации. М., 1985.
Нурмухамедов Ш., Наджимутдинов Ш., Усманов Х.У. // Доклады АН УзССР. 1974. №7. С. 35.
Петропавловский Г.А. Гидрофильные и частично замещенные эфиры целлюлозы и их модификация путем химического сшивания целлюлозы. Л., 1988. 298 с.
Тураев А.С., Шомуратов Ш.А., Муродов Э.А., Назиров П. // Узбекский химический журнал. 2006. №2. С. 17–22.
Торнер Р.В. Теоретические основы переработки полимеров. М., 1977. 464 с.
Виноградов Г.В., Малкин А.Я. Реология полимеров. М., 1977. 44 с.
Калантарова Т. Д. Термодинамические характеристики и структурные особенности смесей полимеров на основе
поливинилпирролидона и метилцеллюлозы: дис. … канд. хим. наук. Ташкент, 1997.
Поступило в редакцию 14 ноября 2007 г.
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 41–46.
УДК 66. 081 : 546.56 : [663.551.62 : 66.022]
СОРБЦИЯ ИОНОВ МЕДИ МОДИФИЦИРОВАННЫМ
БЕЛКОВО-ЦЕЛЛЮЛОЗНЫМ КОМПЛЕКСОМ БАРДЫ
©
Т.Е. Никифорова*, В.А. Козлов, М.В. Родионова
Ивановский государственный химико-технологический университет,
пр. Ф. Энгельса, 7, Иваново, 153000 (Россия) E-mail: nikiforоvа@isuct.ru
Исследовано влияние химического модифицирования на сорбционные свойства белково-целлюлозного комплекса
(БЦК) барды по отношению к ионам Cu(II). Определены оптимальные параметры обработки БЦК барды монохлорацетатом натрия, при которых достигается наибольшая сорбционная емкость сорбента. Высокие сорбционные свойства модифицированного сорбента отнесены за счет образованием хелатных центров сорбции. ИК-спектры образцов исходного
и модифицированного БЦК барды свидетельствуют об изменениях в структуре субстрата, обусловленных химическим
модифицированием аминогрупп с образованием новых связей в составе биополимеров.
Ключевые слова: сорбция, белково-целлюлозный комплекс, ионы меди (II).
Введение
Проводимые в последние годы исследования свидетельствуют о большом внимании, уделяемом использованию природных материалов, представляющих собой отходы агропромышленного комплекса, в качестве
сорбентов для удаления ионов тяжелых металлов из водных сред различной природы.
Интерес в настоящее время проявляется к исследованию сорбционных свойств таких продуктов растительного происхождения, как древесные опилки, короткое льняное волокно, стебли и косточки винограда,
свекловичный жом, стебли топинамбура [1], горчичный и льняной шроты [2], различные виды мха [3], рисовые, кукурузные или пшеничные отруби [4–6], отходы производства чая [7] др.
Перспективным является использование БЦК сухой барды для обработки водных и водно-органических
сред, поскольку данный сорбент характеризуется стабильным составом, отсутствием следов пестицидов и
патогенных микробов и представляет собой биоразлагаемый отход спиртового производства, отличающийся
своей доступностью и дешевизной. Важным преимуществом БЦК барды как сорбента является наличие
сорбционно-активных групп, присутствующих в составе целлюлозной, и белковой компонент комплекса.
Однако водная суспензия БЦК барды обладает кислой реакцией вследствие содержания примесей молочной, янтарной, муравьиной, уксусной и масляной кислот (суммарная кислотность БЦК в расчете на молочную кислоту – 0,36...0,80%). Известно, что эффективность работы целлюлозных сорбентов снижается в
области низких значений рН среды [8, 9]. Кроме того, общим недостатком большинства природных сорбентов на основе целлюлозы является их невысокая сорбционная емкость. Для улучшения сорбционных
свойств БЦК барды было проведено его химическое модифицирование.
Целью работы явилось химическое модифицирование БЦК зерновой барды для получения нового эффективного сорбента, способного извлекать ионы меди из водных растворов и прочно связывать их за счет
образования хелатных центров сорбции.
*
Автор, с которым следует вести переписку.
Т.Е. НИКИФОРОВА, В.А. КОЗЛОВ, М.В. РОДИОНОВА
42
Экспериментальная часть
В работе были использованы: БЦК зерновой барды, представляющий собой отход при выработке этилового спирта из смеси пшеницы и ржи – коричневый мелкодисперсный порошок темно-коричневого цвета с
приятным (хлебным) запахом, содержащий белковую (до 30%) и целлюлозную (около 13–21%) составляющие [10]; натриевая соль монохлоруксусной кислоты ClCH2COONa; NaOH или Na2CO3; HCl или H2SO4;
CuSO4.5 Н2О; все реактивы квалификации «х.ч.».
Для определения фракционный состава зерновой барды сорбент предварительно измельчали и просеивали через
сита, затем его водную дисперсию пропускали через лазерный анализатор частиц «Анализетте 22 КОМПАКТ».
Используемые образцы были воздушно сухими, т.е. их влажность составляла порядка 14%.
Изучение процесса сорбции ионов меди осуществляли в статических условиях из водных растворов
сульфата меди при перемешивании и термостатировании, 293 К. Кинетику сорбции исследовали методом
ограниченного объема раствора. Для получения кинетических кривых сорбции в серию пробирок помещали
навески (m) сорбента по 0,1 г, заливали их 10 мл (V) водного раствора сульфата меди и выдерживали от
30 мин до 24 ч. Начальная концентрация (Со) ионов меди составляла 1,510–4 мольл–1. Через определенные
промежутки времени раствор отделяли от сорбента фильтрованием и определяли в нем текущую концентрацию ионов меди (Сτ) методом атомно-абсорбционной спектроскопии на приборе «Сатурн». Сорбционную емкость (Аτ) сорбентов в каждый данный момент времени рассчитывали по формуле:
А 
(С0  С ) .
V
m
В условиях установившегося равновесия в системе определяли равновесную концентрацию ионов металла в растворе (Ср) и рассчитывали равновесную сорбционную емкость сорбентов (Ар):
Ар 
(С0  С P )
V .
m
Степень извлечения определяли следующим образом:

С0  С Р
 100% .
С0
Для получения изотерм сорбции в серию пробирок помещали навески БЦК барды по 0,1 г и заливали их
10 мл водного раствора сульфата меди с разными начальными концентрациями в диапазоне 1,510–4–810–3
мольл–1, выдерживали до установления состояния равновесия. Затем раствор отделяли от сорбента фильтрованием и определяли в нем концентрацию ионов металла. Погрешность эксперимента не превышала 10%.
Модифицирование БЦК зерновой барды с целью получения нового эффективного сорбента проводили
путем его обработки монохлорацетатом натрия при нагревании на водяной бане в колбе с обратным холодильником, при этом изменяли следующие параметры: время и температура обработки; модуль раствор/сорбент; начальное и конечное значение рН модифицирующего раствора; концентрация раствора модифицирующего агента.
ИК-спектры образцов исходного и модифицированного БЦК барды были сняты методом отражения. Запись
спектров осуществлялась на ИК-Фурье спектрометре Avatar 360 FT-IR E.S.P. в области частот 400–4000 см–1.
Обсуждение результатов
В результате определения фракционного состава сорбента обнаружено, что в составе БЦК барды присутствуют 3 фракции: частицы с размерами 0,5–10 мкм; частицы с размерами 10–50 мкм и частицы с размерами
50–300 мкм приблизительно в равном соотношении.
В процессе модифицирования БЦК барды при различных параметрах были получены семь образцов сорбентов, которые прошли испытания на сорбционную емкость. Результаты эксперимента свидетельствуют о
том, что варьируемые параметры в различной степени оказывают влияние на процесс модифицирования
СОРБЦИЯ ИОНОВ МЕДИ …
43
БЦК зерновой барды (табл. 1). При этом наиболее значимыми факторами выступают концентрация монохлорацетата натрия и конечное значение рН раствора. Влияние концентрации модифицирующего агента
связано, вероятно, с количеством модифицированных сорбционно-активных групп и превращением их в
полидентатные центры сорбции. С увеличением числа таких центров сорбционная способность сорбента
возрастает. Влияние рН раствора по окончании процесса модифицирования обусловлено значением изоэлектрической точки белковой составляющей БЦК барды. Известно, что в изоэлектрической точке растворимость белков наименьшая. Следовательно, необходимо подобрать такое конечное значение рН модифицирующего раствора, чтобы в растворе перед началом фильтрования оставалось минимально возможное
количество белка. Обычно значение рН изоэлектрической точки (ИЭТ) для различных белков лежит в пределах 4…6,5 [11]. Поскольку в ИЭТ суммарный заряд белковой молекулы равен нулю (цвиттерионная форма, внутренняя соль) и между соседними молекулами отсутствует электростатическое отталкивание, белки
легко осаждаются из растворов при pH, равном их ИЭТ.
NH2 R COO
NH3 R COO
ù åë î ÷í àÿ
ñðåäà
È ÝÒ
NH3 R COOH
ê è ñë àÿ
ñðåäà
Âû äåë åí è å
ñî ðáåí òà
Ñî ðáöè î í í àÿ àê òè âí î ñòü ñî ðáåí òà
Анализ экспериментальных данных показывает, что наилучшей сорбционной способностью обладают
образцы 5–7 (табл.).
Таким образом, оптимальным является модифицирование БЦК барды путем его обработки в водном растворе, содержащем натриевую соль монохлоруксусной кислоты в количестве 5% от массы сорбента и соду
или щелочь для создания рН 8–9, при модуле раствор / сорбент 10 в течение 60 мин на кипящей водяной
бане, после чего добавляют кислоту до рН 6–6,5.
В результате обработки БЦК барды монохлорацетатом натрия улучшились не только сорбционные свойства, но и технологические. В отличие от необработанного модифицированный сорбент легко отделяется
фильтрованием, при этом сохраняются прозрачность и цвет раствора.
Важнейшими характеристиками сорбентов являются величина сорбционной емкости и время достижения сорбционного равновесия. С целью определения времени установления сорбционного равновесия в системах водный раствор сульфата меди – сорбент были получены кинетические кривые сорбции. В качестве
сорбентов были использованы исходный и модифицированный БЦК барды.
Как видно из рисунка 1, равновесие в распределении ионов меди между раствором и сорбентом устанавливается
сравнительно медленно, через 8 ч после начала сорбции, а период полусорбции при этом составляет 2 ч независимо
от типа сорбента. Величины сорбционной емкости немодифицированного и модифицированного БЦК барды в
условиях равновесия по отношению к ионам меди составляют 9,6 и 15,1∙10–3 моль∙кг–1 соответственно, степень извлечения 62 и 97 % (табл.). Таким образом, наблюдается существенное (на 35%) увеличение степени извлечения
ионов меди модифицированным сорбентом по сравнению с немодифицированным.
Для определения параметров, характеризующих сорбционную емкость немодифицированного и модифицированного БЦК барды, были получены изотермы сорбции ионов Cu(II) из водных растворов CuSO4
(рис. 2). Экспериментальные данные можно описать уравнением изотермы адсорбции Лэнгмюра:
А 
где К – концентрационная константа сорбционного
–1
сорбции, л∙моль .
А  К  С P ,
(1  К  С р )
равновесия, характеризующая интенсивность процесса
Т.Е. НИКИФОРОВА, В.А. КОЗЛОВ, М.В. РОДИОНОВА
44
Определение оптимальных параметров модифицирования сорбента
Образец
1
2
3
4
5
6
7
8
Модуль
раствор/
сорбент
T, °С
5
5
5
10
10
10
10
100
100
100
100
100
100
100
Параметры модифицирования сорбента
Концентрация
Время,
pHнач
pHконеч
ClCH2COONa, %
мин
от массы сорбента
30
10,0
7,5
1
30
10,0
7,7
10
60
9,0
7,0
15
60
9,0
6,5
7
90
8,5
6,5
5
90
8,0
6,0
5
120
8,0
6,0
5
Немодифицированный БЦК барды
Концентрация
Na2CO3, % от
массы сорбента
1,0
5,0
7,5
3,5
2,5
2
2
α, %
77
81
83
86
91
95
97
62
300
16
1
14
1
2
.
А 10 , моль кг
2
-1
200
10
.
А 10 , моль кг
-1
12
3
8
.
.
3
6
4
100
2
0
0
4
8
12
16
20
24
0
0
Время, ч
1
2
3
.
3
4
.
Ср 10 , моль л
Рис. 1. Кинетика сорбции ионов меди
модифицированным (1) и немодифицированным (2)
БЦК барды из систем вода – CuSO4
5
-1
Рис. 2. Изотерма сорбции ионов меди из водного
раствора CuSO4 модифицированным (1) и
немодифицированным (2) БЦК барды
Линеаризация изотерм сорбции по уравнению:
1
1
1
1



А
А
А  К С р
позволила графически определить в уравнении Лэнгмюра величины предельной сорбции А для немодифицированного и модифицированного БЦК барды, которые составили соответственно 0,49 и 0,77 моль∙кг–1.
Увеличение сорбционной способности модифицированного сорбента по сравнению с немодифицированным можно объяснить тем, что в процессе обработки БЦК барды монохлорацетатом натрия происходит образование полидентатных центров сорбции с участием аминогрупп белков.
Полидентантными центрами сорбции БЦК барды могут выступать концевые аминокислотные остатки, в
которых, наряду с –NH2 группами, имеются и другие дентантные группы (–OH, –SH, –COOH и др.) с вицинальным расположением по отношению к аминогруппе.
Такие фрагменты содержат серин, треонин, цистеин, аспарагиновую кислоту и др. Однако их содержание в составе БЦК барды невелико. Поэтому в работе предпринята попытка химического модифицирования
–NH2 групп, как концевых, так и боковых, путем их алкилирования [12] галогеналкилами. В случае хлорацетата такие превращения приводят к образованию полидентантных центров сорбции. В связи с этим при алкилировании аминогрупп в избытке монохлоруксусной кислоты в щелочной среде в продуктах реакции
(рис. 3) следует ожидать появление всего набора карбоксиметилзамещенных аминов. Они должны проявлять себя как иммобилизованные комплексоны в сорбции ионов по типу хелатообразующих структур, обладающие высокой устойчивостью и сорбционной активностью, способные прочно удерживать ионы меди за
счет образования координационных связей с атомами азота, кислорода и с молекулами растворителя.
СОРБЦИЯ ИОНОВ МЕДИ …
45
Ðåàãåí òû
àì è í î ãðóï ï à ãàë î ãåí àë ê è ë üí àÿ
ãðóï ï à
Ï ðî äóê ò àë ê è ë è ðî âàí è ÿ
pH 8-10
R NH2 + Cl CH2 COO
Í åì î äè ô è öè ðî âàí í û é
ñî ðáåí ò (ì î í î äåí òàí òí û é
öåí òð ñî ðáöè è )
R NH CH2COO
à)
R N(CH2COO )2
á)
R N(CH2COO )3
â)
Ì î äè ô è öè ðî âàí í û é
ñî ðáåí ò (ï î ë è äåí òàí òí û å
öåí òðû ñî ðáöè è )
Рис. 3. Модифицирование БЦК барды
Организация монодентантных центров на сорбенте (–NH2, COO–) в полидентантный центр (1) маловероятна по стерическим соображениям, связанным с их разобщенностью.
O
O C
H2N
(1)
Cu
C O
NH2
O
В то же время полидентантные центры, такие как (а), (б), (в), являются по своей природе иммобилизованными комплексонами на поверхности сорбента [13], которые склонны к образованию хелатных структур
(2–4) при сорбции ионов тяжелых металлов:
H2C
O
HN
C O
(2)
Cu
O C
NH CH2
O
O
O
CH2 C O
CH2 C O
Cu
N
CH2 C O
O
(3)
N CH2COO
Cu
(4)
CH2 C O
O
Для подтверждения полученных экспериментальных данных и предположения о природе связывания
(иммобилизации) полидентантных центров сорбции были сняты ИК-спектры образцов исходного и модифицированного БЦК барды.
БЦК барды представляет собой смесь полимеров, главным образом белка и полисахаридов, содержащих различные функциональные группы, обладающие донорными свойствами: карбоксильную, гидроксильную, амидную и
аминогруппу. В ИК-спектре эти группы проявляются в виде интенсивных полос поглощения, обусловленные валентными колебаниями связей N-Н, C-N, С=О, ОН (рис. 4). Химическое модифицирование сорбента приводит к некоторому изменению ИК-спектра сорбента, что отнесено нами за счет образования новых связей в результате введения в
состав биополимера новых функциональных групп – полидентантных сорбционных центров.
При этом наибольшие изменения наблюдаются в двух областях спектра. В области 1800–1600 см-1 наличие в
ИК-спектрах образцов БЦК барды отчетливых полос поглощения при 1743 см-1 связано с валентными колебаниями карбонильных групп С=О, присутствующих в белках в больших количествах в составе пептидных
связей (полоса амид I). В образце модифицированного БЦК барды наблюдается смещение этой полосы на
10 см-1 и проявление ее при 1733 см-1. Это может быть связано с появлением карбонильных групп в составе
карбоксиметильных, прививаемых на сорбент в процессе модифицирования. В области 1300–1030 см-1 проявляются деформационные колебания связи О–Н, деформационные, а также валентные колебания связи С–
О в кислотах и валентные колебания связи C–N в аминах и амидах (полоса амид III) [14]. В этом участке
наблюдается изменение рисунка спектра образца модифицированного БЦК барды по сравнению с исходным: в области 1159–1051 см-1 происходит смещение максимума полосы поглощения из положения 1051 см1
для исходного образца в положение 1042 см-1 – для модифицированного. Наблюдаемые изменения связаны с
изменением структуры субстрата в результате взаимодействия свободных аминогрупп, а возможно, и амидных групп
белковых молекул БЦК зерновой барды с модифицирующим агентом – монохлорацетатом натрия и образованием
новых функциональных групп – полидентантных сорбционных центров.
Т.Е. НИКИФОРОВА, В.А. КОЗЛОВ, М.В. РОДИОНОВА
46
Рис. 4. ИК-спектры БЦК
барды:
1 – немодифицированный
БЦК барды;
2 – модифицированный БЦК
барды
Это подтверждается и на модельных соединениях. Так, первичные амины (этилендиамин) в этих условиях образуют вторичные и третичные амины.
Выводы
1. Проведено химическое модифицирование БЦК барды путем его обработки раствором монохлорацетата
натрия в щелочной среде с целью получения нового эффективного сорбента и определены оптимальные параметры процесса сорбции.
2. Изучены сорбционные свойства исходного и модифицированного БЦК барды по отношению к ионам Сu(II).
Установлено, что обработка БЦК барды монохлорацетатом натрия приводит к увеличению степени извлечения ионов меди из водного раствора на 35% и достигает 97%. Высокая степень сорбции модифицированного
БЦК барды отнесена за счет превращения аминогрупп в полидентантные центры сорбции – моно-, ди- и
трикарбоксиметилзамещенные амины (иммобилизованные комплексоны), способные прочно связывать и
удерживать ионы меди в хелатообразных структурах на поверхности сорбента.
3. ИК-спектры образцов исходного и модифицированного БЦК барды свидетельствуют об изменениях
в структуре субстрата, обусловленных образованием в ходе химического модифицирования новых связей в
результате введения в состав биополимера новых функциональных групп – полидентантных сорбционных центров.
Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Никифорова Т.Е., Козлов В.А., Багровская Н.А., Родионова М.В. Сорбционная очистка вин // Химия растительного
сырья. 2007. №1. С. 69–73.
Багровская Н.А., Никифорова Т.Е., Козлов В.А., Лилин С.А. Сорбция ионов металлов на природном белковом сорбенте // Известия вузов. Химия и химическая технология. 2002. Т. 45. Вып. 4. С. 131–133.
Ringqvist L., Holmgren A., Oborn I. Poorly humified peat as an adsorbent for metals in wastewater // Water Res. 2002.
V. 36. №9. P. 2394–2404.
Singh K.K., Hasan S.H. Removal of copper from wastewater using rice polish (rice bran) // J. Indian Chem. Soc. 2005.
V. 82. №4. P. 374–375.
Singh K.K., Rupainwar D.C., Hasan S.H. Low cost bio-sorbent «maize bran» for the removal of cadmium from wastewater
// J. Indian Chem. Soc. 2005. V. 82. №4. P. 342–346.
Farajzadeh Mir Ali, Monji Akbar Boviery. Adsorption characteristics of wheat bran towards heavy metal cations // Separ.
and Purif. Technol. 2004. V. 38. №2. P. 197–207.
Cay S., Uyanik A., Ozasik A. Single and binary component adsorption of copper (II) and cadmium (II) from aqueous solutions using tea-industry waste // Separ. and Purif. Technol. 2004. V. 38. №2. P. 273–280.
Багровская Н.А., Никифорова Т.Е., Козлов В.А. Влияние кислотности среды на равновесную сорбцию ионов Zn(II)
и Cd(II) полимерами на основе целлюлозы // Журнал общей химии. 2002. Т. 72. Вып. 3. С. 373–376.
Салдадзе К.М., Копылова-Валова В.Д. Комплексообразующие иониты (комплекситы). М., 1980. 336 с.
Вторичные материальные ресурсы пищевой промышленности: образование и использование. справочник. М., 1984. 328 с.
Строев А.Е. Биологическая химия. М., 1986. 339 с.
Несмеянов А.Н., Несмеянов Н.А. Начала органической химии. В 2-х книгах. Книга 1. М., 1969. 664 с.
Умланд Ф., Янсен А., Тириг Д., Вюнш Г. Комплексные соединения в аналитической химии. Теория и практика
применения. М., 1975. 531 с.
Гордон А., Форд Р. Спутник химика. Физико-химические свойства, методики, библиография. М., 1976. 641 с.
Поступило в редакцию 6 февраля 2008 г.
После переработки 26 марта 2008 г.
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 47–50.
УДК 543.635.2: 547.455
СРАВНЕНИЕ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕДУЦИРУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ:
МЕТОД БЕРТРАНА, ЭБУЛИОСТАТИЧЕСКИЙ И ФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ
МЕТОДЫ
©
В.А. Вешняков, Ю.Г. Хабаров*, Н.Д. Камакина
Архангельский государственный технический университет, наб. Северной
Двины, 17, Архангельск, 162002 (Россия). E-mail: khabarov@agtu.ru
На примере растворов моносахаридов, гидролизатов после определения легкогидролизуемых углеводов в древесине
разных пород и жидких сред сульфит-целлюлозного производства проведено экспериментальное сравнение трех методов определения редуцирующих веществ (Бертрана, эбулиостатического и нового фотометрического). Установлено, что
они позволяют получать сопоставимые результаты. Фотометрический метод по сравнению с классическими обладает
рядом преимуществ: меньшая трудоемкость, экспрессность и меньший расход реагентов.
Ключевые слова: Редуцирующие вещества, углеводы, моносахариды, медно-щелочной раствор, реактив Фелинга,
метод Бертрана, эбулиостатический метод, фотометрия, гидролизаты, сульфитные щелока.
Введение
Для определения сахаров уже более 150 лет используют так называемый медно-щелочной раствор, представляющий собой реактив Фелинга, состав которого в зависимости от способа определения редуцирующих
веществ (РВ) может несколько различаться. В 1849 г. Г. Фелинг предложил для качественного определения
восстанавливающих сахаров, для которых в растворах устанавливается равновесие циклических (пиранозных и фуранозных) и открытой (с оксо-группой) форм, реактив, главными компонентами которого являются
сульфат меди(II), гидроксид натрия и сегнетова соль [1].
В ходе реакции Фелинга альдегидная группа, окисляясь до карбоксильной, восстанавливает медь(II) до
меди(I). При этом выпадает осадок оксида меди(I) кирпично-красного цвета. В конце XIX в. эту реакцию
начинают использовать для количественного определения сахаров. Первоначально осадок оксида меди(I)
взвешивали [2]. Однако вскоре на смену гравиметрии пришла титриметрия. Широко известным и распространенным методом определения РВ стал метод, разработанный в 1906 г Бертраном [3, 4]. Он предложил
отделять осадок оксида меди(I) и затем растворять его в растворе сульфата железа(III), подкисленном серной кислотой. При этом происходит окисление меди(I), а количество образовавшегося железа(II) определяют перманганатометрически.
Недостатками метода Бертрана являются: большое число операций (проведение реакции при нагревании,
отделение осадка оксида меди(I), последующее его растворение и титрование), свободный доступ кислорода
воздуха к реагирующей жидкости, в результате чего окисляется оксид меди(I) и результаты искажаются,
отсутствие возможности точно учитывать поправку на самовосстановление медно-щелочного раствора и
необходимость использования эмпирических таблиц. Это приводит к затруднению воспроизведения условий анализа и тем самым снижает точность определения [4].
В 1959 г. был предложен эбулиостатический метод определения РВ, разработанный В.К. Низовкиным и
И.З. Емельяновой [5]. В работе [4] отмечается, что эбулиостатический метод лишен недостатков метода
Бертрана. Большое число операций было заменено непосредственным титрованием медно-щелочного раствора анализируемым раствором, т.е. стадия определения была совмещена с проведением реакции. Для исключения контакта кислорода воздуха с медно-щелочным раствором титрование производится в специаль*
Автор, с которым следует вести переписку.
48
В.А. ВЕШНЯКОВ, Ю.Г. ХАБАРОВ, Н.Д. КАМАКИНА
ном устройстве – эбулиостате, из которого атмосферный воздух вытесняется паром. Кроме того, при определении РВ эбулиостатическим методом не требуется использование эмпирических таблиц. В качестве индикатора в медно-щелочной раствор включен метиленовый голубой, а во избежание образования осадка
оксида меди(I), мешающего фиксировать конец титрования, – желтая кровяная соль, образующая с медью(I)
растворимый бесцветный комплекс.
Эбулиостатический метод определения РВ сразу же был «принят в качестве стандартного метода определения редуцирующих сахаров в полупродуктах гидролизных и сульфитно-спиртовых заводов» [5]. В связи
с чем он получил большое распространение в СССР [2, 4, 6, 7] и используется до сих пор.
Если говорить о недостатках эбулиостатического метода, то можно выделить следующие: необходимо проводить ориентировочное титрование, так как его результат используют для выполнения окончательного титрования, необходимо строго выдерживать скорость титрования (1 капля/2 с при ориентировочном и 1 капля/6…7 с
при окончательном титровании), так как отклонения будут завышать (при большей скорости) или занижать результаты. Кроме того, для анализа приходится использовать специальный прибор – эбулиостат.
Оба метода, как метод Бертрана, так и эбулиостатический, являются достаточно трудоемкими: первый –
главным образом из-за большого числа операций, а второй – из-за строгости поддержания постоянства скорости титрования.
В 2008 г. в Архангельском государственном техническом университете авторами был разработан новый
фотометрический метод определения РВ [8]. Метод отличается от двух классических, представленных выше, простотой выполнения, так как вместо титрования используется фотометрия.
Новый фотометрический метод основан на измерении светопоглощения при 670 нм медно-щелочного
раствора с добавкой анализируемого раствора сахаров до и после проведения реакции в течение 3 мин на
кипящей водяной бане. По результатам холостого и рабочего определений по уравнению градуировочного
графика вычисляют величину РВ. Используется такой же состав медно-щелочного раствора, как и в эбулиостатическом методе, но исключен индикатор метиленовый голубой.
В таблице 1 представлены исходные характеристики рассматриваемых методов: метода Бертрана по [4],
эбулиостатического по [5] и фотометрического по [8].
Как видно из таблицы 1, фотометрический метод является менее затратным: расход реагентов для него
почти в 2 раза меньше, чем для эбулиостатического, и на порядок меньше, чем в методе Бертрана.
Для экспериментального сравнения рассматриваемых методов были определены величины РВ в различных объектах.
Таблица 1. Некоторые характеристики классических и фотомтерического методов определения РВ
Характеристики
Продолжительность нагревания,
мин
Определяемая концентрация РВ,
мг/мл
Объем анализируемого раствора,
мл
Точность анализа, мг/мл
Метод Бертрана
3
(+ время до начала
кипения)
0,025…2,5
Эбулиостатический метод
2
(+ время до начала
кипения)
0,5…1,3
Фотометрический метод
3
20
≈ 10…26
4,0
0,5…1,5
…
± 0,01
±0,01
Расход реагентов, г:
CuSO4·5H2O
0,80
0,10
0,0692
Метиленовый голубой
–
0,0004
–
Сегнетова соль
4,0
0,50
0,20
NaOH
3,0
0,75
0,30
K4[Fe(CN)6]·3H2O
–
0,040
0,016
NH4Fe (SO4)2·12H2O
2,0
–
–
H2SO4
7,45
–
–
KMnO4
≈ 0,013…0,050
–
–
Примечание: все характеристики приведены в расчете на 1 определение, т.е., включая ориентировочное – для эбулиостатического и холостое – для фотометрического методов.
Экспериментальная часть
Оборудование. Оптическую плотность растворов при 670 нм измеряли на фотоколориметре КФК-2МП в
кюветах с толщиной рабочего слоя 1 см относительно дистиллированной воды.
СРАВНЕНИЕ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕДУЦИРУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ …
49
Реактивы. В работе были использованы реактивы следующих квалификаций: D-глюкоза, D-ксилоза,
D-манноза, серная кислота, пентагидрат сульфата меди(II) – ч.; гидроксид натрия, железоаммонийные
квасцы (додекагидрат сульфата железа(III)-аммония), метиленовый голубой – ч.д.а.; желтая кровяная соль
(тригидрат гексцианоферрата(II) калия), перманганат калия, сегнетова соль (тетрагидрат тартрата калиянатрия) – х.ч.; вода – дистиллированная.
Методика определения РВ фотометрическим способом
Приготовление реактивов. В работе использовали 2 раствора: раствор 1 объемом 500 мл готовили растворением 8,650 г пентагидрата сульфата меди(II) в дистиллированной воде; раствор 2 объемом 500 мл готовили растворением 25,00 г сегнетовой соли, 2,00 г желтой кровяной соли и 37,5 г гидроксида натрия в дистиллированной воде.
Проведение фотометрической реакции. В пробирке смешивали по 2,00 мл растворов 1 и 2 и 2,00 мл рабочего раствора, содержание РВ в котором находится в диапазоне 0,5…1,5 мг/мл (при необходимости рабочий раствор готовили разбавлением анализируемого раствора). Затем пробирку с реакционной смесью
нагревали на кипящей водяной бане в течение 3 мин.
Измерение оптических плотностей рабочего и холостого определений. Реакционную смесь, полученную
после проведения реакции, сразу же переносили в кювету и измеряли оптическую плотность при 670 нм
(рабочее определение). Также измеряли оптическую плотность при 670 нм аналогичной реакционной смеси,
не подвергнутой нагреванию (холостое определение).
Расчет концентрации РВ. Концентрацию РВ, мг/мл, в рабочем растворе вычисляли по формуле
РВ' 
Ахол - А раб  0,012
0,2946
,
где Ахол, Араб – оптические плотности при 670 нм, полученные в ходе соответственно холостого и рабочего
определений; 0,012 – поправка, связанная с увеличением поглощения при 670 нм собственно меднощелочного раствора при нагревании в течение 3 мин; 0,2946 – абсолютное значение тангенса угла наклона
градуировочной кривой.
Расчет концентрации РВ (мг/мл) в анализируемом растворе производят с учетом степени разбавления:
РВ = R·РВ',
где R – степень разбавления исходного объекта.
Объекты исследований. В качестве объектов исследования были использованы растворы глюкозы,
маннозы и ксилозы, 4 гидролизата, полученных при определении легкогидролизуемых полисахаридов [2] в
древесине березы, осины, ели и сосны, 7 производственных сульфитных щелоков, сульфит-спиртовая барда
и последрожжевая бражка и 2 бисульфитных щелока.
Обсуждение результатов
В таблице 2 представлены средние значения величин РВ в чистых растворах глюкозы, маннозы, ксилозы,
гидролизатах и производственных жидкостях сульфит-целлюлозного производства, определенные методами
Бертрана, эбулиостатическим и новым фотометрическим. Каждое определение проведено с 2 параллельными. Отклонение результатов параллельных определений от среднего значения для всех методов не превышало ± 0,01 мг/мл, что соответствует указанной в [3] точности.
Как видно из таблицы 2, все три метода дали одинаковые результаты при определении РВ в чистых растворах сахаров и в гидролизатах. В случае с жидкими средами сульфит-целлюлозного производства результаты немного различаются: эбулиостатический метод дает несколько завышенные результаты по сравнению
с фотометрическим и методом Бертрана. Также стоит отметить, что результаты определения РВ в сульфитных щелоках фотометрическим методом и методом Бертрана практически полностью совпали. При использовании сульфит-спиртовой барды и последрожжевой бражки методы дали отличающиеся друг от друга
результаты, что, по-видимому, связано с тем, что доля углеводов в сухих веществах этих растворов значительно снижена. Расхождение результатов определения РВ в бисульфитных щелоках также, вероятно, связано с низким содержанием моносахаридов и большим содержанием олигосахаридов и гемицеллюлоз.
В подтверждение приведенных выше результатов и их объяснения был использован метод добавок. Были
проанализированы растворы глюкозы и щелока, в которые предварительно внесли известное количество
глюкозы. Результаты определения представлены в таблице 3, из которой видно, что все три метода позволили с большой точностью определить величину добавки глюкозы. Поэтому расхождение результатов (табл. 2)
обусловлено поведением неуглеводных компонентов в условиях анализа.
В.А. ВЕШНЯКОВ, Ю.Г. ХАБАРОВ, Н.Д. КАМАКИНА
50
Таблица 2. Результаты определения РВ классическими и фотометрическим методами в пересчете
на глюкозу
Объект
R
Раствор глюкозы
Раствор маннозы
Раствор ксилозы
Гидролизат (береза)
Гидролизат (осина)
Гидролизат (ель)
Гидролизат (сосна)
Сульфитный щелок 1
Сульфитный щелок 2
Сульфитный щелок 3
Сульфитный щелок 4
Сульфитный щелок 5
Сульфитный щелок 6
Сульфитный щелок 7
Сульфит-спиртовая барда
Последрожжевая бражка
Бисульфитный щелок 1
Бисульфитный щелок 2
*при нагревании выпал осадок
–
–
–
2,50
2,50
2,00
2,00
50,0
50,0
66,7
50,0
50,0
50,0
50,0
8,33
10,0
16,7
16,7
Концентрация РВ, мг/мл, определенная методом
Бертрана
эбулиостатическим
фотометрическим
0,89
0,91
0,88
…
1,05
1,03
…
0,89
0,89
0,98
0,98
0,98
0,89
0,89
0,90
…
1,01
1,01
…
1,02
1,01
0,99
1,04
0,97
1,05
1,10
1,05
0,86
0,94
0,87
…
0,86
0,78
…
0,93
0,86
…
1,04
1,00
0,78
0,85
0,80
0,68
0,94
0,57
0,82
1,00
0,77
0,63
0,87
0,74
0,49
0,67
*
Таблица 3. Результаты определения РВ классическими и фотометрическим методами в пересчете
на глюкозу по схеме «введено-найдено»
Объект
«введено»
Раствор глюкозы
Сульфитный
щелок 3
–
0,10
0,20
–
0,10
0,20
Концентрация РВ, мг/мл, определенная методом
Бертрана
эбулиостатическим
фотометрическим
определено
«найдено»
определено
«найдено»
определено
«найдено»
0,89
–
0,91
–
0,88
–
0,99
0,10
1,00
0,09
0,98
0,10
1,11
0,22
1,11
0,20
1,09
0,21
0,88
–
0,95
–
0,85
–
0,99
0,11
1,03
0,08
0,93
0,08
1,09
0,21
1,12
0,17
1,04
0,19
Выводы
Метод Бертрана, эбулиостатический и новый фотометрический методы дают близкие результаты при
определении РВ в чистых растворах сахаров и гидролизатах. Они обладают одинаковой воспроизводимостью: отклонение параллельных определений от среднего составляет ± 0,01 мг/мл.
Преимуществом нового фотометрического метода является простота выполнения анализа и небольшой
расход реагентов.
Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Химия: энциклопедия / под ред. И.Л. Кнунянц. М., 2003. 972 с.
Оболенская А.В, Ельницкая З.П., Леонович А.А. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы. М., 1991. 320 с.
Bertrand M. Le dosage des sucres réducteurs // Mémoires presentes a la societe chimique. 1906. P. 1285–1299.
Оболенская А.В., Щеголев В.П., Аким Г.Л, Аким Э.Л., Коссович Н.Л., Емельянова И.З. Практические работы по
химии древесины и целлюлозы. М., 1965. 412 с.
Низовкин В.К., Емельянова И.З. Эбулиостатический метод определения редуцирующих сахаров // Журнал прикладной химии. 1959. Т. 32. №11. С. 2516–2521.
Емельянова И.3. Химико-технический контроль гидролизного производства. М., 1976. 322 с.
Инструкция по химико-техническому контролю биохимической переработки сульфитных щелоков, предгидролизатов и гидролизатов (срок введения 1 июля 1982 г.). Пермь, 1982. 180 с.
Хабаров Ю.Г., Камакина Н.Д., Вешняков В.А. Фотометрический метод определения редуцирующих веществ // Известия вузов. Лесной журнал. 2009 (в печати).
Поступило в редакцию 29 сентября 2008 г.
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 51–54.
УДК 547.97
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ АНТОЦИАНИДИНОВЫХ
КРАСИТЕЛЕЙ ИЗ КОРЫ ПИХТЫ И ЛИСТВЕННИЦЫ
©
В.А. Левданский, А.И. Бутылкина, Б.Н. Кузнецов*
Институт химии и химической технологии СО РАН, ул. К. Маркса, 42,
Красноярск 660049 (Россия), e-mail: inm@icct.ru
Изучено влияние концентрации соляной кислоты и продолжительности обработки на выход антоцианидиновых красителей из коры пихты и лиственницы. Найдены оптимальные условия процесса, обеспечивающие максимальный выход
антоцианидинов.
Ключевые слова: Антоцианидиновые красители, кора лиственницы и пихты, получение, оптимизация.
Введение
Привлекательность многих пищевых продуктов в значительной мере связана с подкрашиванием для
придания цвета, близкого к естественной окраске плодов и овощей. В настоящее время для этой цели используют дешевые синтетические красители. Однако уже есть доказательства вредного, канцерогенного
влияния некоторых искусственных красителей на организм человека, в связи с чем ставится вопрос о запрещении амаранта, нафтола желтого и др. Список допускаемых синтетических красителей с каждым годом
сокращается. В ближайшие годы пищевая промышленность встанет перед фактом необходимости замены
искусственных красителей естественными. Эту проблему можно решить использованием натуральных, безвредных антоцианидиновых красителей, выделенных из различных видов растительного сырья. Также антоцианидины могут применяться в медицине. Патентуются нетоксичные фармакологические композиции на
основе антоцианидинов, обладающие противовоспалительным, заживляющим, повышающим защитные
свойства организма действием [1, 2]. В настоящее время достаточно подробно изучены условия получения и
отработаны методы количественного определения антоцианидиновых красителей в плодоовощном сырье [3,
4]. Самый распространенный метод получения антоцианидинов из плодоовощного сырья – гидролиз антоцианов (глюкозидов) 2 н соляной кислотой при 100 °С в течение 40 мин или 6 н соляной кислотой при той
же температуре в течение нескольких минут. Однако те же самые соединения могут быть получены при соответствующей обработке коры хвойных пород деревьев или дубильных экстрактов, получаемых из коры
[5–7]. В коре различных видов деревьев антоцианидиновые соединения могут содержаться как в свободном
состоянии, так и включенном в лигноуглеводный комплекс коры. Так, в коре лиственных пород деревьев,
например березы, основное количество лейкоантоцианидинов находится в свободном состоянии [8], а в коре
лиственницы до 3% флавоноидов находится в связанном состоянии с лигноуглеводным комплексом коры
[9]. Лейкоантоцианидины коры березы анализируют, предварительно переведя их в соответствующие окрашенные антоцианидинхлориды, при этом концентрация соляной кислоты составляет около 6–7%, а время
выдержки 30 мин. В настоящее время недостаточно изучены процессы получения антоцианидиновых красителей из коры сибирских хвойных пород деревьев.
Цель работы – оптимизация процесса получения антоцианидиновых красителей из коры пихты и лиственницы.
*
Автор, с которым следует вести переписку.
В.А. ЛЕВДАНСКИЙ, А.И. БУТЫЛКИНА, Б.Н. КУЗНЕЦОВ
52
Экспериментальная часть
В качестве исходного сырья использовали высушенную и измельченную кору пихты и лиственницы
(фракция 1,0–2,0 мм). Перед выделением антоцианидиновых соединений кору экстрагировали неполярным
растворителем в аппарате Сокслета до удаления всех смолистых веществ [6, 10]. Данные о химическом составе коры приведены в таблице 1.
Оптимальный режим выделения антоцианидиновых соединений из коры пихты и лиственницы был
найден с использованием блока Experimental design из пакета прикладных программ Statgraphics Plus [11].
На выход антоцианидиновых соединений оказывают влияние такие факторы, как гидромодуль, концентрация соляной кислоты, температура и продолжительность обработки коры. Наиболее эффективно процесс
извлечения антоцианидинов идет при гидромодуле 12 и температуре 78 °С. На основе экспериментальных
данных строили математические модели процессов. В качестве независимых переменных выбраны следующие факторы: Х1 – концентрация HCl, %; X2 – продолжительность процесса, ч. Гидромодуль и температура
были стабилизированы на уровнях 12 и 78 °С соответственно. Уровни варьирования переменных представлены в таблице 2. Для определения влияния вышеуказанных факторов на выход красителя был реализован
план Ко-2. Каждый эксперимент осуществляли дважды.
Таблица 1. Содержание основных компонентов в используемых видах коры, %
Вид коры
Целлюлоза
Лиственница сибирская
25,3
(Larix sibirica Ledeb.)
Пихта сибирская
23,7
(Abies sibirica Ledeb.)
* – от массы абсолютно сухой коры
Лигнин
Экстрактивные вещества
38,8
19,6
37,2
18,0
Полисахариды
легкогидротрудногидлизуемые
ролизуемые
13,2
24,7
17,2
Зольность
22,6
2,8
1,9
Таблица 2. Уровни варьирования переменных при получении антоцианидиновых красителей из коры пихты
и лиственницы
Наименование факторов
Концентрация HCl, %
Продолжительность процесса, ч
Уровни варьирования
–1
0
1
–1
0
1
Параметры варьирования
2,5
3
3,5
2
3
4
Результаты и обсуждение
Для оценки влияния указанных факторов на выход красителя из коры пихты были использованы данные,
представленные в таблице 3.
Таблица 3. План экспериментов по получению антоцианидинового красителя из коры пихты и результаты
его реализации
Номер
опыта
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Концентрация
HCl, %
2,5
2,5
3,5
2,5
3,5
3,5
3
3
3
Продолжительность
процесса, ч
3
2
2
4
4
3
3
2
4
Выход красителя, %
y1
y2
16,3
16,2
14,5
14,3
16
16,1
15,8
15,7
16,9
16,6
17,2
17,4
17,6
17,5
16,3
16,2
17,2
17,3
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ АНТОЦИАНИДИНОВЫХ …
53
В результате математической обработки экспериментальных данных было получено следующее уравнение регрессии:
y1 = 17,655 + 0,617X1 + 0,508X2 – 0,933X12 – 0,162X1X2 – 0,958X22,
где y1 – выход антоцианидинового красителя из коры пихты.
На основании полученного уравнения регрессии построена поверхность отклика выходного параметра –
выхода антоцианидинового красителя из коры пихты (рис. 1).
Сканированием уравнения регрессии были найдены оптимальные условия процесса получения антоцианидинового красителя из коры пихты. Установлено, что максимальный выход антоцианидинового красителя
достигается при концентрации соляной кислоты 3,1% и продолжительности процесса 3,2 ч. Выход красителя в этих условиях составил 17,8%. Аналогичным образом была проведена математическая обработка процесса получения антоцианидинового красителя из коры лиственницы.
В результате математической обработки экспериментальных данных получено уравнение регрессии,
описывающее процесс получения антоцианидинового красителя из коры лиственницы:
y2 = 20,161 + 0,192Х1 + 0,533Х2 – 0,692Х12 + 0,025Х1Х2 – 1,267Х22,
где y2 – выход антоцианидинового красителя из коры лиственницы.
На основании полученного уравнения регрессии построена поверхность отклика выходного параметра –
выхода антоцианидинового красителя из коры лиственницы (рис. 2).
Сканированием уравнения регрессии были найдены оптимальные условия процесса получения антоцианидинового красителя из коры лиственницы. Установлено, что максимальный выход антоцианидинового
красителя достигается при концентрации соляной кислоты 3,1% и продолжительности процесса 3,2 ч. Выход красителя в этих условиях составил 20,2%.
Таблица 4. План эксперимента по получению антоцианидинового красителя из коры лиственницы
и результаты его реализации
Концентрация
HCl, %
2,5
2,5
3,5
2,5
3,5
3,5
3
3
3
Продолжительность
процесса, ч
3
2
2
4
4
3
3
2
4
18
17
16
15
14
2,5 2,7
2,9 3,1
3,3
2
3,5
X1, концентрация HCl, %
3,2 3,6
2,4 2,8
Х2, время, ч
4
выход красителя, % (y2)
выход красителя, % (y1)
Номер
опыта
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Выход красителя, %
y1
y2
19,2
19,4
17,6
17,5
17,9
17,8
18,5
18,4
18,8
18,9
19,7
19,8
20,0
19,9
18,2
18,4
19,5
19,7
21
20
19
18
17
2,5 2,7
2,9 3,1
3,3
X1, концентрация HCl, %
Рис. 1. Поверхность отклика выходного параметра
y1 – выхода антоцианидинового красителя из коры
пихты
4
3,2 3,6
2,4 2,8
3,5 2
Х2, время, ч
Рис. 2. Поверхность отклика выходного параметра
y2 – выхода антоцианидинового красителя из коры
лиственницы
54
В.А. ЛЕВДАНСКИЙ, А.И. БУТЫЛКИНА, Б.Н. КУЗНЕЦОВ
В оптимальных условиях эксперимента был выделен краситель из коры пихты с выходом 17,7%, а из коры лиственницы с выходом 20,0%. Из полученных результатов видно, что расчетные значения параметров
оптимизации хорошо согласуются с экспериментальными данными, что подтверждает адекватность модели.
Заключение
В результате оптимизации процесса получения антоцианидиновых красителей из коры пихты и лиственницы установлено, что максимальный выход красителя из коры пихты – 17,8 и 20,2% – из коры лиственницы достигается при продолжительности обработки 3,2 ч, концентрации соляной кислоты 3,1%, гидромодуле
12 и температуре процесса 78 °С.
Список литературы
1.
2.
Markakis P. Anthocyanins as Food Colors. New York; London, 1982. 163 p.
Bohm H., Boeing H., Hempel J., Raab B., Kroke A. Flavonols, flavones and anthocyanins as native antioxidants and their
possible role in the prevention of chronic diseases // European Journal of Nutrition. 1998. V. 37. №2. P. 147–163.
3. Танчев С.С. Антоцианы в плодах и овощах. М., 1980. 304 с.
4. Харламова О.А., Кафка Б.В. Натуральные пищевые красители. М., 1979. 190 c.
5. Левданский В.А., Полежаева Н.И., Макиевская А.И., Кузнецов Б.Н. Выделение и изучение состава антоцианидинов
коры пихты // Химия в интересах устойчивого развития. 2000. Т. 8. №6. C. 823–827.
6. Патент №2175668 РФ. Способ получения модифицированного антоцианидинового красителя / В.А. Левданский,
Н.И. Полежаева, А.И. Макиевская, Б.Н. Кузнецов // БИ. 2003. №31.
7. Левданский В.А., Бутылкина А.И., Кузнецов Б.Н. Выделение и изучение состава антоцианидинов коры лиственницы // Химия растительного сырья. 2006. №4. С. 17–20.
8. Бондаренко С.М., Долгодворова С.Я., Черняева Г.Н. Лейкоантоцианидины коры березы повислой // Изв. СО АН
СССР. Серия хим. наук, 1989. №1. C. 86–90.
9. Левданский В.А., Полежаева Н.И., Бутылкина А.И., Кузнецов Б.Н. Получение антоцианидинхлоридов из коры
лиственницы и пихты // Химия в интересах устойчивого развития. 2002. Т. 10. №3. С. 331–337.
10. Патент №2137821 РФ. Способ переработки пихтовой коры / В.А. Левданский, Н.И. Полежаева, А.П. Еськин,
Л.В. Сафонова, Б.Н. Кузнецов // БИ. 1999. №26.
11. Пен Р.З. Планирование эксперимента в Statgraphics. Красноярск, 2003. 246 с.
Поступило в редакцию 18 марта 2008 г.
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 55–58.
Низкомолекулярные соединения
УДК 547.972.35 : 634.0.861.15
ПОЛУЧЕНИЕ КВЕРЦЕТИНА ИЗ ДРЕВЕСИНЫ ЛИСТВЕННИЦЫ
В УСЛОВИЯХ «ВЗРЫВНОГО» АВТОГИДРОЛИЗА В ПРИСУТСТВИИ
БИСУЛЬФИТА МАГНИЯ
©
В.А. Левданский
Институт химии и химической технологии СО РАН, Академгородок,
Красноярск, 660036 (Россия) E-mail: lva@icct.ru
Изучено влияние температуры и продолжительности обработки опилок древесины лиственницы перегретым водяным паром в условиях «взрывного» автогидролиза в присутствии бисульфита магния на выход кверцетина и дигидрокверцетина.
Установлено, что максимальная степень превращения дигидрокверцетина в кверцетин достигается, в случае предварительной пропитки древесины лиственницы раствором бисульфитом магния и последующей обработки паром при температуре 210–220 °С, давлении 3,4 МПа, продолжительности 200–250 с.
Ключевые слова: Древесина лиственницы, «взрывной» автогидролиз, бисульвит магния, кверцетин, дигидрокверцетин.
Введение
Биомасса лиственницы представляет большой интерес благодаря наличию в ней различных экстрактивных веществ с широким спектром полезных свойств. В древесине лиственницы сибирской содержится до
2,5% флаваноидов, которые представлены в основном дигидрокверцетином, кверцетином и дигидрокемферолом. Содержание дигидрокверцетина в древесине лиственницы от суммы флаваноидов может достигать
90%, 9–10% приходится на кверцетин и дигидрокемферол [1, 2]. Дигидрокверцетин при окислении превращается в кверцетин. Процесс превращения дигидрокверцетина в кверцетин в процессе сульфитной варки
древесины лиственницы изучен достаточно хорошо. Исследован химизм взаимодействия дигидрокверцетина (чистого препарата) с раствором бисульфита магния в условиях, идентичных применяемым при получении целлюлозы из древесины лиственницы бисульфитным методом. Показано, что при поэтапном подъеме
температуры от 80 до 160 °С за 4,5– 6,5 ч 95–96% дигидрокверцетина превращается в кверцетин [3]. Обработка древесины лиственницы в аналогичных условиях бисульфитным раствором магния в герметично закрываемых стальных реакторах показала, что содержащийся в древесине дигидрокверцетин на 68–75% превращается в кверцетин [4].
Известно, что часть дигидрокверцетина содержится в древесине лиственницы в связанном состоянии.
Дигидрокверцетин, находящийся в древесине в свободном состоянии, может быть извлечен экстракцией
полярными растворителями. Часть дигидрокверцетина, которая связана с лигноуглеводным комплексом
древесины, извлекается после проведения гидролиза древесины. В процессе бисульфитной варки древесины
наряду с ее делигнификацией происходит окисление содержащегося в ней дигидрокверцетина в кверцетин,
который из-за низкой растворимости выпадает в осадок [5, 6].
Кверцетин, или 3,5,7,3',4'-пентаоксифлавон, относится к группе Р-витаминных веществ, обладает широким диапазоном терапевтического действия [7, 8], является антиокислителем пищевых продуктов [9, 10] и
комплексообразователем [11].
В ранее проведенных исследованиях была показана возможность совмещения стадий выделения дигидрокверцетина из лигноуглеводного комплекса древесины лиственницы и его окисления в кверцетин сернистокислым натрием в процессе кратковременной обработки древесины лиственницы в условиях взрывного
автогидролиза [12].
56
В.А. ЛЕВДАНСКИЙ
Цель данной работы – изучение процесса окисления дигидрокверцетина древесины лиственницы в кверцетин бисульфитом магния в условиях взрывного автогидролиза.
Экспериментальная часть
Для эксперимента в качестве исходного сырья использовали древесину лиственницы сибирской, заготовленной
в окрестностях Красноярска. Состав используемой древесины лиственницы: дигидрокверцетин – 1,9%; целлюлоза –
41,7%; лигнин – 26,3%; зольные вещества – 0,2%; вещества, экстрагируемые водой – 13,5%; влажность – 4,5%. Содержание дигидрокверцетина в древесине лиственницы определяли известным методом [13].
Древесину лиственницы измельчали до частиц размером 2–5 мм и подвергали гидролизу насыщенным водяным паром в присутствии бисульфита магния на установке, схема которой описана в работе [14]. Процесс
гидролиза древесины лиственницы в присутствии бисульфита магния осуществляли следующим образом. В
реактор объемом 0,85 л, нагретый до заданной температуры, загружали 100 г древесины лиственницы, содержащей 1,9% дигидрокверцетина. Затем заливали 100 мл бисульфита магния с концентрацией всего SO2 4,8%,
при рН=4,0. Раствор бисульфита магния предоставлен Красноярским целлюлозно-бумажным комбинатом. В
течение 3–5 с водяным паром давление повышали до 3,5 МПа и выдерживали указанное время, затем открывали шаровой кран и осуществляли резкий сброс давления, при этом гидролизованный материал выбрасывался в
приемный бункер, затем его переносили в стакан, добавляли 1,5 л воды, при перемешивании доводили до кипения, охлаждали и отфильтровывали. На фильтре гидролизованный материал, содержащий кверцетин, промывали водой и высушивали в сушильном шкафу при температуре 100–105 °С в течение 4–5 ч. Для извлечения смеси флаваноидов навеску гидролизованной древесины 50 г с влажностью 1–2% экстрагировали этиловым спиртом в аппарате Сокслета, емкостью 250 мл.
Для количественного разделения смеси флавоноидов выделенных из древесины лиственницы, гидролизованной в присутствии бисульфита магния, применяли тонкослойную хроматографию на полиамидном сорбенте [15].
Полиамидный сорбент готовили из гранул полиамида переосаждением из уксусной кислоты по методике, описанной в работе [16]. На хроматографическую стеклянную пластинку размером 100200 мм наносили капроновый порошок, размер частиц капрона 0,2 мм, толщина слоя 1,0 мм, элюент система этанол–хлороформ (35 : 65).
Извлечение и количественное определение кверцетина проводили по методике, описанной в работе [15]. Навеску
флаваноидов в количестве 0,0100 г растворяли в 100 мл этилового спирта, затем 1 мл этого раствора мерной пипеткой наносили на старт. Площадь пятна, занимаемую кверцетином и дигидрокверцетином, определяли при
УФ-облучении, затем порошок, содержащий каждый из компонентов, количественно переносили в мерные колбы объемом 25 мл. Элюирование кверцетина и дигидрокверцетина с капронового порошка осуществляли в три
приема смесью метанол – диметилформамид (1 : 1) в мерные колбы объмом 25 мл и анализировали. Количество
дигидрокеврцетина определяли после его перевода в цианидинхлорид [13]. Раствор дигидрокверцетина концентрировали под вакуумом до полного удаления растворителя, затем к сухому остатку добавляли 1 мл этилового
спирта, 0,2 г цинковой пыли и 2 мл ацетона. После внесения 1 мл смеси, состоящей из соляной кислоты ( =
1,19), ледяной уксусной кислоты и воды в соотношении 3:3:1 (по объему), колбу нагревали в термостате
(700,1 °С) в течение 20 с, затем охлаждали ледяной водой и раствор декантировали в мерную колбу объемом 25
мл. Остаток цинковой пыли промывали в мерных колбах дважды ацетоном по 5 мл, доводили до метки ацетоном
и определяли оптическую плотность.
Оптическую плотность исследуемых растворов измеряли на фотометре КФК-3 при 365 нм для кверцетина
и при 546 нм для цианидинхлорида (продукта восстановления дигидрокверцетина). Калибровочную кривую
для количественного определения кверцетина строили для стандартных растворов, используя медицинский
кверцетин. Количественное содержание дигидрокверцетина определяли в растворе, полученном после хроматографического разделения и превращения его в цианидинхлорид. Используя стандартные растворы чистого
дигидрокверцетина, получали стандартные растворы цианидинхлорида и строили калибровочный график [13].
Результаты и обсуждение
В работах [3, 4], посвященных исследованию процесса превращения дигидрокверцетина в кверцетин в
процессе бисульфитной варки древесины, показано, что кверцетин обладает высокой химической и термической стабильностью, и продолжительное (более 6,5 ч) нагревание при температуре 160 °С не приводит к
его разложению. Представлялось интересным использовать данный подход в процессе получения кверцетина из древесины лиственницы.
ПОЛУЧЕНИЕ КВЕРЦЕТИНА ИЗ ДРЕВЕСИНЫ ЛИСТВЕННИЦЫ …
57
С целью интенсификации превращения дигидрокверцетина в кверцетин процесс окисления древесины
лиственницы бисульфитом магния проводили при температуре 190–220 °С, давлении 3,4 МПа, в течение 100–
150 с [17] (в условиях «взрывного» автогидролиза). Проведение обработки древесины лиственницы насыщенным водяным паром при температуре 190–220 °С, давлении 3,4 МПа, в присутствии бисульфита магния позволяет провести окисление содержащегося в древесине лиственницы дигидрокверцетина в кверцетин в течение
100–250 с. Кислая среда, высокая температура водяного пара и давление способствуют быстрому гидролизу
углеводной сетки растительного материала, более глубокому проникновению бисульфита магния во внутренние поры древесины, а последнее – быстрому и полному окислению дигидрокверцетина в кверцетин. Быстрая
декомпрессия способствует разрыхлению гидролизованного и окисленного материала в пыль. Древесина лиственницы после обработки водяным паром в присутствии бисульфита магния представляет собой рыхлую однородную массу темно-зеленого цвета. Перед выделением кверцетина гидролизованная древесина тщательно
промывается горячей водой до нейтральных промывных вод. Тщательная промывка гидролизованной древесной массы необходима, чтобы избавиться от водорастворимых веществ, это в первую очередь бисульфит магния, сахара и продукты их распада – окисиметилфурфурол и др. Сахара и оксиметилфурфурол образуются в
процессе проведения «взрывного» гидролиза древесины, и их выход резко увеличивается при проведении автогидролиза в присутствии минеральных кислот [18].
В таблице приведены данные о влиянии продолжительности обработки древесины лиственницы водяным паром в присутствии бисульфита магния на процесс окисления дигидрокверцетина в кверцетин.
Как видно из таблицы, общий выход флаваноидов, выделенных из древесины лиственницы, подвергнутой обработки бисульфитом магния в условиях «взрывного» автогидролиза, составляет от 2,62 до 3,13%.
Установлено, что максимальная степень превращения дигидрокверцетина в кверцетин наблюдается при
следующих условиях: температура – 210–220 °С, время выдержки – 200–250 с. В этих условиях весь содержащийся в древесине лиственницы дигидрокверцетин превращается в кверцетин.
Экстракты, полученные при экстракции спиртом из гидролизованной в присутствии бисульфита магния
древесины лиственницы, после отгонки растворителя представляют собой порошки темно-зеленого цвета.
Для количественного разделения кверцетина и дигидрокверцетина широко используют хроматографию на
полиамидном сорбенте. Процессы сорбции и десорбции на полиамидном сорбенте достаточно хорошо изучены. Установлено, что необратимая сорбция кверцетина не превышает 3,25% [19]. В нашем случае необратимая сорбция кверцетина с полиамидного сорбента не превышала 3,30%. Хроматографический анализ выделенных влавоноидов показал, что они в основном состоят из кверцетина и дигидрокверцетина. Дигидрокверцетин после выделения с полиамидного сорбента обрабатывали смесью уксусной и соляной кислот в
присутствии цинковой пыли и переводили в цианидинхлорид. Такой способ определения количества дигидрокверцетина обеспечивает высокую точность и сходимость результатов измерений [13].
Данные об изменении содержания кверцетина и дигидрокверцетина в древесине лиственницы после ее
обработки водяным паром при давлении 3,4 МПа в присутствии бисульфита магния
№
опыта
Температура,
оС
Продолжительность
активации, с
флавоноидов *
1
190
100
2,62
2
190
150
2,74
3
190
200
2,76
4
190
250
2,81
5
200
100
3,05
6
200
150
3,13
7
200
200
3,11
8
200
250
2,93
9
210
100
3,06
10
210
150
3,05
11
210
200
2,91
12
210
250
2,84
13
220
100
3,12
14
220
150
3,09
15
220
200
3,01
16
220
250
2,97
* % от абсолютно сухой древесины, ** % от суммарных флавоноидов.
Выход
кверцетина**
дигидрокверцетина**
51,37
52,23
51,89
52,55
53,38
54,74
55,13
55,16
56,81
57,31
58,98
59,14
63,16
64,13
63,87
62,61
18,36
14,48
10,11
6,39
13,48
10,93
6,75
5,11
7,36
5,84
3,48
1,34
0,11
следы
следы
не обнаружено
В.А. ЛЕВДАНСКИЙ
58
Реакция взаимодействия дигидрокверцетина с бисульфит-ионами и превращение дегидрокверцетина
в цианидинхлорид протекает по схеме, приведенной в работе [18].
Вывод
Изучен процесс получения кверцетина из древесины лиственницы при ее окислении бисульфитом магния в условиях «взрывного» автогидролиза. Установлено, что максимальная степень превращения дигидрокверцетина в кверцетин достигается при следующих параметрах проведении процесса «взрывного» автогидролиза: температура – 210–220 °С, давление – 3,4 МПа, продолжительность обработки – 200–250 с.
Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
Тюкавкина Н.А., Лаптева К.И., Медведева С.А. Фенольные экстрактивные вещества рода Larix (обзор) // Химия
древесины. 1973. Вып. 13. C. 3 –17.
Бабкин В.А., Остроумова Л.А., Дьячкова С.Г., Святкин Ю.К. и др. Безотходная комплексная переработка биомассы
лиственницы сибирской и даурской // Химия в интересах устойчивого развития. 1997. №5. С. 105–115.
Бобров А.И., Мутовина М.Г., Тюкавкина Н.А., Девятко Н.Г., Лаптева К.И. Исследование взаимодействия дигидрокверцетина с раствором бисульфита магния // Химия древесины. 1971. №10. С. 85–90.
Тюкавкина Н.А., Девятко Н.Г., Лаптева К.И., Бобров А.И., Мутовина М.Г. Получение кверцетина в процессе бисульфитной варки древесины лиственницы // Химия древесины. 1971. №10. С. 91–96.
Patent 2890225 (US) Process for the conversion of dihydroquercetin to quercetin / A.S. Gregory. 1959.
Patent 2744920 (US) Converting dihydroquercetin to quercetin / E.F. Kurth. 1956.
Колчин Ю.Н., Попович Л.Ф., Грабовский А.Н. и др. Влияние блокатора 5-липоксигеназы кверцетина на функциональные и морфологические проявления поражения миокарда при ишемии и реперфузии сердца // Кардиология.
1990. Т. 30. №3. С. 72–75.
Сыров В.Ф., Хушбакатова З.А., Гукасов В.М. и др. Антиоксидантная активность некоторых растительных фенольных соединений // Химико-фармацевтический журнал. 1987. Т. 21. №1. С. 59–61.
Haenen G., Paquay J., Korthouwer R.E., et.al. Peroxynitrite scavenging by flavonoids// Biochem. Biophys. Res. Commoun.
1997. V. 236. №3. P. 591–593.
Madsen H.L., Anderson C.M., Jorgensen L.V., Skibsted L.H. Radical scavenging by dietary flavonoids. A kinetic study of
antioxidant efficiencies // Eur. Food. Res. Technol. 2000. V. 211. P. 240–246.
Ioku K., Tsushida T., Takei Y., Nakatani N., Terao J. Antioxidative activity of quercetin and quercetin monoglucosides in
solution and phospholipid bialayers // Biochem. Biophys. Acta. 1995. V. 1234. P. 99–104.
Кузнецов Б.Н., Левданский В.А., Кузнецова С.А., Полежаева Н.И., Левданский А.В. Получение кверцетина из древесины лиственницы сибирской в условиях взрывного автогидролиза в присутствии сернокислого натрия // Химия
растительного сырья. 2003. №4. С. 37–41.
Еськин А.П., Левданский В.А., Полежаева Н.И. Метод количественного фотометрического определения дигидрокверцетина // Химия растительного сырья. 1998. №3. С. 41–45.
Kuznetsov B.N., Efremov A.A., Levdanskii V.A., Kuznetsova S.A., Polezhaeva N.I., Shilkina T.A., Krotova I.V. The using
of non-isobaric pre-hydrolysis for the isolation of organic compounds from wood and bark // Bioresource Technology. 1996.
V. 58. P. 181–188.
Тюкавкина Н.А., Лаптева К.И., Ларина В.А., Девятко Н.Г. Экстрактивные вещества Larix Danurica // Химия природных соединений. 1967. №5. С. 298–301.
Литвиненко В.И., Максютина Н.П., Колесников Д.Г. Получение полиамидного сорбента // Медицинская промышленность СССР. 1962. №3. С. 40–43.
Патент 2182907 (Россия) Способ получения кверцетина / В.А. Левданский, С.А. Кузнецова, Н.И. Полежаева,
Б.Н. Кузнецов. 2002.
Гравитис Я.И. Теоретические и прикладные аспекты метода взрывного автогидролиза растительной биомассы //
Химия древесины. 1987. №5. С. 3–21.
Тюкавкина Н.А., Лаптева К.И., Беляева В.А., Куличкова В.А. Изучение сорбционных процессов на полиамидном
сорбенте // Химия природных соединений. 1968.С. 349–352.
Поступило в редакцию 17 октября 2007 г.
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 59–64.
УДК 66.094.38+634.0.86+674.032.14
ОПРЕДЕЛЕНИЕ АНТИОКИСЛИТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ КВЕРЦЕТИНА
И ДИГИДРОКВЕРЦЕТИНА В СОСТАВЕ БИНАРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ
©
В.Р. Хайруллина1*, Л.Р. Якупова2, А.Я. Герчиков1, Р.Л. Сафиуллин2, А.Н. Терегулова2,
Л.А. Остроухова3, В.А. Бабкин3
Башкирский государственный университет, ул. Фрунзе, 32, Уфа (Россия)
E-mail: gerchikov@inbox.ru
2Институт органической химии УНЦ РАН, пр. Октября, 71, Уфа, 450054
(Россия) E-mail: kinetic@anrb.ru
3Иркутский институт химии СО РАН им. А.Е. Фаворского, ул. Фаворского, 1,
Иркутск, 664033 (Россия) E-mail: babkin@irioch.irk.ru
1
На примере модельной реакции радикально-цепного окисления 1,4-диоксана изучены антиокислительные свойства
флавоноидов дигидрокверцетина (ДКВ) и кверцетина (КВ), выделенных из древесины лиственницы сибирской (Larix
sibirica Ledeb). Определены количественные характеристики антиокислительной активности этих флавоноидов в виде
эффективных констант скорости fkIn,. Изучено взаимовлияние КВ и ДКВ в составе бинарных смесей.
Ключевые слова: кверцетин, дигидрокверцетин, антиоксиданты, радикально-цепные реакции, инициированное окисление, константа скорости ингибирования, синергизм.
Работа выполнена при финансовой поддержке аналитической ведомственной целевой программы Министерства образования и науки РФ «Развитие научного потенциала высшей школы (2006–2008 годы)», проект РНП 2.2.1.1.6332.
Введение
Кверцетин (КВ) и дигидрокверцетин (ДКВ) зарекомендовали себя в качестве ценных биологически активных веществ широкого спектра действия и эффективных малотоксичных антиоксидантов (АО) жиросодержащих пищевых продуктов, лекарственных препаратов и косметических средств [1–8]. Основным источником их является растительное сырье. В настоящее время в России существуют три предприятия промышленного производства ДКВ. Технология его выделения основана на уникальном методе совмещения
процессов экстракции комплекса биологически активных веществ древесины Larix sibirica Ledeb. и Larix
gmelini Rupr. органическими растворителями и дистилляции экстрактов с последующим отделением примесей [9]. КВ в промышленных масштабах предлагается получать окислением ДКВ сернистокислым натрием
в условиях «взрывного» автогидролиза [10]. Получение КВ этим способом представляет собой трудоемкий
энергозатратный технологический процесс, в котором выход целевого продукта главным образом зависит
как от технологических условий, так и от способа обработки древесины бисульфитом натрия. Высокая степень структурного сходства и близость физико-химических показателей КВ и ДКВ затрудняют получение
КВ в чистом виде. В то же время в литературе приведено значительное число примеров, в которых экстракты и вытяжки из лекарственных растений, а также искусственные би- и трикомпонентные смеси полифенольных соединений обладают высоким уровнем антиокислительного действия и не уступают по антиокислительной активности (АОА) известным синтетическим АО [11–14]. В связи с этим изучение количествен-
*
Автор, с которым следует вести переписку.
60
В.Р. ХАЙРУЛЛИНА, Л.Р. ЯКУПОВА, А.Я. ГЕРЧИКОВ И ДР.
ных характеристик влияния добавок ДКВ на антиокислительные свойства КВ является актуальной практической задачей, поскольку это позволяет прогнозировать эффективность антиокислительных свойств смеси.
Целью настоящей работы было сравнительное изучение антиокислительного действия химически чистого КВ (КВI) и промышленно получаемых из древесины Larix sibirica Ledeb. ДКВ и КВ (КВII), а также исследование характера взаимовлияния КВ и ДКВ при их совместном присутствии в модельной системе инициированного окисления 1,4-диоксана.
Экспериментальная часть
ДКВ и КВII выделены из ядровой древесины лиственницы сибирской по оригинальным методикам [9,
10], КВI предоставлен фирмой «Биомедхим». На основании анализа спектральных характеристик УФспектроскопии установлено, что степень чистоты используемых веществ составляет 99% для КВI, 96,7% для
ДКВ, полученного по технологии [9]. КВII, полученный из древесины Larix sibirica Ledeb., содержит 60%
основного вещества.
КВI марки «ч». ЯМР1Н (300 МГц, (СD)3CO, м.д., J, Гц): 6,26 (д, J=2,1, Н-6), 6,50 (д, J=2,1, Н-8), 6.99 (д,
J=8,5, Н-5’), 7,70 (дд, J=8,5, J=2,1, Н-6’), 7,82 (д, J=2,1, Н-2’).
УФ-спектр (1,4-диоксан, λmax, нм): 365 (lgε=4,25).
КВII. ЯМР1Н (300 МГц, (СD)3CO, м.д., J, Гц): 4,62 (дд, J=4,0, J=11,5, Н-3, транс-), 4,72 (д, J=4,1, Н-3, цис-),
5,03 (д, J=11,5, Н-2), 5,95 (д, J=2,0, Н-8), 5,99 (д, J=2,1, Н-6), 6,26 (д, J=2,1, Н-6), 6,50 (д, J=2,1, Н-8), 6,87 (д,
J=8,1, Н-5'), 6,92 (дд, J=8,2, J=1,8, Н-6'), 7,07 (д, J=1,9, Н-2'), 6,99 (д, J=8,5, Н-5'), 7,70 (дд, J=8,5, J=2,1, Н-6'), 7,82
(д, J=2,1, Н-2').
УФ-спектр (1,4-диоксан, λmax, нм): 365 (lgε=4,03).
ДКВ. ЯМР1Н (300 МГц, (СD)3CO, м.д., J, Гц): 4,62 (дд, J=4,0, J=11,5, Н-3, транс-), 4,72 (д, J=4,1, Н-3,
цис-), 5,03 (д, J=11,5, Н-2), 5,95 (д, J=2,0, Н-8), 5,99 (д, J=2,1, Н-6), 6.87 (д, J=8,1, Н-5'), 6,92 (дд, J=8,2, J=1,8,
Н-6'), 7,07 (д, J=1,9, Н-2').
Из сравнения ЯМР1Н –спектров двух образцов КВ видно, что в КВII, помимо сигналов протонов КВ появляются сигналы в области 5,03, 5,99 и 4,62 м.д. Это позволяет заключить, что преобладающим примесным компонентом (около 40%) является ДКВ.
Изучение антиокислительной активности (АОА) исследуемых соединений и бинарных композиций на их
основе проводили на примере модельной реакции радикально-цепного окисления 1,4-диоксана (инициатор –
азодиизобутиронитрил, скорость инициирования Vi = 1,3·10-7 моль/л•/с). Эффективность ингибирующего
действия образцов оценивали по степени снижения начальной скорости поглощения кислорода при окислении модельного субстрата. Подробное описание методики кинетического эксперимента приведено в работе
[13]. 1,4-диоксан предварительно очищали по стандартной методике [15]. В качестве количественной характеристики АОА использовали константу скорости обрыва цепи окисления fkIn , где f – радикалоемкость
АО, т.е. – число радикальных интермедиатов, погибающих на одной молекуле АО в актах обрыва цепи [16–
17]. Для сравнения АОА исследуемых веществ использовали ионольный эквивалент (ИЭ), величину которого оценивали в результате сопоставления полученных из эксперимента fkIn для исследуемых веществ с
аналогичной характеристикой для ионола.
Обсуждение результатов
Поскольку в качестве объектов исследований мы использовали КВ разной степени очистки, было важно
определить степень влияния примесей на АОА этих образцов в окисляющемся 1,4-диоксане. Инициированное окисление 1,4-диоксана в условиях эксперимента протекает в кинетическом режиме по радикальноцепному механизму с квадратичным обрывом цепи по реакции (4) и включает общий для большинства органических соединений ряд элементарных стадий [17]:
I  2r  , r   RH  rH  R  ;
(i)
R   O2  RO2 ;
(1)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ АНТИОКИСЛИТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ КВЕРЦЕТИНА …
61
RO2  RH  ROOH  R  ;
(2)
ROOH  RO   HO  ;
(3)
2RO2  ROOR  O2 ;
(4)
RO2  InH  ROOH  In ,
(5)
где R  и RO2 – алкильные и пероксильные радикалы 1,4-диоксана. Вкладом реакции (3) в инициирование
радикально-цепного процесса можно пренебречь, так как мы измеряли начальную скорость окисления, когда Vi >> k 3 • [ ROOH ] [17].
Введение в реакционную смесь образцов КВ приводит к снижению начальной скорости окисления модельного субстрата вследствие обрыва цепи на молекулах биофлавоноида по реакции (5) [16]. На рисунках
1–2 приведены зависимости начальной скорости поглощения кислорода при окислении 1,4-диоксана от концентрации добавок исследуемых образцов Кв. Полученные результаты позволяют заключить, что КВI и КВII
эффективно ингибируют процесс инициированного радикально-цепного окисления 1,4-диоксана в интервале концентраций 10–5–10–4 моль/л, и ~ в 1,5 раза отличаются друг от друга по эффективности антиокислительного действия. Так, введение добавок КВI в окисляющийся 1,4-диоксан при температуре 347 К в интервале концентраций (1,2–7,0)•10–4 моль/л приводит к снижению скорости его окисления в 1,5–6,6 раз.
Сходное антиокислительное действие в аналогичных условиях эксперимента КВII проявляет в интервале
концентраций (1,0–4,0)•10–4 моль/л.
Анализ реакционной способности флавоноидов в качестве антиоксидантов проводили на основании
сравнения численных значений удельных характеристик их антиокислительного действия fk In . Для определения fk In экспериментальные результаты трансформировали в координатах уравнения (1) [16–17]:
F
V00 V0

 fk In AO 
V0 V00
(1)
2k 4Vi ,
где V00 и V0 – начальные скорости поглощения кислорода при окислении 1,4-диоксана в отсутствии и в присутствии ингибиторов, соответственно, [AO] – концентрация добавки АО, fk In и 2k 4 – константы скорости
обрыва цепи окисления на АО и квадратичного обрыва цепи на пероксильных радикалах 1,4-диоксана, соответственно [16–18]. При расчете использовали 2k 4  6,67 10 7 л/моль  с [18].
Как видно из рисунков 1–3, экспериментальные данные в исследованном интервале концентраций добавок АО удовлетворительно линеаризуются в координатах данного уравнения (коэффициент корреляции
r=0,98). На основании полученных экспериментальных результатов были найдены эффективные константы
скорости ингибирования fk In , значения которых приведены в таблице.
Кинетические характеристики антиокислительной активности исследованных объектов
Антиоксидант
T, K
333
КВI
КВII
КВI+ДКВ (доля ДКВ 22%)
ДКв
Ионол
КВI
347
КВII
ДКВ
Ионол
* При расчете принимали 2k = 6,7107 л·(моль·с)-1 [18].
4
fkIn·10-4, л·(моль·с)-1 *
3,60±0,10
5,80±0,30
6,10±0,40
5,40±0,20
0,70±0,05
6,10±0,20
15,00±1,00
17,00±1,00
1,00±0,100
ИЭ
1,9
3,0
3,2
2,8
1,0
2,2
5,4
8,6
1,0
В.Р. ХАЙРУЛЛИНА, Л.Р. ЯКУПОВА, А.Я. ГЕРЧИКОВ И ДР.
62
Для сравнения эффективности антиокислительного действия этих веществ в этой же таблице приведены
значения ионольных эквивалентов, вычисленные по формуле (2):
ИЭ 
fk In
fk ио нол
(2)
.
Из таблицы видно, что среди изученных нами веществ наибольшую АОА по отношению к пероксильным
радикалам 1,4-диоксана проявляет КВII, при этом все исследованные нами флавоноиды по АОА значительно
превосходят стандартный ингибитор ионол.
Основным сопутствующим компонентом в КВII является ДКВ. Этот флавоноид зарекомендовал себя в качестве эффективного АО в различных модельных системах [1–8, 19–21]. Для установления механизма влияния
ДКВ на АОА КВ нами были изучены двухкомпонентные системы на основе КВI и ДКВ, в которых содержание
каждого из компонентов варьировалось в интервале 0–100%. На рисунке 4 приведена зависимость начальной
скорости окисления 1,4-диоксана от содержания ДКВ в бинарных смесях КВI и ДКВ. Как следует из полученных данных (рис. 4), двухкомпонентные композиции на основе КВI и ДКВ при любых соотношениях компонентов по эффективности антиокислительного действия превосходят индивидуальные вещества, изученные
при том же содержании в модельной системе. Вместе с тем, максимальный ингибирующий эффект наблюдается в смеси, содержащей 22% примеси ДКВ. Скорость ингибированного окисления при этом соотношении КВI
и ДКВ в смеси снижается в 2 раза, что свидетельствует о синергическом эффекте.
Для более детального изучения наблюдаемого экспериментального факта была поставлена серия опытов
по изучению зависимости скорости ингибированного окисления 1,4-диоксана от концентрации двухкомпонентной смеси с содержанием ДКВ 22 %. На основании обработки данных экспериментов в рамках соотношения (1) определено значение эффективной константы скорости ингибирования для этой композиции.
Сравнение значений параметра ингибирования F для смеси с аналогичной характеристикой для КВ и ДКВ
высокой степени очистки позволяет заключить, что бинарная композиция с содержанием ДКВ 22% во всем
исследованном диапазоне концентраций превосходит индивидуальные вещества по эффективности торможения окисления 1,4-диоксана. Как следствие, эта смесь характеризуется максимальным значением эффективной константы скорости ингибирования fk In .
V0·106, моль·/л·с
F
2,5
5
V0·106, моль·/л·с
F
2,5
8
347К
2,0
4
4
2
347К
1,5
2,0
333К
2
3
1,5
2
1,0
6
347 K
4
3
1
1,0
1 333К
0,5
1
0,5
0,0
0
0,0
4
3
333 K
333 K
2
347 K
0
2
4
4
[КВI]·10 , моль/л
6
Рис. 1. Зависимость скорости поглощения
кислорода (1,2) и параметра F (3,4)
от концентрации КВI при 333 и 347 К;
Vi =1,310-7 моль/лс
8
0
0
1
2
3
4
4
[КВII]·10 , моль/л
5
6
Рис. 2. Зависимость начальной скорости
поглощения кислорода (1,2) и параметра F (3,4)
от концентрации КВII при 333 и 347 К;
Vi =1,310-7 моль/лс
ОПРЕДЕЛЕНИЕ АНТИОКИСЛИТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ КВЕРЦЕТИНА …
V0·106, моль/л·с
КВI+ДКВ, F
7
wДКВ=22%
1,6
1,4
6
КВI+ДКВ,
wДКВ=22%
1,2
63
5
1,0
КВI
ДКВ
0,8
4
3
0,6
2
0,4
1
0,2
0,0
0
0
2
4
6
8
[AO]·104, моль/л
Рис. 3. Зависимость скорости поглощения
кислорода и параметра F от концентрации
исследуемых веществ.Т=333 , Vi =1,310-7 моль/лс
Рис. 4. Зависимость скорости ингибированного
окисления 1,4-диоксана от состава бинарных
композиций на основе КВI и ДКВ, Т=333 К,
Vi =1,310–7 моль/лс
Заключение
Таким образом, изученные нами эффективные антиоксиданты КВI и ДКВ в составе двухкомпонентных
смесей обнаруживают синергический эффект антиокислительного действия. Максимальной АОА характеризуется бинарная смесь, содержащая 22% ДКВ. Результаты настоящих исследований позволяют предсказать
оптимальный состав пищевых стабилизаторов на основе КВ и ДКВ и могут быть полезны при разработке
новых БАД к пище, направленных на коррекцию антиоксидантного статуса организма.
Список литературы
Тюкавкина Н.А., Руленко И.А., Колесник Ю.А. Природные флавоноиды как биологические антиоксиданты и биологически активные добавки // Вопросы питания. 1996. №2. С. 33.
2. Теселкин Ю.О., Жамбалова Б.А., Бабенкова И.В., Клебанов Г.И., Тюкавкина Н.А. Антиоксидантные свойства дигидрокверцетина // Биофизика. 1996. Т. 41. №3. C. 621–624 .
3. Тюкавкина Н.А., Руленко И.А., Колесник Ю.А. Дигидрокверцетин – новая антиоксидантная и биологически активная добавка // Вопросы питания. 1997. №6. С. 12–15.
4. Miura S., Watanable J., Tomita T., Sano M., Tomita I. The inhibitory effects of tea polyphenols (flavan-3-ol derivatives) on
Cu2+ mediated oxidative modification of density lipoprotein // Biol. Pharm.Bull. 1994. V. 17. №12. P. 1567–1572.
5. Бурлакова Е.Б., Мазалецкая Л.И., Шелудченко Н.И., Шишкина Л.Н. Ингибирующее действие смесей фенольных
антиоксидантов и фосфатидилхолина // Известия АН. Серия химическая. 1995. №6. C. 1053–1059.
6. Saija A., Scalese M., Lanza M., Marzullo D., Bonina F., Castelli F. Flavonoids as antioxidant agents: importance of their
interaction with biomembranes // Free Radical Biology and Medicine. 1995. V. 19. №4. P. 481–486.
7. Rice-Evans C.A., Miller N.J., Paganga G. Antioxidant properties of phenolic compounds // Trends in Plant Science. 1997.
V. 2. №4. P. 152–159.
8. Burda S., Oleszek W. Antioxidant and Antiradical Activities of Flavonoids // J. Agric. Food Chem. 2001. V. 49. №6.
P. 2774–2779.
9. Бабкин В.А., Остроухова Л.А., Малков Ю.А., Иванова С.З. и др. Ресурсосберегающая и экологически безопасная
переработка древесины и коры лиственницы // Наука – производству. 2004. №1. С. 52–58.
10. Кузнецов Б.Н., Левданский В.А., Кузнецова С.А., Полежаева Н.И., Левданский А.В. Получение кверцетина из древесины лиственницы сибирской в условиях «взрывного» автогидролиза в присутствии сернистокислого натрия //
Химия растительного сырья. 2003. №4. С. 37–41.
11. Гарифуллина Г.Г., Денисова С.Б., Хайруллина В.Р., Герчиков А.Я. Выделение фенольных соединений корня солодки голой и оценка их антиоксидантной активности // Известия вузов. Химия и химическая технология. 2003. Т. 46.
Вып. 7. С. 102–106.
1.
64
В.Р. ХАЙРУЛЛИНА, Л.Р. ЯКУПОВА, А.Я. ГЕРЧИКОВ И ДР.
12. Хайруллина В.Р., Гарифуллина Г.Г., Герчиков А.Я. Изучение ингибирующей эффективности экстрактов растений
сем. Geraniaceae, Rosaceae на примере модельной реакции окисления изопропилового спирта // Химикофармацевтический журнал. 2005. Т. 39. №3. С. 103–105.
13. Хайруллина В.Р., Гарифуллина Г.Г., Герчиков А.Я., Остроухова Л.А., Бабкин В.А. Количественное изучение антиокислительной активности этилацетатного экстракта коры лиственницы сибирской и отдельных его компонентов //
Химия природных соединений. 2006. №2. С. 131.
14. Гарифуллина Г.Г., Ишмуратова М.М., Фахрутдинова Е.И., Герчиков Г.Г. Антиокислительная активность экстрактов
из корневищ и корней Rhodiola Rosea L. и R. Iremelica Boriss. // Растительные ресурсы. 1998. T. 34. №3. C. 69–73.
15. Гордон А., Форд Р. Спутник химика. М., 1976. 542 c.
16. Денисов Е.Т., Мицкевич Н.И., Агабеков В.Е. Механизм жидкофазного окисления кислородсодержащих соединений. Минск, 1975. 335 c.
17. Денисов Е.Т., Азатян В.В. Ингибирование цепных реакций. Черноголовка, 1997. 268 с.
18. Denisov E.T., Afanas'ev I.B. Oxidation and Antioxidants in Organic Chemistry and Biology.// Taylor and Francis, Boca
Raton. 2005. 982 p.
19. Бабкин В.А., Остроухова Л.А., Иванова С.З., Иванова Н.В. и др. Продукты глубокой химической переработки биомассы лиственницы. Технология получения и перспективы использования // Российский химический журнал. 2004.
Т. XLIII. №3. С. 62–69.
20. Иванова С.З., Федорова Т.Е., Иванова Н.В., Остроухова Л.А. и др. Флавоноидные соединения коры лиственницы
сибирской и лиственницы Гмелина // Химия растительного сырья. 2002. №4. С. 5–13.
21. Захарова Н.А., Богданов Г.Н., Запрометов М.Н., Тюкавкина Н.А. и др. Антирадикальная активность некоторых
природных флавоноидных соединений // Журнал общей химии. 1972. Т. 42. №6. С. 1220–1414.
Поступило в редакцию 17 марта 2008 г.
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 65–68.
УДК 5547.56 : 547.972.2
ФЕНОЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ THYMUS TALIJEVII KLOK. ET SCHOST.
©
Л.И. Алексеева*, Л.В. Тетерюк
Институт биологии Коми научного центра УрО РАН, ул. Коммунистическая,
28, 167610, Сыктывкар (Россия) E-mail: alexeeva@ib.komisc.ru
Приведены данные о химическом составе растений тимьяна Талиева (Thymus talijevii Klok. et Schost). В растении содержатся фенольные соединения, в частности тимол, карвакрол, лютеолин, апигенин, кофейная и галловая кислоты.
Ключевые слова: Thymus talijevii, фенольные соединения, тимол, карвакрол, лютеолин, апигенин, кофейная кислота,
галловая кислота, ВЭЖХ.
Введение
В настоящее время в медицинской практике все большее значение придается лекарственным средствам
растительного происхождения. Внимание исследователей давно привлекают представители рода Thymus (тимьян) сем. Lamiaceae, у которых выявлены антимикробная, противовоспалительная [1], антиоксидантная [2, 3],
цитотоксическая [4], антинематоцидная [5], спазмолитическая [6] виды активности. Установлено, что биологическая активность тимьянов связана прежде всего с присутствием в них фенольных соединений. Так, антимикробная, противовоспалительная, антинематоцидная и антиоксидантная активности обусловлены высоким
содержанием карвакрола и тимола [5, 7, 8]. Флавоны апигенин и лютеолин, характерные для многих растений
рода Thymus [9, 10], также имеют противовоспалительную [1] и антиоксидантную активность [2]. Кофейная и
галловая кислоты, содержащиеся в Thymus vulgaris L. и T. serpyllum L., являются одними из наиболее сильных
антиоксидантов среди всех фенолкарбоновых кислот [3, 8, 11], обладают антимикробной активностью [11].
Результаты многолетних исследований химического состава тимьянов обобщены в обзоре «Thyme: The genus
Thymus» [12]. Большой интерес представляют исследования тимьянов с небольшими ареалами, и в частности,
эндемичных. В случае угрозы исчезновения таких видов их биологически активные вещества могут быть утеряны навсегда [13]. На территории Республики Коми встречается один из представителей рода – T. talijevii
Klok. et Schost. (тимьян Талиева), который использовался населением как отхаркивающее и противовоспалительное средство. Это многолетний полукустарничек, который встречается на Урале, в лесной зоне европейского северо-востока России на скалистых известняковых и гипсовых, реже – мергелистых склонах речных
берегов, входит в состав реликтового скального флористического комплекса [14]. Вид внесен в списки охраняемых растений Республики Коми [15], Архангельской области, Среднего Урала [16], нуждается в биологическом надзоре на территории Пермской области. Химический состав и биологическая активность соединений
этого вида до сих пор оставались неизвестными. Целью данной работы было изучение фенольного состава T.
talijevii, оценка количественного содержания в нем наиболее важных биологически активных веществ, сравнение химического состава с широко применяемым в отечественной фармакологии T. serpyllum и с другими
представителями рода.
Экспериментальная часть
Отбор проб растительного сырья провели в природных популяциях T. talijevii (окр. пос. Нижняя Омра,
Троицко-Печорский р-он Республики Коми) во второй декаде июля 2006 г. Растения T. talijevii произрастали
*
Автор, с которым следует вести переписку.
66
Л.И. АЛЕКСЕЕВА, Л.В. ТЕТЕРЮК
на выходах известняков карбона по р. Сойва (приток второго порядка р. Печора), на слабозакрепленных
осыпных склонах различной экспозиции. Для того чтобы ограничить ущерб популяциям этого редкого и
охраняемого вида, для анализа использовали только надземную часть ограниченного числа растений. Для
сравнения химического состава отобирали образцы растений T. serpyllum, интродуцированных в окр.
г. Сыктывкара. Неповрежденную надземную часть цветущих особей высушивали до сухого состояния при
комнатной температуре и измельчали до размера частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром
1 мм. Навески 1 г экстрагировали 100 мл 96% метанола в круглодонной колбе при нагревании с обратным
холодильником на водяной бане 1 ч. После охлаждения экстракт фильтровали.
Суммарное содержание флавоноидов в экстрактах растений T. talijevii и T. serpyllum определяли спектрофотометрическим методом по реакции комплексообразования с хлоридом алюминия [17]. К 0,5 мл экстракта добавляли 4,4 мл метанола и 0,1 мл 10% раствора хлорида алюминия в метаноле. В качестве раствора
сравнения использовали раствор 4,9 мл метанола и 0,1 мл 10% раствора хлорида алюминия в метаноле. Через 30 мин проводили измерение оптической плотности растворов на фотоэлектрическом фотометре КФК-3
при длине волны 415 нм. Для калибровочной кривой использовали кверцетин в концентрации 12,5–
100 мкг/мл метанола.
Обращенно-фазовую ВЭЖХ осуществляли с использованием насоса НРР 4001 (ЧСРФ), детектора UVVIS LCD 2536 (ЧСРФ) и колонки Диасорб-130-С16Т, 7 мкм (250 х 4.6 мм) («БиоХимМак», Россия). ВЭЖХ
тимола и карвакрола в экстрактах T. talijevii и T. serpyllum осуществляли с использованием элюента метанол
– вода (62 : 38, по объему) при скорости элюирования 1,0 мл/мин; детектирование проводили при длине
волны 277 нм. ВЭЖХ флавоноидов осуществляли с использованием элюента вода – ацетонитрил (70 : 30, по
объему) при скорости элюирования 0,7 мл/мин; детектирование проводили при длине волны 336 нм. ВЭЖХ
фенолкарбоновых кислот осуществляли с использованием элюента вода – ацетонитрил – фосфорная кислота
(80 : 20 : 0,05, по объему) при скорости элюирования 0,7 мл/мин; детектирование проводили при длине волны =250 нм. Вещества идентифицировали, сравнивая tR (время удерживания) с tR стандартных образцов.
Количество рассчитывали методом абсолютной градуировки.
Результаты и обсуждение
Химический состав T. talijevii ранее не изучался. Анализ химического состава T. talijevii проводили в
сравнении с одним из наиболее распространенных и используемых в официальной медицине видом тимьянов – T. serpyllum. Поскольку известно, что количественный состав фенольных соединений зависит от множества факторов [18], для сравнения были взяты растения из интродуцированных популяций T. serpyllum,
которые развивались в сходных климатических условиях с исследуемым видом.
В растении T. talijevii методом ВЭЖХ показано наличие тимола (tR 12,7 мин) и карвакрола (tR 11,0 мин).
Кроме этих соединений в T. talijevii присутствуют еще 2 производных фенола с tR 13,8 и 14,9 мин, не характерных для интродуцированных растений T. serpyllum. Количественное содержание веществ представлено в
таблице. Для рода Thymus характерен значительный полиморфизм состава эфирных масел, за биологическую активность которых преимущественно отвечают тимол и карвакрол. Их содержание изменяется в зависимости от вида и условий произрастания (табл.). Например, среди видов, широко применяемых в фармакологии, максимальное содержание тимола выявлено для растений T. vulgaris, произрастающих в Турции [20].
Однако для этих растений выявлено отсутствие карвакрола. Содержания этих веществ существенно различаются по содержанию в популяциях T. serpyllum L. s. l., произрастающих в различных районах Алтайского
края и Республики Алтай. Максимальное значение тимола здесь достигает 0,616 мг/г, а карвакрола –
2,960 мг/г. В литературе имеются данные, что низкий уровень тимола и отсутствие карвакрола приводит к
потере некоторыми видами, например T. bracteosus Vis. Benth., антиоксидантных свойств [23]. Полученные
нами данные показали, что в растении T. talijevii содержание тимола и карвакрола выше, чем в растении T.
serpyllum, интродуцированном на территории Республики Коми, но в пределах содержания в растениях, собранных в районах Алтая (см. табл.). Таким образом, полученные результаты являются основанием для
дальнейшего изучения антиоксидантной и антимикробной активности T. talijevii.
ФЕНОЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ THYMUS TALIJEVII KLOK. ET SCHOST.
67
Химический состав растений Thymus talijevii Klok. et Schost., Thymus serpyllum L. и Thymus vulgaris L.
Количественное содержание, мг/г
Вещество
Тимол
Карвакрол
Флавоноиды
Лютеолин
Апигенина
Галловая кислота
Кофейная кислота
Thymus
talijevii
Klok. et
Schost.
Республика
Коми
0,300
0,080
14,8
0,366
0,566
0,498
0,024
Thymus serpyllum L.
Республика
Коми
0,048
0
14,8
0,164
0,184
0,925
0,024
Алтай [19]
0,045–0,616
0–2,960
–
–
–
–
–
Thymus vulgaris L.
Хорватия [3] Турция [20]
–
–
15
0,41
0,05
–
0,02
7,25
0
–
–
–
–
–
Хорватия [3,
21]
1,47–4,20
0,61–0,70
31
0,25
0,44
–
0,03
Китай [22]
–
–
–
–
–
0,375
0,548
Флавоноиды – класс биологически активных веществ, присутствующих в растениях рода Thymus. Имеющиеся в литературе данные для других видов рода также указывают на различное содержания этих веществ. Так, для T. marchallianus Will. показано содержание флавоноидов 5,6–12,8 мг/г [24], T. longidens
Velen. var. lanicaulis Ronn. – 2,7 мг/г, T. tosevii Velen. subsp. tosevii var. degenii (H.Br.) Ronn. – 7,2 мг/г [25],
значительное содержание флавоноидов выявлено в T. vulgaris (31 мг/г) [3], T. jankae Chel. (21,2 мг/г),
T. longidens Velen. var. dassareticus Ronn. (23,2 мг/г), T. moesiacus Velen. (21,5 мг/г) [25]. В проанализированных пробах T. talijevii содержание флавоноидов достаточно высокое для рода и соответствует содержанию
этих веществ в растениях T. serpyllum, интродуцированных и природных (алтайских) (табл.). Надо отметить,
что на территории России содержание флавоноидов в растениях рода Thymus (включая широко используемые в официальной медицине T. serpyllum и T. vulgaris) мало изучено.
Наряду с определением суммарного содержания важно установление индивидуальных флавоноидов,
имеющих биологическую активность. В растении T. talijevii методом ВЭЖХ показано наличие лютеолина
(tR 7,5 мин) и апигенина (tR 12,2 мин). Кроме этих соединений в T. talijevii присутствует 7 флавоноидов, 2 их
которых не характерны для T. serpyllum. Показано более высокое (или примерно соответствующее) содержание лютеолина и апигенина в изучаемом виде по сравнению с интродуцированным в Республике Коми T.
serpyllum, а также природными популяциями T. serpyllum и T. vulgaris [3] (табл.) и другими видами, например, T. zheguliensis Klok. et Schost. (лютеолина 0,2 мг/г и апигенина 0,1 мг/г) [26]. Дальнейшее изучение в
растениях T. talijevii содержания состава флавоноидов, имеющих биологическую активность, может представлять интерес также для изучения систематики тимьянов, поскольку именно флавоноиды используются в
хемотаксономии рода [27].
В растении методом ВЭЖХ T. talijevii показано наличие галловой (tR 4,2 мин) и кофейной кислот (tR
7,4 мин). Кроме этих соединений в T. talijevii присутствует еще 7 фенолкарбоновых кислот, однако именно
кофейная и галловая кислоты отвечают за антиоксидантную и антимикробную активность растений. Сравнение с результатами других исследований показало, что в растениях T. talijevii содержание кофейной кислоты примерно соответствует содержанию в интродуцированных и природных популяциях T. serpyllum
(табл.) и ниже, чем в природных популяцих T. vulgaris (незначительно – для хорватских популяций [3, 21], и
почти в 20 раз меньше, чем в китайских [22]). Содержание галловой кислоты в растениях T. talijevii немного
превышает данные для китайских природных популяций T. vulgaris (табл.).
Заключение
Таким образом, проведенные исследования позволили выявить качественный и количественный химический состав редкого эндемичного вида Урала и Европейского Северо-Востока России T. talijevii. Полученные данные показали, что этот вид может представлять интерес в качестве лекарственного сырья. Показано,
что в растениях T. talijevii в сравнении с другими видами достаточно высоко содержание основных биологически активных веществ, характерных для рода Thymus: тимола, карвакрола, лютеолина, апигенина, галловой и кофейной кислот. Кроме того, показано, что в T. talijevii содержится ряд неидентифицированных соединений, не характерных для растений T. serpyllum. С целью поиска новых биологически активных веществ желательно продолжить детальное изучение химического состава растения T. talijevii. С учетом того,
Л.И. АЛЕКСЕЕВА, Л.В. ТЕТЕРЮК
68
что этот эндемичный вид внесен в списки охраняемых растений, заготовка его в качестве лекарственного
сырья в природных условиях категорически запрещена. Необходимо продолжить исследовательскую работу
в направлении интродукции T. talijevii, изучение изменения качественного и количественного состава фенольных соединений в культуре, определение активности биологических соединений.
Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
Ismaili H., Sosa S., Brkic D. et al. Topical anti-inflammatory activity of extracts and compounds from Thymus broussonettii // J. Pharmacy Pharmacology. 2002. V. 54. №8. Р. 137–140.
Miura K., Kikuzaki H., Nakatani N. Antioxidant activity of chemical components from sage (Salvia officinalis L.) and thyme
(Thymus vulgaris L.) measured by the oil stability index method // J. Agric Food Chem. 2002. V. 50. №7. Р. 1845–1851.
Kulisiс T., Dragoviс-Uzelac V., Milos M. Antioxidant activity of aqueous tea infusions prepared from Oregano, Thyme
and Wild Thyme // Food Technol. Biotechnol. 2006. V. 44. №4. P. 485–492.
Wang M., Kikuzaki H., Lin C.-C. et al. Acetophenone glycosides from thyme (Thymus vulgaris L.) // J. Agr. Food
Chem. 1999. V. 47. №5. Р. 1911–1914.
Korayem M., Hasabo S., Ameen H. Effects and mode of action of some plant extracts on certain plant parasitic nematodes // J. Pest. Science. 1999. V. 66. №2. P. 32–36.
Broucke C.O., Lemli J.A. Spasmolytic activity of the flavonoids from Thymus vulgaris // Pharmacy World Science.
1983. V. 5. №1. P. 9–14.
Couladis M., Tzakou O., Kujundzic S., Sokovic M., Mimica N. Chemical analysis and antifungal activity of Thymus
striatus // Phytother. Research. 2004. V. 18. №1. P. 40–42.
Kahkonen M.P., Hopia A.I., Vuorela H.J. et al. Antioxidant аctivity of рlant еxtracts сontaining рhenolic // J. Agric.
Food Chem. 1999. №47. Р. 3954–3962.
Czygan F.C., Hänsel R.J. Thymian und Quendel – Thymus-Arten (Common Thyme and Wild Thyme (Brotherworth) Thyme species). // Z. Phytother. 1993. V. 14. №2. P. 104–110.
Растительные ресурсы СССР: Цветковые растения, их химический состав, использование. Семейства Hippuridacea – Lobeliaceae. СПб., 1991. С. 100–109.
Rauha J.-P. The search for biological activity in Finnish plant extracts containing phenolic compounds. Helsinki: University of Helsinki, 2001. Р. 72.
Thyme: The genus Thymus / eds. Stahl-Biskup E., Saez F. London, New York: Taylor, Francis, 2002.
Sokmen A., Gulluce M., Akpulat H.A. et al. The in vitro antimicrobial and antioxidant activities of the essential oils
and methanol extracts of endemic Thymus spathulifolius // Food Control. 2004. №15. Р. 627–634.
Юдин Ю.П. Реликтовая флора известняков северо-востока европейской части СССР // Материалы по истории
флоры и растительности СССР. М., Л., 1963. Вып. 4. С. 493–571.
Красная книга Республики Коми. Редкие и находящиеся под угрозой исчезновения виды растений и животных.
М., 1998. 528 с.
Красная книга Среднего Урала. Екатеринбург, 1996. 278 с.
Chang C., Yang M., Wen H., Chern J. Estimation of total flavonoid content in propolis by two complementary colorimetric methods // J. Food Drug Analaysis. 2002. №10. Р. 178–182.
Бриттон Г. Биохимия природных пигментов // Пер. с англ. М., 1986. 422 с.
Банаева Ю.А., Покровский Л.М., Ткачев А.В. Исследование химического состава эфирного масла представителей рода Thymus L., произрастающих на Алтае // Химия растительного сырья. 1999. №3. С. 41–48.
Özcan M., Chalchat J-C. Aroma profile of Thymus vulgaris L. growing wild in Turkey // Bulg. J. plant physiol. 2004.
V. 30. №3–4. P. 68–73.
Jukiс M., Milos M. Catalytic oxidation and antioxidant properties of Thyme essential oils (Thymus vulgarae L.) //
Croatica Chemica Acta CCACAA. 2005. V. 78. №1. Р. 105–110.
Shan B., Cai Y.Z., Sun M., Corke H. Antioxidant capacity of 26 spice extracts and characterization of theirphenolic
constituents // J. Agric. Food Chem. 2005. V. 53. P. 7749–7759.
Brantner A.H., Pfeifhofer H.W., Ercegovac O., Males Z., Plazibat M. Essential oil composition and antioxidant activity
of Thymus bracteosus Vis. ex Benth. // Flavour and Fragrance Journal. 2005. V. 20. №6. P. 596–600.
Тихонов В.Н. Фенольные соединения тимьяна Маршаллов (Thymus marchallianus Will.), произрастающего на
территории Сибири // Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья: мат. II Всерос. конф. 2005. Кн. 2. С. 350–353.
Kulevanova S., Panovska T.K. Inhibition of thermal autooxidation of lard by antioxidative action of Thymus extracts //
Acta Pharm. 2002. №52. P. 29–35.
Kurkin V.A., Zapesochnaya G.G., Krivenchuk P.E., Plaksina I.T. Flavones and rosmarinic acid of Thymus zheguliensis
// Chemistry Natural Compounds. 1989. V. 24. №4. P. 508–509.
Vila R. Flavonoids and further polyphenols in the genus Thymus // Thyme: The genus Thymus / eds. Stahl-Biskup E.,
Saez F. London: New York, 2002. P. 144–167.
Поступило в редакцию 10 января 2008 г.
После переработки 4 февраля 2008 г.
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 69–74.
УДК 549.544-414.6:547.91
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКВАЛЕНА В СЕМЕНАХ НЕКОТОРЫХ РАСТЕНИЙ
СЕМЕЙСТВА AMARANTHACEAE
©
Л.А. Дейнека*, В.И. Дейнека, И.А. Гостищев, В.Н. Сорокопудов, А.А. Сиротин
Белгородский государственный университет, ул. Победы, 85, Белгород,
308015 (Россия) E-mail: deineka@bsu.edu.ru
В работе показано, что использование обращенно-фазовой ВЭЖХ с рефрактометрическим детектированием позволяет
при простой пробоподготовке: а) выполнять одновременное определение сквалена и триглицеридов в семенах растений;
б) исследовать подлинность препаратов (по методам относительного анализа удерживания и «отпечатков пальцев»). Сопоставлено накопление сквалена в семенах ряда растений семейства амарантовых и установлено, что по уровню накопления
сквалена в семенах щирица запрокинутая практически не уступает некоторым культурным сортам амаранта.
Ключевые слова: сквален, триглицериды, обращено-фазовая ВЭЖХ, рефрактометрическое детектирование, определение, установление подлинности, семена растений, Amaranthaceae.
Введение
Сквален (2,6,10,15,19,23-гексаметил-тетракоза-2,6,10,14,18,22-гексаен) относится к очень важным биологически активным веществам. Это соединение было впервые обнаружено в печени акулы (название сквален происходит от squalus – акула) [1]. Оно содержится также в оливковом, хлопковом и льняном маслах, в масле из
зародышей пшеницы, во множестве животных и растительных тканей. Биологическая активность сквалена
достаточно разнопланова [2]: прежде всего, как предшественник стероидов он влияет на метаболизм стероидов, что может быть использовано в диетотерапии сердечно-сосудистых заболеваний [3]. Опыты in vitro свидетельствовали о высокой антиоксидантной активности сквалена (по отношению к синглетному кислороду) в
кожном покрове и в сетчатке глаз; существует также экспериментальное подтверждение способности сквалена
выводить из организма липофильные ксенобиотики. Наконец, противораковый эффект оливкового масла связывают с относительно высоким содержанием в нем именно сквалена [4].
Для определения сквалена в сумме липидов известно использование газожидкостной хроматографии. Однако при этом необходимо предварительное омыление экстрактов тканей и плазмы человека с последующей
экстракцией неомыляемых веществ и отделение стероидов при помощи колоночной хроматографии на Al2O3
[5]. При такой предварительной обработке газовая хроматография может быть заменена на обращеннофазовую жидкостную хроматографию с УФ-детектированием; сообщается то, что при этом удается добиться
высокой чувствительности [6], несмотря на отсутствие в молекуле сквалена хромофоров с λmax >190 нм. Была
показана возможность определения сквалена и с использованием рефрактометрического детектирования [7].
Уникальным источником сквалена являются семена растений семейства амарантовые (Amaranthaceae)
или масла этих семян. Амарант – одна из древнейших зерновых культур, интерес к которой в настоящее
время велик во всем мире благодаря накоплению в семенах высококачественного белка и сквалена. Употребление семян амаранта (или его масла) позволяет существенно (до 50% - в опытах на животных) снизить
накопление холестерина в липопротеинах низкой плотности [8]. Однако хорошо известно, что накопление
биологически активных веществ зависит (в том числе и в случае амарантов) от условий выращивания. Данная работа посвящена разработке метода определения сквалена без предварительного омыления липидной
фракции и использования разработанного метода для исследованию накопления сквалена в семенах некоторых растений (семейства амарантовые), выращенных в условиях Белгородской области.
*Автор,
с которым следует вести переписку.
70
Л.А. ДЕЙНЕКА, В.И. ДЕЙНЕКА, И.А. ГОСТИЩЕВ, В.Н. СОРОКОПУДОВ, А.А. СИРОТИН
Экспериментальная часть
В работе использовали жидкостной хроматограф, составленный из насоса высокого давления Altex 110A,
крана дозатора Rheodyne 7100 с петлей объемом 20 мкл, рефрактометрического детектора RI-401 (Waters).
Хроматограммы регистрировали и обрабатывали ПП Мультихром 1.5 (Ampersand Ltd. 2005). Хроматографическая колонка 250×4 мм, Диасфер-110-С18, 5 мкм. Для приготовления подвижных фаз использовали
ацетон (имп., РЕАХИМ) и ацетонитрил (х.ч., компонент-реактив). В качестве стандартного образца использовали сквален (97 %, Alfa Aestar, Lancaster).
Обозначения: Лн – α-линоленовая; Л – линолевая; О – олеиновая, П – пальмитиновая и С – стеариновая
кислоты; пример обозначения триглицеридов: Л2О – триглицерид, в котором содержится два радикала линолевой и один – олеиновой кислот.
Семена амарантов и целозий были собраны с растений, выращенных в 2006–2007 гг. в Белгороде, или
были предоставлены фермером Л.В. Лагоденко (Белгородская область).
Методика определения сквалена в семенах. Навеску семян (0,20–0,35 г) растирают в фарфоровой ступке с
0,2–0,3 г кварцевого песка, просеянного через сито с диаметром отверстий 0,25 мм до визуальной гомогенности порошка. Полученный порошок переносят в колбу вместимостью 10 см3 и настаивают при периодическом
перемешивании в течение 30 мин. После оседания основной части твердой фазы раствор фильтруют через тефлоновый фильтр МФФКГ-3 в фильтрующем патроне и хроматографируют порциями 20 мкл.
Подвижная фаза: в мерную колбу вместимостью 250 мл добавляют 25 мл ацетонитрила и раствор доводят до метки ацетоном при перемешивании. Скорость подачи: 1 мл/мин. Остальные условия см. выше. Для
градуировки отклика детектора готовят растворы сквалена в элюенте с концентрацией в диапазоне
0,075÷0,200 мг/мл. Полученные растворы хроматографируют, как и исследуемые образцы.
Обсуждение результатов
Жидкостная хроматография широко используется в качестве аналитического метода при фармакопейном
анализе многокомпонентных смесей. При этом в фармакопейных статьях имеется раздел, определяющий методы установления подлинности препаратов. В случае использования хроматографических методов этот вопрос решается сопоставлением времени удерживания компонентов разделяемой смеси с временем удерживания стандартных веществ. Это позволяет компенсировать непостоянство времен удерживания веществ при
смене хроматографических колонок, заполненных стационарными фазами даже одного и того же производителя, а также вследствие возможных различий в составах подвижных фаз или иных условий хроматографирования (например температуры). Поэтому практически при каждой новой серии измерений необходимо приготовление растворов стандартных образцов (СО), если эти вещества относятся к нестабильных соединениям.
При труднодоступности СО возрастает стоимость анализов и время, требуемое на их выполнение.
Недавно разработанный метод относительного анализа удерживания [9] позволяет предложить альтернативный вариант установления подлинности препаратов. В соответствие с этим методом относительное удерживание веществ в координатах lgk(i) vs lgk(A), где сопоставляются логарифмы факторов удерживания, а А –
вещество сравнения, является линейной функцией. Для определения аналитического вида такой зависимости
измерения проводят в нескольких различных составах подвижной фазы. При этом в принципе, достаточно
двух точек, т.е. данных, полученных для двух различных составов подвижных фаз. На рисунке 1 показано
удерживание некоторых триглицеридов и сквалена относительно трилинолеата, Л3. Кроме важного момента –
линейности, имеется еще одна закономерность – для относительно малополярных веществ полученная прямолинейная зависимость мало изменяется при смене стационарных фаз. На рисунке 1 точки, полученные для
одинаковых сорбатов, укладываются на общую прямую линию для двух стационарных фаз различных производителей: Диасфер-110-С18 (БиоХимМак, Москва) и Сепарон-130-С18 SGX (Чехия). Для сквалена, например,
получена следующая функциональная зависимость:
lg k (сквален)  0,0638  0,6466  lg k ( Л 3 ) .
Различия в свойствах двух использованных стационарных фаз весьма велики, если в качестве критерия
такого различия использовать изменение логарифмов факторов удерживания сорбатов на сопоставляемых
фазах (порядка 0,25) для одного и того же элюента.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКВАЛЕНА В СЕМЕНАХ НЕКОТОРЫХ РАСТЕНИЙ …
71
Рис. 1. Удерживание триглицеридов
и сквалена относительно удерживания
трилинолеата. Z = триолеат (1),
линолеат-диолеат (2); дилинолеатолеат (3); (α-)линоленоат-дилинолеат
(4); ди(α-линоленоат)-линолеат (5);
сквален (6). 0 – координатная
биссектриса. Незаполненные знаки –
стационарная фаза Диасфер-110-С18;
заполненные знаки: Сепарон-130-С18
SGX
По нашему опыту, эта функциональная зависимость сохранится в течение длительного времени (до потери эффективности) использования колонки. А это позволяет использовать и ретроанализ: в нашем случае
были переоценены хроматограммы множества масел (более 300) семян, записанные в течение 5-летнего исследования растительных масел. При этом только в случае масел семян растений семейства Amaranthaceae
(в частности, злейшего сорняка нашего региона – щирицы) подтверждено присутствие сквалена. Отметим,
что по ходу прямых линий на рисунке 1 можно сделать вывод о том, что пик сквалена может совпадать с
пиками триглицеридов, содержащих радикалы триеновых кислот (но при этом всегда существует возможность изменением состава подвижной фазы, чтобы добиться разделения таких пиков). Вероятно, это послужило причиной заблуждения авторов работы [10], которые пришли к выводу о том, что в состав масла семян
амаранта входит ди(α-линоленоат)-линолеат, LnLnL, причем не только в качестве одного из основных компонентов триглицеридного комплекса, но и единственного триглицерида, содержащего радикалы триеновой
кислоты. А на хроматограмме масла амаранта, приведенной в работе [11] по детальному изучению профиля
масла амаранта, большой пик пред группой триглицеридов не удостоен внимания. Но положение этого пика
в относительных координатах (рис. 1) совпадает с линией для сквалена, в то время как сквален в цитируемой работе определяли по сложной многостадийной процедуре с конечным определением методом капиллярной газовой хроматографии.
Следовательно, метод обращенно-фазовой ВЭЖХ с рефрактометрическим детектированием прост и удобен
не только для определения сквалена в экстрактах семян амарантов, но и для одновременного контроля триглицеридного состава экстрагируемого со скваленом масла. Триглицеридный состав масла легко рассчитывается с
использованием инкрементного подхода [12]. При этом масла семян нескольких сортов и видов амарантов (и
целозий) легко идентифицируются по хроматографическому профилю (рис. 2–3), поскольку они отличаются
специфично высоким содержанием триглицеридов с радикалами пальмитиновой кислоты.
Следовательно, для таких масел возможно применение широко развиваемого в настоящее время в хроматографии метода «отпечатков пальцев», позволяющего по качественному соотношению пиков идентифицировать препараты, обнаруживать их фальсификацию и т.д. Так, например, по хроматограммам, представленным на рисунке 3, можно утверждать следующее:
– масло под названием «Роз-Амарант», приобретенное в киоске (Белгород), специализирующемся на
продаже БАД, оказалось трудно отличимым от торговых марок пищевого кукурузного масла;
– амарантовое масло производства одной из частных фирм (Воронеж) действительно содержало и сквален и амарантовое масло, но в смеси с маслом типа подсолнечного.
72
Л.А. ДЕЙНЕКА, В.И. ДЕЙНЕКА, И.А. ГОСТИЩЕВ, В.Н. СОРОКОПУДОВ, А.А. СИРОТИН
Рис. 2. Хроматограммы масел семян
некоторых растений семейства
амарантовые. Сорта амаранта:
А – Зеленая сосулька; Б – Сэм;
В – Крепыш; Г – Валентина;
Д – Celosia argentea f. plumosa
(агрофирма «АЭЛИТА»),
Е – C. cristata (Сортсемовощ);
Ж – A. retroflexus
Рис. 3. Хроматографический
профиль некоторых масел:
А – экстракт семян амаранта сорта
«Кизлярец», Б – масло под названием
«Роз-Амарант», В – амарантовое
масло частного производства
(Воронеж). 1 – сквален, 2 – Л3,
3 – Л2О, 4 – Л2П, 5 – ЛО2,
6 – Л2С + ЛОП, 7 – ЛП2, 8 – О3,
9 – ЛОС + О2П
Поскольку в масле семян амаранта невелико содержание триглицеридов, содержащих радикалы октадекатриеновых кислот, то выбор состава элюента для определения сквалена на фоне сопутствующих тригицеридов довольно прост – можно воспользоваться элюентами с небольшой (порядка 10 об.%) добавкой ацетонитрила к ацетону.
По изложенной выше методике сквален экстрагируют из семян ацетоном. Сквален не содержит полярных
функциональных групп, поэтому ацетон является достаточно сильным элюентом для экстракции этого углеводорода с любой полярной матрицы. Возможность неполярного удерживания сквалена исходной матрицей также исключается благодаря полной растворимости масла, содержащегося в семенах, в добавляемом ацетоне при
выполнении указанного в методике соотношения между массой семян и объемом ацетона. Действительно, как
показали исследования, площадь пика сквалена была прямо пропорциональна массе использованных семян с
нулевым интерсептом. При увеличении массы семян до 0.450 г получено заметное уменьшение (до 15%) выхода сквалена, что, по всей вероятности, связано с неполной экстракцией высоко насыщенных триглицеридов
при увеличении навески семян. Наиболее критичной стадией в методике является способ измельчения семян.
При измельчении без добавок кварцевого песка нами было обнаружено уменьшение выхода сквалена на 20–
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКВАЛЕНА В СЕМЕНАХ НЕКОТОРЫХ РАСТЕНИЙ …
73
30%. Растворы сквалена, использовавшиеся для градуировки, оставались стабильными при хранении без особых мер предосторожности (вне прямого доступа солнечного света) в течение по крайней мере 6 ч.
Результаты исследования семян некоторых растений семейства амарантовые, выполненные в данной работе, представлены в таблицах 1–2. Эти данные в среднем соответствуют уровню накопления сквалена в
семенах Amaranthus cruentus L., выращенных в Испании [11] и Китае [1]. Наиболее высокое содержание
сквалена было найдено для сортов Крепыш и Кизлярец. Отметим, что известно более высокое накопление
сквалена в семенах видов A. hypochondricus (до 0,73%) и A. pumilus (до 1,32%) [13], что может быть использовано для селекции новых сортов. В семенах единственного вида амарантов, естественно произрастающего
в Белгородском регионе, – щирицы запрокинутой, A. retroflexus, также найдено довольно высокое содержание сквалена (0,42–0,48%), причем его содержание увеличивается в случае семян щириц с багряной окраской стеблей. Появление таких растений, вероятнее всего, стало следствием широкого использования в декоративном садоводстве Белгорода амарантов с багряной окраской всего растения и естественной гибридизации их с дикорастущими видами.
Триглицеридный состав масел семян амарантов, найденный в настоящей работе, принципиально совпадает с известными литературными данными. Но в масле щирицы доля радикалов линолевой кислоты
настолько велика, что хроматографический профиль масла уже нельзя отнести к специфичным. Следовательно, масло семян щирицы напоминает многие линолевые масла (ближе всего – масло семян тыквы) и
остается только одна особенность – значительный пик сквалена.
Указанное изменение жирнокислотного состава для вида, характерного для нашей климатической зоны,
соответствует известной тенденции к росту ненасыщенности при снижении среднегодовой температуры
региона произрастания [14].
Таблица 1. Содержание сквалена и масел (масс.%) в семенах растений сем. Amaranthaceae
ω, %
0,02

%
0,40
сrist.
arg.
МФ
Кз
В
сквален
масло
0,35
1,93
0,20
1,33
0,64
4,20
0,64
8,14
0,32
3,56
Сортовые амаранты (сезон 2006 г.)
Celosia
А. retroflexus
В*
Кр
С
У
б
з
0,34
н/о
0,64
7,55
0,53
5,84
0,41
5,11
0,48
н/о
0,42
н/о
Crist. – сristata; . arg. – argente: МФ – Магический фотан; Кз – Кизлярец; В – Валентина; Кр – Крепыш; С – Сэм; У –
Ультра; ЗС – Зеленая сосулька; * – сезон 2007 г. б – с багровыми пятнами; з – зеленая. н/о – не определяли.
Таблица 2. Тригилицеридный и жирокислотный состав масел семян
Celosia
ω, моль %
сrist.
arg.
Л3
Л2O
Л2П
Л2С
ЛO2
ЛОП
ЛОС
ЛП2
ЛПС
O3
O2П
O2С
OП2
OПС
6,6
17,1
17,3
1,9
8,9
16,9
3,2
8,7
<0,5
4,3
6,7
3,6
3,1
1,0
8,7
17,9
18,8
1,7
7,3
17,1
2,7
8,6
<0,5
7,4
3,8
0,9
3,6
1,2
Лн
<0,5
Л
43,2
O
31,0
П
21,8
С
3,6
Обозначения см. табл. 1
<0,5
46,2
29,7
21,6
2,2
Сортовые амаранты
МФ
Кз
В
Кр
Триацилглицеролы (моль %, ± 0.5 %)
8,7
5,1
10,3
4,6
13,9
12,8
14,1
13,2
17,6
16,9
21,6
16,2
4,5
4,4
3,4
4,6
9,7
11,7
7,7
11,9
12,5
15,8
12,5
15,3
3,1
2,6
3,0
2,7
8,8
7,7
9,2
7,6
1,3
3,2
2,6
2,1
4,8
5,0
3,0
5,3
5,2
7,5
3,1
6,9
4,2
1,6
4,0
2,4
4,2
3,9
3,0
5,0
1,1
1,6
2,3
2,1
Жирные кислоты (моль %, ± 1.5 %)
<0,5
<0,5
<0,5
<0,5
44,5
41,4
47,8
40,3
29,2
31,1
24,7
32,1
21,2
22,5
22,2
22,5
4,7
4,8
5,1
4,6
С
У
Щирица
(з.)
5,4
12,5
14,3
3,9
12,1
15,0
3,6
7,8
2,5
6,1
6,7
2,9
4,0
3,0
10,9
13,3
19,2
5,1
8,6
11,6
3,8
8,5
4,2
4,3
4,2
2,7
2,9
0,7
27,5
27,7
18,7
1,7
10,5
10,7
<0,5
1,6
0,2
0,9
0,5
<0,5
<0,5
<0,5
<0,5
39,5
33,1
21,7
5,3
<0,5
48,0
25,3
20,8
5,5
<0,5
67,1
20,9
11,1
0,6
Л.А. ДЕЙНЕКА, В.И. ДЕЙНЕКА, И.А. ГОСТИЩЕВ, В.Н. СОРОКОПУДОВ, А.А. СИРОТИН
74
Предварительные исследования семян еще одного вида растений семейства Amaranthaceae – гомфрены
(Gomphrena), показали, что по триглицеридному составу масло семян этого растения напоминает масло семян амарантов, но ярко выраженного пика сквалена на хроматограмме обнаружено не было.
Выводы
В работе предложена методика определения сквалена в семенах растений с использованием обращеннофазовой ВЭЖХ с рефрактометрическим детектированием. Определен уровень накопления сквалена в семенах некоторых растений семейства амарантовые. Показано, что по уровню накопления сквалена в семенах
щирица запрокинутая практически не уступает некоторым культурным сортам амаранта.
Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
He H.-P., Cai Y., Sun M., Corke H. Extraction and purification of squalene from Amaranthus grain // J. Agric. Food Chem.
2002. V. 50. P. 368–372.
Kelly G.S. Squalene and its potential clinical uses // Altern Med Rev. 1999. V. 4. P. 29–36.
Применение масла амаранта в диетотерапии сердечно-сосудистых заболеваний / под ред. В.А. Тутельяна. М., 2006.
32 с.
Newmark H.L. Squalene, olive oil, and cancer risk: a review and hypothesis // Cancer Epidem. Biomark. Prevent. 1997. V.
6. P. 1101–1103.
Liu G.C.K., Ahrens E.H., Jr., Schreibman P.H., Crouse J.R. Measurement of squalene in human tissues and plasma: validation and application // J. Lipid Res. 1976. V. 17. P. 38–45.
Spanggord R.J., Sun M., Lim P., Ellis W.Y. Enhancement of an analytical method for the determination of squalene in anthrax vaccine adsorbed formulations // J. Pharm. Biomed. Anal. 2006. V. 42. P. 494–499.
Murkovic M., Lechner S., Pietzka A., Bratacos M., Katzogiannos E. Analysis of minor components in olive oil. // J. Biochem. Biophys. 2004. V. 61(1-2). P. 155–160.
Berger A. et al Cholesterol-lowering properties of amaranth grain and oil in hamsters // Int. J. Vitam. Nutr. Res. 2003. V.
73(1). P. 39–47.
Дейнека В.И. Карта хроматографического разделения и инкрементные зависимости в методе относительного анализа удерживания в ВЭЖХ // Журнал физической химии. 2006. Т. 80. №3. С. 511–516.
Dhellot J.R., Matouba E., Maloumbi M.G., Nzikou J.M. et al. Extraction, chemical composition and nutrional characterization of vegetable oils: Case of Amaranthus hybridus (var 1 and 2) of Congo Brazzaville // African J. Biotechnol. 2006.
V. 5(11). P. 1095–1101.
Leon-Camacho M., Garcia-Gonzalez D.L., Aparicio R. A detailed and comprehensive study of amaranth (Amaranthus cruentus L.) oil fatty profile // Eur. Food Res. Technol. 2001. V. 213. P. 349–355.
Дейнека В.И., Староверов В.М., Фофанов Г.М., Балятинская Л.Н. Инкрементный подход при определении состава
триглицеридов // Химико-фармацевтический журнал. 2002. Т. 36. №7. С. 44–47.
Marcone M.F. First report of the characterization of the threatened plant species Amaranthus pumilus (seabeach amaranth) //
J. Agric. Food Chem. 2000. V. 48. P. 378–382.
Linder C.R. Adaptive evolution of seed oils in plants: Accounting for the biogeographic distribution of saturated and unsaturated fatty acids in seed oils // Amer. Naturalist. 2000. V. 156. №4. P. 442–458.
Поступило в редакцию 25 февраля 2008 г.
После переработки 26 марта 2008 г.
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 75–77.
УДК 615.4:615.2
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДОВ ВЭТСХ И ВЭЖХ В РАЗРАБОТКЕ
ЭКСТРАКТА ПРОТИВОДИАБЕТИЧЕСКОГО
©
В.П. Фогт*, А.С. Степанов, Т.А. Степанова
Дальневосточный государственный медицинский университет,
ул. Муравьева-Амурского, 31, Хабаровск, 680000 (Россия) E-mail: fogt79@mail.ru
Представлены результаты исследования химического состава экстракта жидкого противодиабетического. В качестве
методов исследования выбраны ВЭТСХ и ВЭЖХ. Изучался флавоноидный состав экстрактов, полученных с использованием в качестве экстрагента спирта этилового 40 и 70%, и экстракта, полученного по технологии, предлагаемой к
производству. Проведено сравнение химического состава экстракта и настоя. Показано преимущество экстракта перед
настоем.
Ключевые слова: экстракт противодиабетический.
Введение
В предварительно проведенных исследованиях по обоснованию возможности разработки готовой лекарственной формы на основе прописи сахароснижающего сбора было показано сходство качественного химического состава сбора, настоя и экстракта жидкого. Сравнительный анализ комплекса биологически активных веществ (БАВ) исследуемых объектов проводился для широкого спектра веществ: флавоноидов, дубильных веществ, органических кислот, полисахаридов, кумаринов, сапонинов, простых фенолов. По результатам количественного определения флавоноидов, экстрактивных и дубильных веществ в настое и экстракте были рассчитаны процентная концентрация и выход. Для экстракта оба показателя оказались достоверно выше, чем для настоя [1].
В связи с тем, что стандартизацию препарата предполагается проводить по содержанию флавоноидов,
была поставлена цель – используя современные методы высокоэффективной тонкослойной хроматографии
(ВЭТСХ) и высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ), обосновать способ получения экстракта по содержанию флавоноидов. Для достижения поставленной цели необходимо было сравнить комплекс БАВ экстрактов, полученных с применением в качестве экстрагента спирта этилового 40 и 70% , оценить содержание флавоноидов в экстракте, полученном по предлагаемой к производству технологии, а также сравнить его по флавоноидному составу с настоем.
Экспериментальная часть
Для решения первой задачи были приготовлены экстракты на 40 и 70% спирте методом перколяции смеси сырьевых источников. Вторая задача решалась с образцами препарата, полученными методом реперколяции 40% этанолом послойно загруженных сырьевых компонентов, ранжированных по содержанию экстрактивных веществ. Экстракт сравнивали с настоем, приготовленным по ГФ XI из сырья одних и тех же серий.
Полученные препараты предварительно фракционировались. Для этого к 50 мл экстракта и 150 мл
настоя прибавляли спирт этиловый 95% в соотношении 1 : 4 и нагревали в течение пяти минут на кипящей
водяной бане. Через час осадок полисахаридов отфильтровывали через бумажный фильтр. Спирт из фильтрата удалялся на ротационном испарителе ИР-1М2. Очистка водного остатка от липофильных веществ
*
Автор, с которым следует вести переписку.
76
В.П. ФОГТ, А.С. СТЕПАНОВ, Т.А. СТЕПАНОВА
осуществлялась пятикратной экстракцией хлороформом в соотношении 1 : 1 с водной фазой. Дальнейшее
разделение суммы веществ проводилось 3–5-кратной экстракцией этилацетатом до прекращения окрашивания этилацетатного слоя в желтый цвет. Аналогично осуществлялась последовательная экстракция бутанолом. Контроль фракций на наличие флавоноидов проводили хроматографически. Анализ показал целесообразность использования в качестве рабочих этилацетатную и бутанольную фракции. Последние освобождались от растворителей на ИР-1М2. Сухой остаток этилацетатной и бутанольной фракций растворялся в 2 мл
спирта этилового 95 и 70% соответственно. Расчет количества флавоноидов проводился в пересчете на
100 мл препарата.
Для расчета выхода флавоноидов в извлечения из 100 г сырья было проведено количественное определение
их содержания в исходном сырье. Извлечения были получены путем трехкратной экстракции сырья спиртом
этиловым 70% в соотношении 1 : 50 в течение 30 мин на кипящей водяной бане с обратным холодильником.
Фракционирование извлечения проводилось описанным выше способом. Подготовленные фракции экстрактов
анализировались методом ВЭТСХ и ВЭЖХ. Для ВЭТСХ использовались пластинки ПТСХ-В «Sorbfil», в качестве элюирующих следующие системы: толуол – этилацетат – муравьиная кислота в соотношении 4 : 4 : 2 (I) и
этилацетат – метанол – вода в соотношении 100 : 17 : 13 (II). Проявление хроматограмм осуществлялось с помощью раствора алюминия хлорида. В качестве веществ сравнения использовались ГСО рутина и кверцетина,
РСО гиперозида, кемпферола, кофейной, галловой и хлорогеновой кислот.
По методу ВЭЖХ пробы вводились в хроматограф марки «Agilent Technologies 1100 Series», снабженный
градиентным насосом Agilent 1100, термостатом A 1100, устройством A 1100 для введения образцов и УФдетектором с изменяемой длиной волны A 1100. Детектирование осуществлялось при длине волны 365 нм
на колонке Eclipse SDB C-18 4,6250 мм в режиме изократического элюирования при температуре 25 ºC в
течение 10 мин. В качестве подвижной фазы использовалась система растворителей вода – ацетонитрил –
ледяная уксусная кислота в соотношении 164 : 36 : 2. Скорость потока элюента – 1 мл/мин. Качественный
анализ индивидуальных соединений проводился путем сопоставления времен удерживания пиков, полученных на хроматограммах анализируемых проб с временами удерживания пиков, полученных при элюировании стандартных растворов анализируемых веществ.
Результаты и обсуждение
В решении первой задачи применение метода ВЭТСХ позволило подтвердить присутствие в 40 и 70%
экстрактах не менее 18 веществ, из них 13 флавоноидной природы. Химический состав анализируемых извлечений качественных различий практически не имеет. Различие существует в количественном содержании веществ, что визуально наблюдается по интенсивности свечения пятен в УФ свете: большей интенсивностью свечения обладают зоны адсорбции, соответствующие 70% экстракту. Часть веществ удалось определить. В системе II в этилацетатных фракциях экстрактов идентифицированы рутин, гиперозид, кверцетин.
В системе I подтверждено наличие кемпферола. В обеих системах для 40 и 70% экстрактов установлено
присутствие хлорогеновой кислоты. В системе I в видимой области идентифицирована галловая кислота. В
результате анализа хроматограмм возникло предположение о присутствии в препаратах кофейной кислоты.
Данные ВЭЖХ подтвердили результаты исследования ВЭТСХ по наличию в обоих экстрактах кофейной
кислоты (Rt = 4,3 мин), рутина (Rt = 4,5 мин) и гиперозида (Rt = 5,0 мин).
По результатам ВЭЖХ рассчитано количественное содержание рутина и гиперозида в исследуемых экстрактах и проведено сравнение по названному критерию с 40% экстрактом, полученным методом реперколяции с послойной загрузкой сырья в перколяторы. Результаты представлены в таблице 1.
Как видно из таблицы, существенное различие между 40 и 70% экстрактами наблюдается только по содержанию гиперозида. Метод реперколяции позволяет увеличить выход гиперозида, используя в качестве
экстрагента спирта этилового 40%, до уровня его содержания в 70% экстракте. Рутин в хроматографических
профилях экстрактов представлен минорным веществом многокомпонентной смеси.
Решение второй задачи заключалось в сопоставлении хроматографических профилей настоя и экстракта,
что представляется наиболее эффективным в реализации аналогичных задач [2]. Для сравнения компонентного состава биологически активного комплекса настоя и экстракта, полученных из сырья одних и тех же
серий, сопоставлялись интегральные хроматографические профили водного и спирто-водного извлечений.
Существенных различий в хроматографической картине настоя и экстракта не наблюдалось.
Рассчитанное процентное содержание флавоноидов в сырье и препаратах и их выход приведены в таблице 2.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДОВ ВЭТСХ И ВЭЖХ В РАЗРАБОТКЕ…
77
Таблица 1. Содержание флавоноидов в экстрактах, полученных по разным технологическим схемам, мг/мл
Экстрагент
Рутин
Гиперозид
Перколяция смеси растительных компонентов
40% этанол
70% этанол
0,014
0,013
0,21
0,33
Реперколяция послойно загруженного сырья
40% этанол
0,013
0,34
Таблица 2. Содержание рутина и гиперозида в сборе, настое и экстракте
Лекарственная форма
Настой
БАВ
Содержание в сырье,
мг/г
Содержание в препарате, мг/мл
Выход, %
0,053
0,00051
15,40
0,92
0,053
0,0075
0,015
13,04
28,30
0,92
0,26
28,26
рутин
гиперозид
рутин
гиперозид
Экстракт
Относительный выход флавоноидов в препараты в процентах рассчитывался по формуле:
Âûõîä , % 
C ïð.  K ðàçâ.  100%
,
Cñûðüå
где Спр. – содержание флавоноидов в препарате, мг/мл; Ссырье – содержание флавоноидов в абсолютно сухом
сырье, мг/г; Кразв. – коэффициент, показывающий объем препарата, полученный из 1 г сырья, мл. Для настоя
Кразв. равен 16 мл, для экстракта – 1 мл.
Сравнивая выход флавоноидов в настой и экстракт, следует отметить преимущество выбранного метода
получения экстракта перед используемым способом получения настоя по эффективности экстрагирования
сырья почти в 2 раза, что подтверждает данные спектрофотометрического определения [1].
Выводы
1. Методами ВЭТСХ и ВЭЖХ был проведен качественный и количественный сравнительный анализ
комплекса флавоноидов извлечений на 40 и 70% спирте этиловом.
2. Показана рациональность применения метода реперколяции в производстве экстракта противодиабетического по содержанию гиперозида.
3. Показано преимущество экстракта перед настоем по содержанию рутина и гиперозида в препарате.
Список литературы
1.
2.
Фогт В.П., Цимбалист Н.А., Степанов А.С., Степанова Т.А. Обоснование возможности разработки готовой лекарственной формы на основе прописи сахароснижающего сбора // Дальневосточный медицинский журнал.
2006. №1. С. 88–90.
Макаров В.Г., Пименов А.И., Зенкевич И.Г., Шиков А.Н. Сравнение хроматографических профилей водноспиртовых и масляных экстрактов растений для характеристики различий их состава // Актуальные проблемы
создания новых лекарственных препаратов природного происхождения: мат. IV межд. съезда. Великий Новгород; СПб., 2000. С. 294–301.
Поступило в редакцию 26 сентября 2007 г.
После переработки 5 августа 2008 г.
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 79–82.
УДК 637.352+637.344:66.061
АМИНОКИСЛОТНЫЙ И УГЛЕВОДНЫЙ СОСТАВЫ
МОЛОЧНО-РАСТИТЕЛЬНОГО ЭКСТРАКТА ЯКОНА
©
Е.С. Рудниченко, Я.И. Коренман*, Е.И. Мельникова, С.И. Нифталиев
Воронежская государственная технологическая академия, пр. Революции, 19,
Воронеж, 394000 (Россия) E-mail: korenman@vgta.vrn.ru
Изучено экстрагирование аминокислот и углеводов из натурального подсластителя якона. В качестве экстрагента
впервые применен ультрафильтрат творожной сыворотки. Методами математического планирования эксперимента
оптимизированы влияющие факторы – рН экстрагента, степень измельчения исходного материала, температура, продолжительность экстрагирования, соотношение объемов твердой и жидкой фаз. Установлен аминокислотный и углеводный состав полученного молочно-растительного экстракта.
Ключевые слова: аминокислота, углеводы, экстрагирование, якон, молочно-растительный экстракт.
Введение
В последнее время возрастающее применение находит подсластитель натурального происхождения –
якон (Polymnia sonchifolia Poepp. & Endl), относящийся к группе корнеплодов [1]. Характерная особенность
корнеплодов якона – наличие сахаров, состоящих в основном из полифруктозида инулина, незаменимых
аминокислот, минеральных веществ (азот, фосфор, магний, натрий, кальций, железо, цинк, медь, калий,
кроме того, способен накапливаться селен), других физиологически ценных веществ [2, 3].
Экстрагирование – один из перспективных способов извлечения аминокислот и углеводов из клубней
якона. В качестве экстрагента нами впервые применен ультрафильтрат творожной сыворотки, содержащий
комплекс физиологически активных компонентов творожной сыворотки – лактозу, аминокислоты, молочную кислоту, макро- и микроэлементы, витамины [4] (табл. 1). По органолептическим показателям представляет собой прозрачную желтую жидкость с более высокой биологической и коллоидной стабильностью,
чем творожная сыворотка.
Цель работы состояла в получении молочно-растительного экстракта из клубней якона, исследовании
распределения аминокислот и углеводов якона в процессе экстрагирования, оптимизации параметров экстрагирования, обеспечивающих наиболее полное извлечение этих компонентов в экстракт.
Таблица 1. Физико-химические характеристики ультрафильтрата творожной сыворотки [5]
Показатель
Вода, %
Сухие вещества, %
в том числе:
лактоза
белковые вещества
молочная кислота
зола
Титруемая кислотность, °Т
Активная кислотность, рН
Плотность, кг/м3
*
Автор, с которым следует вести переписку.
Значение
94,6–94,9
5,1–5,4
3,5–3,7
0,1–0,2
1,0
0,38
75–85
2,4–6,5
1017–1018
80
Е.С. РУДНИЧЕНКО, Я.И. КОРЕНМАН, Е.И. МЕЛЬНИКОВА, С.И. НИФТАЛИЕВ
Экспериментальная часть
Ультрафильтрат творожной сыворотки – продукт фракционного разделения молочной сыворотки, полученный нами на ультрафильтрационной установке с мембранами типа ОПМ-450С.
Молочно-растительный экстракт получали по следующей методике. Клубни якона измельчали и сушили
при 60 °С до содержания сухих веществ на уровне 6–7 мас.%, добавляли экстрагент – ультрафильтрат творожной сыворотки (соотношение объемов твердой и жидкой фаз 1 : 6) и подкисляли до рН ≈ 4,4. Кислотность экстрагента регулировали добавлением растворов гидрокарбонатов натрия или лимонной кислоты и
контролировали потенциометрически (иономер И-130). Экстрагировали на вибросмесителе при 60 °С, в течение 60 мин содержание сухих веществ в экстракте достигало максимума. С целью повышения биологической и коллоидной стабильности экстракта проводили двухступенчатую очистку экстракта путем его пропускания через колонку, заполненную активированным углем.
Аминокислоты в экстрагенте и в экстракте определяли методом капиллярного электрофореза на приборе
«Капель-105». В 4 фарфоровые чашки помещали по 10 мл экстракта якона и выпаривали. В две из них приливали окислительную смесь (Н2О2 : НСООН = 1 : 9) и вновь выпаривали на водяной бане при 60 °С до сухого остатка. Сухие остатки из всех чашек количественно переносили в виалы и для проведения кислотного гидролиза добавляли по 10 мл HCl.
Растворы после кислотного гидролиза охлаждали, отфильтровывали, дозатором отбирали в бюксы 50 мкл
гидролизатов и выпаривали в струе теплого воздуха. Сухой остаток смачивали 500 мкл дистиллированной воды, добавляли раствор карбоната натрия, вводили изопропанольный раствор фенилизотиоцианата и перемешивали до растворения осадка. Из бюксов дозатором отбирали 450 мкл раствора в пробирки Эппендорфа.
Для определения аминокислот (кроме триптофана, цистеиновой, аспарагиновой и глутаминовой кислот)
первые две пробы анализировали при 30 °С в течение 15 мин (λ = 254 нм). Вторые две пробы анализировали
9 мин в тех же условиях (определение цистеиновой, аспарагиновой и глутаминовой кислот).
В виалы для щелочного гидролиза помещали 5 мл экстракта якона и добавляли 8-водный кристаллогидрат гидроксида бария. Виалы герметично закрывали и устанавливали в термоблок при 110 °С на 16 ч. Пробы после щелочного гидролиза переносили в мерные колбы вместимостью 1 л, добавляли каплю спиртового
раствора метилового красного и нейтрализовали раствором H2SO4 с массовой долей 10% до перехода желтой окраски в розовую. Отбирали 500 мл нейтрализованного раствора в пробирку Эппендорфа и определяли
содержание триптофана при 40 °С в течение 9–10 мин (λ = 219 нм).
Для определения инулина в клубнях якона и в молочно-растительном экстракте нами адаптирован известный метод Бертрана [6]; предварительно находили общее содержание сахаров. Редуцирующие сахара
(оптически активные соединения) в результате кислотного гидролиза (действие HCl с массовой долей 10% в
течение 40 мин при нагревании на кипящей водяной бане) расщепляются на моносоставляющие. В гидролизате повторно определяли содержание сахаров. Инулин в экстракте в течение 40 мин гидролизу практически
не подвергается (время кислотного и ферментативного гидролиза инулина 6–8 ч) [7], его количество рассчитывали по разности между содержанием редуцирующих сахаров до и после гидролиза.
Обсуждение результатов
В качестве основных факторов, влияющих на экстрагирование аминокислот и углеводов из клубней якона, нами изучены: X1 – температура в интервале 30–70 °С; Х2 – продолжительность экстрагирования (30–70
мин); Х3 – соотношение объемов твердой и жидкой фаз (1 : 2 – 1 : 10); Х4 – рН экстрагента (3,4–7,4), Х5 –
степень измельчения клубней якона (1,5–3,5 мм).
Оптимизацию влияющих факторов проводили методом математического планирования эксперимента.
Для построения статистических моделей применяли центральное композиционное ротатабельное униформпланирование, при этом выбран полный факторный эксперимент 2 5 (ПФЭ25) [8] . Критерий оценки оптимизации процесса экстрагирования – общее содержание сухих веществ в экстракте (Y).
В результате статистической обработки экспериментальных данных получено уравнение регрессии,
адекватно описывающее процесс экстрагирования физиологически ценных компонентов из клубней якона
под влиянием учитываемых факторов:
АМИНОКИСЛОТНЫЙ И УГЛЕВОДНЫЙ СОСТАВ …
81
Y = 13,194 + 2,460 Х1 – 1,043 Х2 – 0,626 Х3 + 1,209 Х4 – 0,438 Х1Х2 – 0,438 Х1Х3 + 0,563Х2Х3 – 0,313Х1Х2 +
0,313Х2Х5 + 0,688 Х3Х4 + 0,716X12 – 1,159 X32 – 0,284 X42 – 0,409 X52.
При анализе полученного нелинейного уравнения выделяли факторы, оказывающие наибольшее влияние
на эффективность экстрагирования. Так, коэффициенты b1 = 2,460, b2 = –1,043 и b4 = 1,209 свидетельствуют
о том, что на экстрагирование в бóльшей степени влияют температура (Х 1), рН экстрагента (Х4) и продолжительность процесса (Х2), в меньшей – соотношение объемов твердой и жидкой фаз, а также степень измельчения клубней якона. Знаки «–» и «+» перед соответствующими коэффициентами означают, что снижение продолжительности экстрагирования, а также повышение температуры и рН экстрагента увеличивают
содержание сухих веществ в экстракте. Методом высушивания навески установлено, что содержание сухих
веществ в экстракте возрастает до 20%.
Оптимизация параметров экстрагирования состоит в установлении условий, которые в широком диапазоне изменения входных параметров обеспечивают максимальное содержание сухих веществ в экстракте.
Для установления оптимальных условий экстрагирования аминокислот и углеводов из клубней якона
применяли ридж-анализ, основанный на методе неопределенных множителей Лагранжа [8].
Анализ показал, что в экстракте якона по сравнению с ультрафильтратом творожной сыворотки увеличивается содержание незаменимых аминокислот (лизин, метионин, цистин, треонин, фенилаланин, изолейцин, тирозин, гистидин, аспарагин, глутамин, пролин, аргинин, глицин, лейцин, валин, серин, аланин, триптофан) [5] (табл. 2).
Углеводный состав клубней якона и молочно-растительного экстракта после очистки приведен в таблице 3.
Таблица 2. Аминокислотный состав ультрафильтрата творожной сыворотки и экстракта якона
Аминокислота
Аргинин
Лизин
Тирозин
Фенилаланин
Гистидин
Лейцин
Изолейцин
Метионин
Валин
Пролин
Треонин
Серин
Аланин
Глицин
Цистин
Глутаминовая кислота
Аспарагиновая кислота
Триптофан
Содержание, г/100 г
ультрафильтрат творожной сыворотки
0,0087
0,0044
0,0012
0,0027
0,0028
0,0043
0,0043
0,0018
0,0034
0,0088
0,0042
0,0037
0,0033
0,0018
не обн.
0,0034
0,0032
не обн.
экстракт якона
0,0092
0,0065
0,0046
0,0036
0,0051
0,0068
0,0068
0,0032
0,0042
0,0094
0,0060
0,0051
0,0041
0,0031
0,0016
0,0039
0,0041
0,0012
Таблица 3. Углеводный состав якона и экстракта на его основе
Экстрагируемые компоненты
Редуцирующие сахара, мас. %
Инулин, мас. %
Клубни якона
0,0015
12, 5
Высушенные клубни якона
0,0293
47,1
Экстракт после очистки
0,0218
11,0
Анализ полученных данных показывает, что степень извлечения редуцирующих сахаров в экстракт из
высушенных клубней якона составляет 74,4 мас.%, инулина –23,4 мас.%.
Выводы
Установлены оптимальные условия экстрагирования аминокислот и углеводов из клубней якона: температура 60 °С, продолжительность экстрагирования 60 мин, соотношение объемов твердой и жидкой фаз
1 : 6, рН экстрагента 4,4, степень измельчение клубней 2 мм. В молочно-растительном экстракте увеличива-
82
Е.С. РУДНИЧЕНКО, Я.И. КОРЕНМАН, Е.И. МЕЛЬНИКОВА, С.И. НИФТАЛИЕВ
ется содержание незаменимых аминокислот по сравнению с ультрафильтратом творожной сыворотки. При
однократном экстрагировании степень извлечения редуцирующих сахаров из клубней якона достигает 74,4
мас.% , инулина – 23,4 мас. %.
Применение ультрафильтрата творожной сыворотки как экстрагента позволяет объединить ценные свойства творожной сыворотки, зарекомендовавшей себя как основа лечебно-профилактических продуктов питания, и дефицитные нутриенты (аминокислоты и углеводы), входящие в состав клубней якона. Это создает
определенные перспективы для разработки новых видов молокосодержащих продуктов с направленными
функциональными свойствами.
Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Тюкавин Г.Б. Якон – овощная, лекарственная, кормовая и техническая культура // Вестник РАСХН. 2001. №3.
С. 44–47.
Bostid N.R.C. Yacon // Lost crops of the Incas: Little-known plants of the An des with promise for worldwide cultivation.
Washington. 1989. P. 115–123.
Корнеева О.С., Омельченко О.М., Кононков П.Ф. Исследование процесса сушки нетрадиционного инулинсодержащего сырья // Хранение и переработка сельхозсырья. 2001. №1. С. 42–43.
Коренман Я.И., Мельникова Е.И., Нифталиев С.И., Светолунова С.Е. Применение ультрафильтрата творожной сыворотки для экстрагирования пищевых компонентов из листьев стевии // Изв. вузов. Пищевая технология. 2005.
№5–6. С. 70–72.
Храмцов А.Г. Безотходная технология в молочной промышленности. М., 1989. 240 с.
Сборник государственных стандартов РФ: справочник. М., 1981. 300 с.
Тертычная Т.Н., Корнеева О.С., Брындина Л.В. Получение гидролизатов из топинамбура // Тез. докл. Рос. научн.практ. конф. с междунар. участ. «Проблемы ресурсосберегающих и природоохранных технологий и оборудования
для переработки и хранения с.-х. сырья». Краснодар, 1993. С. 15–16.
Грачев Ю.П., Плаксин Ю.М. Математические методы планирования экспериментов. М., 2005. 296 с.
Поступило в редакцию 2 апреля 2008 г.
После переработки 1 октября 2008 г.
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 83–88.
УДК 547.972
СТИЛЬБЕНЫ КОРЫ ЛИСТВЕННИЦЫ ГМЕЛИНА
©
С.З. Иванова*, Т.Е. Федорова, С.В. Федоров, В.А. Бабкин
Иркутский институт химии им. А.Е. Фаворского СО РАН, ул. Фаворского, 1,
Иркутск, 664033 (Россия) E-mail: babkin@irioch.irk.ru
В коре лиственницы Гмелина (Larix gmelinii (Rupr.) Rupr.) впервые обнаружены стильбеновые соединения. Из луба
(флоэмы) выделены астрингенин, астрингенин-3-О--D-глюкопиранозид и пицеид, структура которых установлена
спектральными методами (УФ, ЯМР 1Н и 13С). В корке (ритидоме) методом ТСХ идентифицирован астрингенин.
Ключевые слова: лиственница Гмелина (Larix gmelinii (Rupr.) Rupr.), кора, стильбены, ЯМР 1Н и 13С.
Введение
Стильбены образуют сравнительно небольшую группу фенольных соединений. Ранее считалось, что их
распространение ограничивается несколькими семействами растений. Отмечалось, что стильбены обладают
биологической активностью: в растениях действуют фитоалексины, проявляют антимикробное и фунгицидное действие по отношению к разрушающим древесину грибам [1–3].
В последнее десятилетие интерес к этому классу соединений резко возрос. Увеличивающийся поток
научной информации свидетельствует о существенно более широком и распространении стильбенов в растительном мире и спектре их биологической активности [4–9]. В патенте [10] по разработке новых методов
выделения резвератрола из растительного сырья приводится внушительный перечень лечебных свойств,
выявленных для этого соединения, в том числе такие, как кардиопротекторные, антибактериальные, антивирусные, противовоспалительные, подавление агрегации тромбоцитов, а также антиоксидантная и противоопухолевая активности и др.
Род Larix относится к семейству Pinaceae, в древесине и коре представителей двух родов которого – ели
(Picea A. Lietr.) и сосны (Рinus L.) – к середине 70-х гг. было идентифицировано около двух десятков стильбенов как в свободном виде, так и в виде метиловых эфиров и гликозидов [11,12]. По имеющимся у нас данным, в научной литературе отсутствуют сведения об обнаружении стильбеновых соединений в представителях рода Larix.
Данная работа посвящена выделению и идентификации стильбеновых соединений, обнаруженных в лубе
и корке лиственницы Гмелина (Larix gmelinii (Rupr.) Rupr).
Экспериментальная часть
Стильбеновые соединения выделяли из этилацетатного экстракта луба лиственницы Гмелина, произрастающей в Хилокском районе Читинской области (время отбора проб – март 2006 г.).
Измельченный луб (1650 г, размер частиц 5–10 мм, влажность 55,9%) настаивали с этилацетатом при
комнатной температуре в течение 2-х суток, операцию повторяли 3 раза. Этилацетат из объединенных экстрактов удаляли под вакуумом при 35–40 °С. Водный остаток разбавляли равным объемом воды и трижды
экстрагировали растворителями различной полярности: хлороформом, диэтиловым эфиром и бутанолом.
Выход хлороформрастворимых веществ составил 18,9 г (2,6% от массы а.с. луба), эфирорастворимых – 8,5 г
(1,2%), бутанолрастворимых – 32,1 г (4,4%).
*
Автор, с которым следует вести переписку.
С.З. ИВАНОВА, Т.Е. ФЕДОРОВА, С.В. ФЕДОРОВ, В.А. БАБКИН
84
Спектры ЯМР 1Н и 13С образцов регистрировали на приборе Bruker DPX 400 с рабочей частотой 400 и
100 МГц соответственно, в (CD3)2CO (нативные соединения) и CDCl3 (ацетаты). Отнесение химических
сдвигов (ХС) резонансных сигналов в спектрах ЯМР 1Н и 13С соединений 1 – 3, 2а и 3a осуществлено с использованием двумерной спектроскопии: методик HMQC, HMBC, COSY, NOESY.
УФ спектры соединений регистрировали на приборе СФ-26, растворитель – метанол.
Соединение 1 – белое аморфное, УФ спектр: мах 305, 325 нм; спектры ЯМР 1Н и 13С (табл. 1).
Соединение 2 – белое аморфное, УФ спектр: мах (log ) 305(4,58), 320(4,61) нм. При ацетилировании (уксусный ангидрид-пиридин) получен гептаацетат (2а) – т.пл. 146-149 0С (белые иглы, ацетон-бензол); спектры ЯМР 1Н и 13С (табл. 2).
Соединение 3 – белое аморфное, УФ спектр: мах 310, 320 нм. Гексаацет (3а) – УФ спектр: мах 300, 310,
325 (плечо) нм; спектры ЯМР 1Н и 13С (табл. 3).
Обсуждение результатов
Данная работа является продолжением работ по изучению полифенольных соединений коры лиственниц
сибирской (Larix sibirica L.) и лиственницы Гмелина (Larix gmelinii (Rupr.) Rupr.) [13–16]. В указанных работах объектом исследования была корка, данное исследование посвящено выделению и идентификации
фенольных соединений, обнаруженных в лубе лиственницы Гмелина.
Из эфирного и бутанольного экстрактов луба колоночной хроматографией на силикагеле (элюент хлороформ – метанол 10 : 010 : 5 соотн.об.) были выделены соединения 1–3. Полученные фракции анализировали методом ТСХ (Silufol).
Соединение 1, выделенное из эфирного экстракта (выход – 2,7% от массы эфирного экстракта), при анализе ТСХ показало зачениия Rf = 0,35 и 0,64 в системах (бензол – ацетон, 2 : 1) и (хлороформ–метанол, 7 : 1)
соответственно. Обнаружение соединения проводили в УФ-свете по характерной ярко-синей флуоресценции и по цветной реакции с диазотированной сульфаниловой кислотой (ДСК).
Соединения (2) и (3), выделенные из бутанольного экстракта луба (выход 2 – 16,9%, выход 3 – 8,7% от
массы бутанольного экстракта), при анализе методом ТСХ показали значительно более низкие, по сравнению с соединением 1, значения Rf , характерные для гликозидов, а именно: значение Rf = 0,60 и 0,50 (бензол
– ацетон – метанол, 6 : 6 : 1) и Rf = 0,37 и 0,23 (хлороформ-метанол 7:1) для 3 и 2, соответственно.
Кислотный гидролиз соединений 2 и 3 (по 0,02 г) проводили 10% HCl (5 мл) при нагревании на водяной
бане (80–90 °С) в течение 3 ч. Охлажденную реакционную смесь экстрагировали диэтиловым эфиром и
агликоны анализировали ТСХ (бензол – ацетон, 2 : 1, Silufol). Анализ показал идентичность соединения 1 и
агликона соединения 2. Водный остаток нейтрализовали на анионообменной смоле АВ-17 (ОН-), упаривали,
в остатке углеводы анализировали методом бумажной хроматографии сравнением с аутентичными образцами (бутанол – пиридин – вода, 6 : 4 : 3, Whatman, Sigma-Aldrich). В гидролизатах соединений 2 и 3 идентифицирована глюкоза.
В УФ спектрах выделенных соединений 1–3 и их производных в области 300–330 нм наблюдается интенсивная полоса, характерная для стильбеновых соединений, обладающих высоко коньюгированной системой,
причем наблюдаемый двойной максимум этой полосы свидетельствует о транс-изомерии выделенных стильбенов [11, 12, 17]. Характер замещения ароматических колец был установлен методом ЯМР 1Н и 13С (табл. 1–
3). В результате анализа данных УФ и ЯМР спектроскопии, установления их соответствия литературным данным [12, 17, 18–20] выделенные соединения были идентифицированы как астрингенин – (E)-3,3,4,5-тетрагидроксистильбен (1), глюкозид астрингенина – (E)-3,4,5-тригидроксистильбен-3-О--D-глюкопиранозид (2)
и пицеид - (E)-4,5-дигидроксистильбен-3-О--D-глюкопиранозид (3).
-D-Glcp
HO
RO
2
4
A
B

6'
1
4'
5'
O- -D-Glcp
2
4
3'
1'
6
HO
OH
2'

OH

A
RO
2
2'
3'
1'
6
O
B

6'
2: R=H
2a: R=Ac
4'
5'
OR
4

A
3'
1'
6
RO
2'
B

6'
3: R=H
3a: R=Ac
4'
5'
OR
СТИЛЬБЕНЫ КОРЫ ЛИСТВЕННИЦЫ ГМЕЛИНА
85
Таблица 1. Данные спектроскопии ЯМР 1Н и 13С астрингенина (1)
Атом
С(1)
С(2)
С(3)
С(4)
С(5)
С(6)


С(1')
С(2')
С(3')
С(4')
С(5')
С(6')
1
 1Н, м.д.
 13С, м.д.
140,4
105,4
158,8
101,7
158,8
105,2
126,0
128,6
130,1
113,3
145,5
145,8
115,4
119,3
(J/ Гц)
6,51
8,16 – OH
6,25
8,16 – OH
6,51
6,81
6,94
d (2,0)
t (2,0)
d (2,0)
d (16,4)
d (16,4)
7,06
7,88 – OH
8,01 – OH
6,79
6,89
d (2,0)
d (8,3)
dd (8,3; 2,0)
Таблица 2. Данные спектроскопии ЯМР 1Н и 13С (Е)-3, 4′,5-тригидроксистильбен-3′-О--Dглюкопиранозида (2) и его ацетата (2а)
Атом
С(1)
С(2)
С(3)
С(4)
С(5)
С(6)


С(1')
С(2')
С(3')
С(4')
С(5')
С(6')
С(1)
С(2)
С(3)
С(4)
С(5)
С(6)
СH3CO
СH3CO
2
 13С, м.д.
 1Н, м.д.
139,5
104,5
6,51
158,3
8,15– OH
101,5
6,25
158,3
8,15– OH
104,5
6,51
126,4
6,88
127,6
6,96
129,4
116,0
7,46
145,3
147,4
7,93 – OH
115,6
6,83
122,6
7,12
-D-глюкопиранозил
103,4
4,81
73,5
3,52
76,9
3,55
70,2
3,45
76,3
3,53
61,4
3,73
(J/ Гц)
d (2,2)
t (2,2)
d (2,2)
d (16,1)
d (16,1)
d (2,0)
d (8,3)
dd (8,3; 2,0)
d (7,3)
m
m
m
m
m
 13С, м.д.
139,1
116,9
151,3
114,5
151,3
116,9
127,7
129,5
135,8
113,3
148,3
151,3
123,5
121,6
98,5
70,5
72,5
68,4
71,9
62,1
20,4–21,1
(7 сигн,)
168,9–170,6
(7 сигн,)
2а
 1Н, м.д.
(J/ Гц)
7,10
d (2,0)
6,81
t (2,0)
7,10
6,92
7,00
d (2,0)
d (16,4)
d (16,4)
7,12
d (1,8)
7,01
d (8,3)
7,15
dd (8,3; 1,8)
-D-глюкопиранозил
5,14
d (7,6)
5,30
m
5,30
m
5,13
m
3,98
m
4,18
dd (2,5; 12,3)
4,28
dd (5,8; 12,3)
2,01–2,30
(7 сигн,)
Интересно, что гликозидирование осуществляется у соединения 2 в кольце Б, а у соединения 3 в кольце
А. Для стильбенов более характерно гликозидирование по кольцу А. Впервые у природных стильбенов гликозидирование в кольце В было установлено А.С. Громовой и соавторами для резвератролозида и пиностильбенозида, выделенных из луба сосны сибирской (Pinus sibirica R. Mayr) [22], позднее эти два гликозида
были обнаружены и в лубе сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) [23], выделение из корней ревеня и
установление строения соединения 2 впервые описано в работе [17]. В работах [17, 22] для установления
места присоединения углеводного остатка в исследуемых стильбеновых гликозидах авторы использовали
многостадийный химический метод. Современные методы ЯМР-спектроскопии позволяют получить однозначные данные о структуре этих соединений.
С.З. ИВАНОВА, Т.Е. ФЕДОРОВА, С.В. ФЕДОРОВ, В.А. БАБКИН
86
Таблица 3. Данные спектроскопии ЯМР 1Н и 13С пицеида (3) и его ацетата (3а)
Атом
С(1)
С(2)
С(3)
С(4)
С(5)
С(6)


С(1')
С(2')
С(3')
С(4')
С(5')
С(6')
С(1)
С(2)
С(3)
С(4)
С(5)
С(6)
СH3CO
СH3CO
3
 13С, м.д.
 1Н, м.д.
139,6
105,3
6,79
159,0
102,6
6,45
158,1
8,35 – OH
106,9
6,65
125,2
6,88
128,4
7,07
128,6
127,5
7,40
115,2
6,82
157,0
115,2
6,82
127,5
7,40
-D-глюкопиранозил
100,8
4,93
73,5
3,53
76,6
3,50
70,2
3,45
76,8
3,50
61,5
3,73
d (8,6)
d (8,6)
 13С, м.д.
140,6
113,6
158,4
110,4
152,5
115,3
128,2
130,4
135,3
128,5
122,8
151,3
122,8
128,5
d (7,6)
m
m
m
m
m
99,7
71,9
73,7
69,2
73,5
62,9
(J/ Гц)
dd (2,2; 1,7)
t (2,2)
dd (2,2; 1,7)
d (16,4)
d (16,4)
d (8,6)
d (8,6)
3а
 1Н, м.д.
(J/ Гц)
6,99
m
6,67
t (2,0)
6,98
6,96
7,06
m
d (16,4)
d (16,4)
7,50
7,10
d (8,6)
d (8,6)
7,10
d (8,6)
7,50
d (8,6)
-D-глюкопиранозил
5,14
d (7,6)
5,30
m
5,30
m
5,18
d (9,8)
3,91
m
4,19
dd (2,3; 12,3)
4,29
dd (5,5; 12,3)
22,0–21,4
2,32-2,1
(6 сигн,)
(6 сигн,)
171,4–170,0
(6 сигн,)
Спектры ЯМР 1Н соединений 1 и 2 в ароматическом и олефиновом диапазонах содержат сигналы двух
олефиновых протонов, трех протонов, характерных для 1,3,5-замещенного бензольного кольца, и сигналы
трех протонов кольца пирокатехинового типа (1,3,4-замещенного бензольного кольца) (табл. 1 и 2). Значения КССВ протонов двойной связи (J = 16,4 и 16,1 Гц, соответственно) показывают, что она имеет трансконфигурацию в этих соединениях. Эти данные указывают на 3,3,4,5-тетрагидроксизамещенный трансстильбен – астрингенин.
В спектре ЯМР 1Н соединения 3 также наблюдаются сигналы двух олефиновых протонов, трех протонов,
характерных для 1,3,5-замещенного бензольного кольца, и сигналы четырех протонов кольца параоксифенильного типа (1,4 - дизамещенного бензольного кольца) (табл. 3). Транс-конфигурация протонов
двойной связи подтверждается значением КССВ (J = 16,4 Гц). Анализ спектральных данных указывает на
3,4,5-тригидроксизамещенный транс-стильбен – резвератрол.
В спектрах соединений 2 и 3 кроме сигналов атомов стильбеновых агликонов присутствуют сигналы
протонов углеводной единицы. Значения ХС и КССВ аномерного протона ( 4,81 м.д., d, J = 7,3 Гц и
4,93 м.д., d, J = 7,6 Гц, соответственно) характерны для О--D-глюкопиранозного остатка. Обнаружение
глюкозы в гидролизатах соединений 2 и 3 подтверждает, что 2 является глюкозидом астрингенина, а 3 –
глюкозидом резвератрола.
Положение гликозидной связи в соединениях 2 и 3 подтверждали данными спектров HMBC и NOESY.
Полная эквивалентность протонов Н-2 и Н-6 ( 6,51 м.д. (2Н, d, J=2,2 Гц) и фенольных гидроксилов 3ОН и 5-ОН ( 8,15 м.д.) в кольце А стильбенового фрагмента соединения 2 (астрингенина) предполагает
присутствие углеводного заместителя в кольце В. Это однозначно подтверждает наличие кросс-пика сигнала аномерного протона глюкопиранозной единицы с сигналом одного из гидроксизамещенных атомов углерода ( 145,3 м.д.) кольца В в спектре HMBC соединения 2. Этот же атом углерода показал взаимодействие
с протонами Н-2 ( 7,46 м.д.), Н-6 ( 7,12 м.д.) и Н-5 ( 6,83 м.д.). Эти наблюдения поддерживаются корреляцией в спектре NOESY 2 – аномерного протона ( 4,81 м.д.) и протона Н-2 ( 7,46 м.д.) кольца В стильбенового агликона, показывающей, что углеводная единица присоединена по 3-положению кольца В. Таким
СТИЛЬБЕНЫ КОРЫ ЛИСТВЕННИЦЫ ГМЕЛИНА
87
образом, на основании вышеизложенных данных было установлено строение соединения 2 – (E)-3,4,5тригидроксистильбен-3-О--D-глюкопиранозид.
В спектре ЯМР 1Н соединения 3 сигналы протонов Н-2 и Н-6 стильбенового агликона (резвератрола) неэквивалентны и наблюдаются как два триплета при  6,79 и 6,65 м.д. (t, J=2,2 Гц) соответственно. В спектре
NOESY ацетата 3а сигнал протона при аномерном атоме углерода углеводной единицы дал кросс-пики с
сигналами протонов Н-2 ( 6,99 м.д.) и Н-4 ( 6,67 м.д.), на основании чего было сделано заключение о гликозидировании 3-положения кольца А стильбенового фрагмента. Таким образом, соединение 3 является (E)4,5-дигидроксистильбен-3-О--D-глюкопиранозидом (пицеидом).
В корке астрингенин присутствует в следовых количествах. Его обнаруживали при разделении этилацетатного экстракта коры лиственницы во фракциях, содержащих мономерные флавоноидные соединения
[23], методом ТСХ в вышеприведенных условиях.
Следует отметить, что расположение заместителей в стильбенах 1–3 находится в полном соответствии
с 5,7,4′- и 5,7,3′,4′-положениями заместителей в ранее обнаруженных флавоноидных соединениях коры
лиственниц сибирской и Гмелина [13–16], что, очевидно, обусловлено биогенезом этих соединений.
Выводы
Из луба лиственницы Гмелина (Larix gmelinii (Rupr.) Rupr.) впервые выделены стильбеновые соединения
– астрингенин, астрингенин -3′-О--D-глюкопиранозид и пицеид. В ритидоме обнаружен астрингенин.
Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
Биохимия фенольных соединенй / под ред. Дж. Харборна; пер. с англ. М., 1968. 451 .
Запрометов М.Н. Фенольные соединения. М., 1993. 272 с.
Семенов А.А. Очерк химии природных соединений. Новосибирск, 2000. 664 с.
Cuendet M., Potterat O., Salvi A., Testa B., Hostettmann K. A stilbene and dihydrochalcones with radical scavenging activities from Loiseleuria procumbens // Phytochemistry. 2000. V. 54. P. 871–874.
Jong Pill Lee, Byung Sun Min, Ren Bo An et al. Stilbenes from the roots of Pleuropteris ciliinervis and their antioxidant
activities // Phytochemistry. 2003. V. 64. P. 759–763.
Tombola F., Campello S., De Luka L. et al. Plant polyphenols inhibit VacA, a toxin secret-ed by the gastric pathogen Helicobacter pylori // FEBS Letters. 2003. №543. P. 184–189.
Pena-Neiro A., Hernandez T., Garcia-Vallejo C., Estrella I., Suares J.A. A survey of phenolic compounds in Spanish wines
of different geographical origin // Eur. Food Res. Technol. 2000. V. 210. P. 445–448.
Stecher G., Huck C.W., Popp M., Bonn G.K. Determination of flavonoids and stilbenes in red wine and related biological
products by HLPC and HLPC-ESI-MS-MS // Fresenius J. Anal. Chem. 2001. V. 371. P. 73–80.
Fuendjiep V., Wandji J., Tillequin F., Mullholland D.A., Budzikiewicz H., Fomum Z.T., Nyemba A.M., Koch M. Chalconoid and stilbenoid glycosides from Guibourtia tessmanii // Phytochemistry. 2002. V. 60. P. 803–806.
Патент 22944919 С1 РФ. Способ получения резвератрола из растительного сырья / Э.Э. Шульц, Т.Н. Петрова, Н.И.
Комарова, Н.Ф. Салахутдинов, Г.А. Толстиков / Б.И., 2007. №7.
Громова А.С. Фенольные соединения коры некоторых видов ели, пихты и сосны: дис. … канд. хим. наук. Новосибирск, 1975. 160 с.
Громова А.С., Луцкий В.И., Тюкавкина Н.А. Стильбены из коры некоторых видов семейства Pinaceae // Химия древесины. 1979. № 3. С. 103–109.
Иванова С.З., Федорова Т.Е., Иванова Н.В., Федоров С.В. и др. Флавоноидные соединения коры лиственницы сибирской и лиственницы Гмелина // Химия растительного сырья. 2002. №4. С. 1–15.
Федорова Т.Е., Иванова С.З., Иванова Н.В., Федоров С.В. и др. Лариксидинол – новый спиробифлавоноид из коры
лиственницы сибирской и лиственницы Гмелина // Химия растительного сырья. 2003. №2. С. 5–8.
Иванова С.З., Федорова Т.Е., Иванова Н.В., Федоров С.В., Бабкин В.А. Трифлариксинол – новый спирофлавоноид
из коры лиственницы // Химия растительного сырья. 2006. №1. С. 37–41.
Федорова Т.Е., Иванова С.З., Федоров С.В., Бабкин В.А. Ларизинол – новый спиробифлавоноид из коры лиственницы Гмелина // Химия природных соединений. 2007. №2. С. 172–173.
Kashiwada Y., Nonaka G., Nishiora I. Studies on Rhubarb (Rhei Rhizoma). VI. Isolation and characterization of stilbenes //
Chem. Pharm. Bull. 1984. V. 32. №9. P. 3501–3517.
Tatal A. Aburjai. Anti-platelet stilbenes from aerial parts of Rheum palaestinum // Phytochemistry. 2000. V. 55. P. 407–410.
Nyemba A.M., Ngando Mpondo T., Kimbu S.F., Connoly J.D. Stilbene glycosides from Guibourtia tessmannii // Phytochemistry. 1995. V. 39. P. 895–898.
Steynberg J.P., Brandt E.V., Burger J.W.F., Bezuidenhoudt B.C.B., Ferreira D. Stilbene glycosides from Guibourtia coleosperma: connectivities by homonuclear Nuclear Overhauser Effect difference spectroscopy// J. Chem. Soc. Perkin Trans.
1988. №1. P. 37–41.
88
С.З. ИВАНОВА, Т.Е. ФЕДОРОВА, С.В. ФЕДОРОВ, В.А. БАБКИН
21. Громова А.С., Тюкавкина Н.А., Луцкий В.И., Калабин Г.А., Кушнарев Д.Ф. Оксистильбены внутренней коры Pinus
sibirica // Химия природных соедиений. 1975. №6. С. 677–682.
22. Pan H., Lundgren L.N. Phenolics from inner bark of Pinus sylvestris // Phytochemistry. 1996. V. 42, №4. P. 1185–1189.
23. Гордиенко И.И, Федорова Т.Е., Иванова С.З., Бабкин В.А. Влияние экстрагента на компонентный состав фенольного комплекса, извлекаемого из коры лиственницы Гмелина // Химия растительного сырья. 2008. №2. С. 35–38.
Поступило в редакцию 21 февраля 2008 г.
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 89–94.
УДК 547.514.471:547.542.61
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСТРАКЦИИ ВАНИЛИНА МОНООКТИЛАМИНОМ
И ТРИБУТИЛФОСФАТОМ
©
В.Е. Тарабанько*, Ю.В. Челбина, К.Л. Кайгородов
Институт химии и химической технологии СО РАН, Красноярск, К. Маркса,
42, 660049 (Россия) E-mail: veta@icct.ru
Исследована возможность экстракции ванилина из водных растворов октиламином, трибутилфосфатом и их растворами в гептане. Экстракция ванилина октиламином протекает путем взаимодействия экстрагента как с фенольной, так и
с карбонильной группой ванилина с образованием основания Шиффа, что обеспечивает уникально высокие коэффициенты распределения ванилина вплоть до 600. Оценены коэффициенты распределения ванилина для трибутилфосфата,
достигающие значения 110. Тангенсы угла наклона логарифмических зависимостей коэффициента распределения ванилина от концентрации октиламина или трибутилфосфата практически не зависят от природы экстрагентов и имеют значение tg  = 1,50,2. Изучена возможность реэкстракции ванилина водным раствором гидросульфита натрия.
Ключевые слова: Ванилин, экстракция, алкиламины, монооктиламин, трибутилфосфат, основания Шиффа, бисульфитирование.
Введение
В процессах получения ванилина окислением лигносульфонатов и другого растительного сырья важнейшей стадией является его экстракционное извлечение из рабочих растворов, содержащих около 10 г/л
целевого продукта и на порядок больше различных примесей. По этой причине процесс экстракции преследует достижение двух целей: концентрирование ванилина и отделение его от примесей. Известны два основных технологических метода экстракции ванилина: бензолом или толуолом из кислых растворов и низшими алифатическими спиртами из щелочных [1]. Преимущество первого подхода, применявшегося на
Сясьском ЦБК, заключается в достаточно высоком коэффициенте распределения ванилина (6,3 для бензола
[2]), а недостатки связаны с выпадением осадков лигнокислот при подкислении реакционной массы, что
затрудняет расслоение фаз и понижает наблюдаемый коэффициент распределения вследствие сорбции ванилина третьей фазой. Достоинства последнего способа, наоборот, заключаются в отсутствии осадка лигнокислот и связанных с ним осложнений процесса экстракции, а недостаток состоит в малых значениях коэффициентов распределения ванилата натрия, не превышающих единицы [3].
Требования высокой селективности экстракции и больших коэффициентов распределения зачастую противоречат друг другу [4], а для повышения коэффициентов распределения ванилина при экстракции из щелочных растворов необходимы новые эффективные экстрагенты. Высокие значения коэффициента распределения ванилина (D = 130) получены при использовании трибутилфосфата [5].
Известные экстрагенты ванилина объединяются одним общим признаком: экстракционные комплексы ванилин – экстрагент образуются преимущественно взаимодействием последнего с фенольной группой ванилина
(4-гидрокси-3-метоксибензальдегид) [6]. Продукты окисления лигнинов в значительных концентрациях содержат гидроксильные группы различных фенолов, карбоновых и сульфокислот [7, 8], и это свойство реакционных масс обусловливает низкую селективность традиционных процессов экстракции ванилина. Содержание
карбонильных групп в лигнинах и продуктах их окисления, наоборот, невелико [7]. Эти особенности продуктов окисления лигнинов используются для первичной очистки ванилина, например бисульфитированием [9],
*
Автор, с которым следует вести переписку.
90
В.Е. ТАРАБАНЬКО, Ю.В. ЧЕЛБИНА, К.Л. КАЙГОРОДОВ
однако количественные данные по устойчивости ванилин-бисульфитного производного в литературе отсутствуют. Использование экстрагентов, обладающих сродством к карбонильной группе ванилина, очевидно, позволит повысить селективность его экстракции из продуктов окисления лигнинов.
В настоящей работе изучены возможности экстракции ванилина «сильными» экстрагентами, трибутилфосфатом и монооктиламином. В последнем случае, кроме хорошо известного образования в экстрагируемом
комплексе связей Ar-OH.....NH2R, возможно образование оснований Шиффа с карбонильной группой ванилина:
Ar-CHO + H2NR = Ar-CH=NR + H2O,
а экстракционные процессы такого типа практически не исследованы. Проблему выделения ванилина из таких
высококипящих экстрагентов можно решить, применяя процессы реэкстракции ванилина водно-щелочными
растворами или растворами бисульфита натрия. Изучение таких процессов проведено в настоящей работе.
Экспериментальная часть
В работе использовали ванилин пищевой (ГОСТ 16599-71), монооктиламин квалификации «чда» без дополнительной очистки, трибутилфосфат (ТБФ), ацетат натрия и уксусную кислоту квалификации «хч».
Экстракцию проводили в пробирке, содержащей водный раствор ванилина, ацетатного буфера и раствор
октиламина или трибутилфосфата заданной концентрации в гептане. Пробирку встряхивали в течение 15
мин, а после расслоения фаз шприцем отбирали пробы для анализа.
Необходимые значения рН водной фазы в экстракционной системе создавали ацетатным буфером соответствующего состава и измеряли стеклянным электродом ЭСЛ-63-07 (иономер ЭВ-74).
Концентрацию ванилина в водной фазе определяли спектрофотометрическим методом на длине волны 325
нм, а в органической – рассчитывали по разности исходной и конечной концентрации ванилина в водной фазе.
Спектры протонного магнитного резонанса органической и водной фаз экстракционной системы регистрировали в дейтерированных хлороформе и воде, соответственно, на спектрометре «Bruker DPX-200W»
Центра коллективного пользования КНЦ СО РАН. Ванилин (5 г/л) из его раствора в дейтерированной воде
с ацетатным буфером (136 г/л, рН 8) экстрагировали 0,5 М раствором октиламина в гептане. Органическую
фазу отделяли, разбавляли дейтерохлороформом (1 : 1) и записывали спектр ПМР.
Результаты и обсуждение
Экстракция октиламином. На рисунке 1 представлены зависимости коэффициента распределения ванилина от рН водной фазы при различных концентрациях октиламина в гептане. Зависимости имеют экстремальный характер с максимумом в области рН 8–10, а максимальные значения коэффициентов распределения
достигают значений вплоть до 600 и более. Для сравнения отметим, что коэффициенты распределения ванилина в ряду распространенных растворителей гептан – спирты – хлороформ меняются в пределах 0,2–30.
Логарифмическая зависимость коэффициента распределения ванилина от концентрации октиламина
близка к линейной и имеет тангенс угла наклона, равный 1,620,14 (рис. 2). Это означает, что в состав экстрагируемых комплексов в среднем входят одна – две молекулы октиламина.
Природа экстрагируемого комплекса изучена методом протонного магнитного резонанса. На рисунке 3 показаны спектры ПМР раствора смеси ванилин – октиламин (рис. 3а), этого раствора после подкисления
(рис. 3б), а также органической фазы экстракционной системы ванилин – октиламин в дейтерированном хлороформе (рис. 3в). Ванилин взаимодействует с монооктиламином с образованием основания Шиффа (уравнение (1)): в спектре (а) имеются сигналы протона карбонильной группы ванилина (d 9,78 м.д.) и сигнал 8,13
м.д., соответствующий протону карбоиминной группы основания Шиффа (выделен в уравнениях ниже) [10].
Сигналы протонов ароматического кольца ванилина и основания Шиффа находятся в области 6,6–7,5 м.д. При
подкислении основания Шиффа вместо сигнала 8,13 м.д. в спектре появляются два сигнала (δ 8,02 и 8,36 м.д.),
соответствующие протонам протонированной формы основания Шиффа (уравнение (2)) [10].
Ar-CHO + H2NR = Ar-CH=NR;
(1)
Ar-CH=NR + H+ = Ar-CH=N+HR;
(2)
600
500
400
300
200
100
0
1
Log D
D
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСТРАКЦИИ ВАНИЛИНА…
2
3
7
8
9
10
pH
11
12
Рис. 1. Зависимость коэффициента
распределения ванилина от рН среды в системе
вода-гептан с концентрацией октиламина,
моль/л: 1 – 7,75; 2 – 2,41; 3 – 0,36
3 ,0
2 ,5
2 ,0
1 ,5
1 ,0
0 ,5
0 ,0
- 0 ,6 - 0 ,3 0 ,0 0 ,3 0 ,6
lo g [R N H 2]
91
0 ,9
Рис. 2. Зависимость коэффициента распределения
ванилина от концентрации октиламина в системе
гептан–вода в логарифмических координатах
В спектре экстракта (в) сигнал карбонильной группы (δ 9,78 м.д.) отсутствует. Это означает, что ванилин
в экстракте практически полностью прореагировал с октиламином. Сопоставление спектров экстракта (в),
основания Шиффа (а) и его протонированной формы (б) показывает, что экстрагируемый комплекс имеет
структуру основания Шиффа (уравнение (1)).
Экстремальная зависимость коэффициента распределения ванилина от рН объясняется, очевидно, несколькими причинами. Падение значений k при рН более 9 обусловлено кислотной диссоциацией фенольной группы ванилина (рК 7,4 [11]), что препятствует взаимодействию амина как с фенольной, так и с карбонильной группой. Уменьшение коэффициентов распределения при снижении рН менее 7 может быть обусловлено протонированием аминогруппы (рКb 3–4 [11]) в неактивную в реакциях взаимодействия с карбонильной и гидроксильной группами ванилина форму.
Рис. 3. ПМР спектры
раствора ванилина (0,22
М) и октиламина (0,50
М) (а), после его
подкисления НС1 (0,8
М) (б) и органической
фазы (экстракта)
ванилина октиламином
(в) в дейтерированном
хлороформе
В.Е. ТАРАБАНЬКО, Ю.В. ЧЕЛБИНА, К.Л. КАЙГОРОДОВ
92
Положение максимума коэффициента распределения ванилина в зависимости от кислотности среды в
первом приближении определяется максимумом произведения концентраций нейтральных форм ванилина и
октиламина при изменении рН. Нетрудно показать, что значение рН этого максимума определяется среднеарифметическим значением показателей констант кислотности процессов, снижающих концентрацию
нейтральных, активных в процессе образования экстрагируемого комплекса форм:
рНmax = (рКа(ванилин) + рКа(октиламмоний))/2 = (7,4 + 10,5)/2  9.
(3)
Полученное значение рН 9 попадает в область экспериментально определенных значений максимумов
рН 8,5–9,5.
Таким образом, благодаря способности монооктиламина взаимодействовать с молекулой ванилина по
карбонильной и фенольной группе
OH ... NH2CH2R
OH
H3CO
H3CO
(4)
+ NH2CH2R
CHO
HC
N CH2 R
этот экстрагент обеспечивает уникально высокие коэффициенты распределения, а при использовании умеренных концентраций и высоких значений рН могут быть достигнуты высокие селективности при экстракции ванилина из продуктов окисления лигнинов.
Экстракция трибутилфосфатом. Трибутилфосфат – широко используемый промышленный экстрагент.
Известный коэффициент распределения фенола в системе вода – ТБФ имеет значение D = 400, а ванилина –
130 [5]. Это указывает на перспективность применения трибутилфосфата в стадиях экстракционного извлечения и концентрирования ванилина из реакционных растворов.
Зависимости коэффициента распределения ванилина от рН среды при экстракции растворами трибутилфосфата имеют экстремальный характер с максимумом в области рН 6 (рис. 4). Падение коэффициента распределения при рН > 6 обусловлено, вероятно, депротонированием ванилина (рКа 7,4), а при рН < 6 – протонированием ацетат – иона (рКа 5) используемого буферного раствора. Последнее приводит к образованию
уксусной кислоты и ее конкурирующей экстракции трибутилфосфатом.
Положение максимума коэффициента распределения ванилина в зависимости от рН среды в этом случае
(подавление экстракции двумя рН-зависимыми процессами), как и в рассмотренной выше ситуации с октиламином, может определяться среднеарифметическим значением показателей констант кислотной диссоциации ванилина и уксусной кислоты, равном шести.
Коэффициент распределения ванилина монотонно увеличивается при возрастании концентрации экстрагента,
достигая максимальных значений D = 110 (рис. 4). Эта зависимость в логарифмических координатах практически
линейна (рис. 5) и имеет тангенс угла наклона tg = 1,400,15. Это позволяет предполагать, что экстрагируемые
комплексы ванилин – ТБФ имеют стехиометрию 1 : 1 и 1 : 2 и находятся в растворе в близких концентрациях.
2,0
6
3
2
4
1
3 4 5 6 7 8 9 10 11
ðÍ
Рис. 4. Зависимость коэффициента распределения
ванилина (0,07 моль/л) от рН среды в системе вода
– ТБФ – гептан с концентрацией ТБФ, моль/л:
1 – 0,54; 2 – 0,99; 3 – 1,50; 4 – 2,26; 5 – 2,92; 6 – 3,65
1,5
lg D
5
D
120
100
80
60
40
20
0
1,0
0,5
0,0
tg 
tg = 1,40+0,15
-0,9 -0,6 -0,3 0,0 0,3 0,6
lg ÒÁÔ
Рис. 5. Логарифмическая зависимость
коэффициента распределения ванилина
от концентрации ТБФ
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСТРАКЦИИ ВАНИЛИНА…
93
Ванилин в экстрагируемых комплексах связан с ТБФ, согласно литературным данным, по экстракции фенолов водородными связями фенольного гидроксила. Это определяет возможность реэкстракции ванилина из органической фазы путем обработки водным раствором щелочного агента, щелочи или соды. Такой подход, однако,
может быть осложнен гидролизом трибутилфосфата, сложного эфира, в области рН выше 10 [11]. С этой точки
зрения, представляют интерес реэкстракция ванилина водными растворами гидросульфита натрия и количественное изучение устойчивости соответствующего натрий-бисульфитного производного ванилина.
Реэкстракция ванилина растворами гидросульфита натрия. Оценку константы равновесия образования ванилин-бисульфитного производного проводили экстракционным методом, определяя коэффициент
распределения ванилина в системе октанол – водный раствор гидросульфита натрия при рН 5,5, обеспечивающем протонирование сульфит-иона в гидросульфит-ион. На рисунке 6 представлена зависимость
наблюдаемого коэффициента распределения ванилина от концентрации гидросульфит-иона в координатах,
линеаризующих эту связь согласно уравнению
1
K  HSO 3  1

 .
Dobs
D
D
(5)
Здесь Dobs и D – наблюдаемый и истинный коэффициенты распределения ванилина соответственно, K –
константа равновесия образования ванилин-бисульфитного производного. Полученная зависимость линейна, а тангенс угла наклона этой прямой равен tg = K/D = 17,30,8. Отсюда следует значение константы
равновесия образования ванилин-бисульфитного производного K = 350+20.
Полученные результаты позволяют количественно оценить возможность реэкстракции ванилина гидросульфитом из растворов в трибутилфосфате. Отношение коэффициентов распределения ванилина при экстракции ТБФ и октанолом равно 5, и с учетом данных рисунка 6 в процессе реэкстракции одномолярным
раствором гидросульфита из трибутилфосфата наблюдаемый коэффициент распределения ванилина будет
иметь значение Dobs  0,25. В процессах реэкстракции ванилина используются растворы гидросульфита
натрия концентрацией вплоть до 3 моль/л [9], где согласно уравнению (5), достигается значение Dobs  0,1.
Эти значения вполне достаточны для реализации эффективных процессов реэкстракции ванилина из растворов в ТБФ растворами гидросульфита натрия. Аналогичным образом можно реэкстрагировать ванилин из
растворов моноалкиламинов концентрацией около 1 моль/л, для которых коэффициент распределения ванилина на стадии экстракции составляет около 100 (рис. 1, 2).
Окисление лигносульфонатов в ванилин в промышленности проводится в сильнощелочной среде, однако
из-за повышения кислотности в процессе полученная реакционная масса может иметь рН около 9, вполне подходящий для экстракции моноалкиламинами и, возможно, трибутилфосфатом. Таким образом, полученные
результаты открывают возможность создания эффективных и высокоселективных методов экстракции ванилина моноалкиламинами и трибутилфосфатом и его реэкстракции растворами гидросульфита натрия.
20
1/D
16
12
8
4
Рис. 6. Влияние концентрации гидросульфита
натрия на обратную величину наблюдаемого
коэффициента распределения ванилина в системе
вода – октанол. 0,07 моль/л ванилина, рН = 5,5
0
0,0
tg 
0,2
tg  = 17,27 + 0,82
0,4
0,6
0,8
NaHSO3, M
1,0
1,2
В.Е. ТАРАБАНЬКО, Ю.В. ЧЕЛБИНА, К.Л. КАЙГОРОДОВ
94
Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
Encyclopedia of Chemical Technology. / 2nd Ed., ed. H.V. Mark. Interscience Publ., J.W.& Sons. N.-Y.–London.
1972. V. 21. P. 180–196.
Коренман Я.И. Коэффициенты распределения органических соединений: справочник. Воронеж, 1992. 336 с.
Тарабанько В.Е., Иванченко Н.М., Кудряшев А.В., Гульбис Г.Р. // Журнал прикладной химии. 1996. Т. 69. №4.
C. 580–582.
Тарабанько В.Е., Коропачинская Н.В. Каталитические методы получения ароматических альдегидов из лигнинсодержащего сырья // Химия растительного сырья. 2003. №1. С. 5–25.
Коренман Я.И., Маслова Н.В., Суханов П.Т. Особеннности экстракции ванилина бинарными смесями гидрофобных растворителей // Химия растительного сырья. 2007. №2. С. 33–36.
Смольская Е.Л., Стоянов Е.С., Егуткин Н.Л. // Известия АН СССР. Сер. химия. 1991. Вып. 3. C. 593–599.
Чудаков М.И. Промышленное использование лигнина. М., 1983. 154 с.
Грушников О.П., Елкин В.В. Достижения и проблемы химии лигнина. М., 1973. 189 c.
Камалдина О.Д., Массов Я.А. Получение ванилина из лигносульфонатов. М., 1959. 38 c.
Holik M., Belusa J., Brichacek J. 1H-NMR study of a transfer of substituent effects in para-substituted benzylideneanilines and their conjugate acids // Collection Czechoslov. Chem. Commun. 1978. V. 43. №2. P. 610–620.
Таблицы констант скорости и равновесия гетеролитических органических реакций / под ред. В.А. Пальма. М.,
1975. Т. 1.
Поступило в редакцию 28 мая 2008 г.
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 95–100.
УДК 615.32 + 582.565.2
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СОКА КАЛЛИЗИИ ДУШИСТОЙ (CALLISIA
FRAGRANS WOOD.) И ЕГО АНТИОКСИДАНТНАЯ АКТИВНОСТЬ
(IN VITRO)
©
Д.Н. Оленников*1, И.Н. Зилфикаров2, А.А. Торопова1, Т.А. Ибрагимов3
Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН, ул. Сахьяновой, 6,
Улан-Удэ, 670047 (Россия) E-mail: oldaniil@rambler.ru
2
Закрытое акционерное общество «Вифитех», к. №84 ГНЦ ПМБ,
п. Оболенск,Московская обл., 142279 (Россия) E-mail: dagfarm@mail.ru
3
ГОУ ВПО «Пятигорская государственная химико-фармацевтическая
академия», пр. Калинина, 11, Пятигорск, 35753 (Россия)
E-mail: aloefarm@mail.ru
1
В ходе изучения химического состава сока каллизии душистой (Callisia fragrans Wood., «золотой ус», сем.
Commelinаceae), установлено наличие в нем углеводов (полисахаридов и свободной глюкозы), аскорбиновой кислоты,
аминокислот, фенолокислот (галловая, кофейная, цикориевая, феруловая), флавоноидов (кверцетин, кемпферол), кумаринов (умбеллиферон, скополетин), антрахинонов (алоэ-эмодин), тритерпеновых соединений (β-ситостерин) и холина.
С применением ДФПГ-метода выявлена антирадикальная активность, обусловленная присутствием кумаринов, фенолокислот и аскорбиновой кислоты, а также обнаружена способность сока C. fragrans к связыванию ионов Fe2+, молекул
NO, радикалов О2•– и инактивации Н2О2.
Ключевые слова: каллизия душистая, Callisia fragrans Wood, антирадикальная активность, антиоксидантная активность.
Сокращения: АФК – активные формы кислорода, БАС – биологически активное соединение, БХ – бумажная хроматография, ВЭЖХ – высокоэффективная жидкостная хроматография, ВЭТСХ – высокоэффективная тонкослойная хроматография, Д – детектор, ДФПГ – дифенилпикрилгидразил, СВС – сухие вещества сока.
Введение
Каллизия душистая (Callisia fragrans Wood., «золотой ус», cем. коммелиновые – Commelinaceae) – культивируемое многолетнее суккулентное травянистое растение. Местообитание C. fragrans на родине – влажные леса юга Мексики, полуострова Юкатан и Гватемалы; чаще всего она встречается во вторичном лесу, на
месте старых вырубок. В России C. fragrans выращивается как декоративное растение в домашних условиях;
она хорошо культивируется в условиях теплицы [1].
Сведения о применении C. fragrans чрезвычайно обширны; с применением системы Google® на запрос по
ключевому слову «золотой ус» предлагается более 400 тысяч ссылок. Средства массовой информации (печатные и электронные) рекомендуют данное растение для терапии практически всех известных заболеваний.
Результатов целенаправленных фармакологических исследований C. fragrans и ее препаратов в доступной
научной литературе нам обнаружить не удалось.
Данные о химическом составе C. fragrans также немногочисленны. Ранее был изучен состав нейтральных, глико- и фосфолипидов листьев, побегов и стеблей, доминирующими компонентами которых являются
пальмитиновая, линолевая, олеиновая и линоленовая кислоты; также установлено присутствие каротиноидов (α-, β-каротины, неоксантин, антераксантин), хлорофиллов (a и b), аскорбиновой кислоты и антоцианов
*
Автор, с которым следует вести переписку.
96
Д.Н. ОЛЕННИКОВ, И.Н. ЗИЛФИКАРОВ, А.А. ТОРОПОВА, Т.А. ИБРАГИМОВ
[2]. С применением метода ГХ/МС идентифицированы салициловая, ванилиновая и хлорогеновая кислоты,
фитол, ванилин, биформен, сквален, лупеол и бетулин [3].
Целью настоящей работы является исследование качественного состава и количественного содержания
биологически активных соединений сока C. fragrans, а также определение антиоксидантной активности
в экспериментах in vitro.
Экспериментальные условия
Сырье C. fragrans (надземная часть) предоставлено экспериментальным хозяйством СГАУ им. Н.И. Вавилова (Саратов, Россия).
Извлечение сока осуществляли в лабораторных условиях вручную: для этого сырье измельчали на блендере, полученную массу отжимали через капрон и далее фильтровали через бумажный фильтр в вакууме. Полученный сок представлял собой прозрачную жидкость желтого цвета со слабым характерным запахом, содержание сухих веществ (СВС) 2,22%, плотность 0,986 г/см3. Выход сока ~80% от массы свежего сырья.
Фракционирование экстрактивных веществ. 21,5 л сока C. fragrans, полученного из 27 кг свежего сырья,
концентрировали до объема 3 л и подвергали жидкофазной экстракции последовательно гексаном, хлороформом,
этилацетатом и бутанолом. К водному остатку после жидкофазной экстракции приливали 95% спирт этиловый
(1 : 5), выпавший осадок полисахаридов центрифугировали и высушивали сменой растворителей. Супернатант
концентрировали до полного удаления спирта этилового и высушивали в вакуум-сушильном шкафу.
Для деминерализации и удаления полисахаридов 100 мл сока C. fragrans пропускали через колонку с катионитом КУ-2-8 (Н+-форма, 1  20 см), элюировали 300 мл воды и концентрировали элюат до объема
50 мл. После чего к водному остатку приливали 95% спирт этиловый (1 : 5), выпавший осадок центрифугировали; супернатант концентрировали, высушивали и использовали в эксперименте (сок II).
В работе использовали следующие образцы СОВС: скополетин, умбеллиферон, алоэ-эмодин, аскорбиновая
кислота, галловая, кофейная, цикориевая, феруловая кислоты, кверцетин, кемпферол, глюкоза (Fluka),
β-каротин (Acros Organics), β-ситостерин, холин, таннин скумпии (Aldrich), а также дифенилпикрилгидразил
(ДФПГ, MP Biomedicals Inc.), о-фенантролин, ионол (Fluka); остальные реактивы имели степень чистоты ч.д.а.
Для регистрации спектров поглощения использовали спектрофотометр UV-Vis-mini (Shimadzu); для регистрации оптической плотности в кинетическом режиме – спектрофотометр Cecil-2001.
ВЭТСХ проводили на пластинах Сорбфил ПТСХ-АФ-В (Сорбполимер) в следующих условиях: антрацены – этилацетат–MeOH–H2O (100 : 13,5 : 10) (Д: 5% КОН, УФ), тритерпеновые соединения – бензол–
этилацетат (2 : 1) (Д: 20% H2SO4, УФ), фенолокислоты – этилацетат–толуол–HCOOH–H2O (100 : 5 : 10 : 10)
(Д: NH3, 5% FeCl3, УФ), флавоноиды – этилацетат–HCOOH–CH3COOH–H2O (100 : 11 : 11 : 26) (Д: 5% AlCl3,
УФ). Для определения компонентов, обладающих антирадикальной активностью, хроматограммы обрабатывали 0,02% раствором ДФПГ в 95% спирте этиловом.
Для анализа алкалоидов фракции хроматографировали на бумаге FN-16 (Filtrak) клиновидным способом
в системе растворителей BuOH–CH3COOH–H2O (4 : 1 : 2), Д: 5% раствор рейнеката аммония в ацетоне.
ВЭТСХ-денситометрический анализ проводили с применением планшетного сканера Mustek 2000 и программы для сканирующей денситометрии TLC-Manager 3.1 (©PinSoft 2005).
ВЭЖХ. Анализ этилацетатной фракции проводили на жидкостном хроматографе Gilston 305 с ручным
инжектором Rheodyne 7125; колонка (2504,6 мм) Kromasil C18 (5 μ); подвижная фаза МеОН–Н2О–Н3РО4
(80 : 120 : 1); Т = 20 ºС; скорость 0,8 мл/мин; УФ-детектор Gilston UV/VIS 151, λ = 254 нм. По 20 мкл исследуемого раствора (0,012% раствор в 70% спирте этиловом) и растворов сравнения (0,05% растворы в 70%
спирте этиловом) вводили в хроматограф и хроматографировали.
Количественный анализ сока C. fragrans осуществляли с применением следующих методик: сухой остаток, зольность [4], органические кислоты [5], углеводы [6], фенолы [7], свободные аминокислоты [8], липиды общие – гравиметрическим методом после экстракции смесью CHCl3–MeOH (3 : 1).
Антирадикальную активность определяли с применением ДФПГ-метода по методу Seyoum с соавт. [9],
связывание супероксидных радикалов и инактивация пероксида водорода – по методу Chen с соавт. [10],
связывание NO – по методу Govindarajan с соавт. [11].
Fe2+-хелатирующая способность. В центрифужную пробирку вместимостью 10 мл вносят 200 мкл исследуемого раствора и 25 мкл 0,003% раствора FeSO4. Раствор термостатируют при 20 °С в течение 10 мин,
после чего к нему приливают 3 мл 95% спирта этилового, встряхивают и центрифугируют при 3000 об/мин в
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СОКА КАЛЛИЗИИ ДУШИСТОЙ …
97
течение 10 мин. К 3 мл супернатанта приливают 200 мкл 0,005% раствора о-фенантролина в 95% спирте
этиловом и определяют оптическую плотность раствора через 10 мин при длине волны 505 нм. В качестве
раствора сравнения используют раствор, приготовленный по аналогичной схеме без введения FeSO4.
Результаты и их обсуждение
В результате фракционирования сока C. fragrans получено 6 фракций (табл. 1). Наибольший выход
наблюдается для водной фракции, содержание которой составляет около 50% от массы сухих веществ.
Хроматографический анализ хлороформной фракции показал наличие в ней кумаринов и антраценпроизводных. Содержание кумаринов в хлороформной фракции по данным ВЭТСХ-ДМ составляет 57,31% (концентрация в соке 32 мкг/мл) (рис. 1). В сравнении с хроматографической подвижностью СОВС идентифицированы
скополетин и умбеллиферон в соотношении 1,0 : 3,1 (концентрация в соке 6,70 и 20,77 мкг/мл, соответственно), а
также алоэ-эмодин в количестве 3,33% от массы фракции (концентрация в соке 1,81 мкг/мл).
В этилацетатной фракции методом ВЭЖХ обнаружено 12 соединений; из них идентифицировано 7 (рис. 2).
Доминирующим являются галловая и аскорбиновая кислоты (26,03 и 38,12% соответственно), содержание которых в соке C. fragrans составляет 7,62 и 5,21 мкг/мл соответственно.
В ходе исследования общего химического состава сока C. fragrans установлено наличие в нем углеводов (полисахаридов и свободной глюкозы), органических кислот, аминокислот, тритерпеновых соединений и алкалоидов; сердечные гликозиды и иридоиды не обнаружены (табл. 2). На долю углеводов, органических кислот и зольных элементов
приходится до 95% от массы СВС; содержание остальных классов соединений не превышает 5%.
Таблица 1. Выходы фракций сока C. fragrans и их антирадикальная активность
Выход, %
от массы сока
от массы СВС
гексановая
0,0003
0,025
хлороформная
0,0055
0,49
этилацетатная
0,02
1,49
бутанольная
0,04
3,07
полисахариды
0,21
18,41
водная
0,86
76,42
исходный сок
–
–
сок II
–
–
* – концентрация, вызывающая 50% улавливание радикалов ДФПГ; ** – в пересчете на СВС
Фракция
Рис. 1. Фрагмент хроматограммы хлороформной
фракции сока C. fragrans (ВЭТСХ, участок с Rf 0,6–
1,0): 2 – скополетин; 3 – умбеллиферон; 4 – элоээмодин; Ir – относительная интенсивность
IC50, мг/мл*
0,210
0,024
0,087
> 10
0,032
1,07**
0,98**
Рис. 2. Хроматограмма этилацетатной фракции сока
C. fragrans (ВЭЖХ): 1 – аскорбиновая кислота;
2 – галловая кислота; 3 – кофейная кислота;
4 – цикориевая кислота; 5 – феруловая кислота;
6 – кверцетин; 7 – кемпферол
Д.Н. ОЛЕННИКОВ, И.Н. ЗИЛФИКАРОВ, А.А. ТОРОПОВА, Т.А. ИБРАГИМОВ
98
Таблица 2. Химический состав сока C. fragrans
Группа БАС
Сухие вещества
Зольность
Аминокислоты
Углеводы
Идентифицировано
Свободные углеводы (глюкоза) / Полисахариды
Общее содержание
Органические
Свободные / связанные
кислоты
Общее содержание
Фенольные
Кумарины (умбеллиферон, скополетин)
соединения
Антрахиноны (алоэ-эмодин)
Фенолокислоты (галловая, кофейная,
цикориевая, феруловая)
Флавоноиды (кемпферол, кверцетин)
Липиды
Каротиноиды (β-каротин)
Тритерпеновые соединения (β-ситостерин)
Общее содержание
Другие
Холин
Сердечные гликозиды, иридоиды
Концентрация, %
от массы сока
от массы СВС
2,22
100
0,67
30,37
0,07
3,20
0,56 / 0,05
25,13 / 2,44
0,61
27,57
0,14 / 0,68
6,23 / 30,82
0,82
37,05
0,0032
0,14
0,00018
0,008
0,00975
0,00135
0,37
0,05
0,0047
0,21
+
Не обнаружены
Исследованиям активных форм кислорода (АФК) в последнее время уделяется особое внимание по причине их
участия в ряде патологических процессов, связанных со свободно-радикальным окислением. К АФК, продуцируемым in vivo, относят супероксидный радикал (О2•-), пероксид водорода (Н2О2) и гипохлористую кислоту (HClO). О2•и Н2О2 могут взаимодействовать в присутствии ионов переходных металлов (например Fe2+), в результате чего образуются реакционноспособные гидроксирадикалы. Оксид азота (NO) является плейотропным медиатором некоторых физиологических процессов, но также он участвует в патогенезе воспаления и боли. Поэтому если развитие
некоторых патологических процессов связано с дисбалансом между окислительным стрессом и антиоксидантной
защитой организма, то существует вероятность ограничения окислительного повреждения введением веществ, способных связывать влияние АФК (О2•- и Н2О2), NO и ионов Fe2+.
В экспериментах по определению антирадикальной активности (ДФПГ-метод) установлена величина 50%
улавливания ДФПГ-радикалов, составляющая 1,07 мг/мл (табл. 1). После удаления из сока C. fragrans полисахаридов и зольных элементов активность незначительно увеличивается (IC50 = 0,98 мг/мл). Хлороформная
фракция проявляет заметную выраженность действия (IC50 = 0,21 мг/мл); после проявления хроматограммы
данной фракции раствором ДФПГ-радикала выявлены зоны наиболее активных соединений, идентифицированные со скополетином и умбеллифероном. Наибольшая активность отмечена для этилацетатной фракции
(IC50 = 24 мкг/мл), действие которой обусловлено в большей степени присутствием галловой, аскорбиновой и
кофейной кислот, что также подтверждено хроматографически (ВЭТСХ-ДФПГ).
При исследовании кинетических кривых связывания ДФПГ растворами сока C. fragrans выявлено дозозависимое действие: при концентрации сока в реакционной смеси 4,5 мг/мл его активность сопоставима с
таковой растворов кверцетина в концентрации 0,01 мг/мл (рис. 3).
В экспериментах по определению способности сока C. fragrans связывать Fe2+, О2•- и NO, а также инактивировать Н2О2, установлено наличие активности в отношении указанных частиц (рис. 4).
При исследовании Fe2+-хелатирующей активности сока C. fragrans найдено, что величина IC50 составляет
0,79 мг/мл (ионол 0,15 мг/мл); для О2•- данная величина составляет 0,36 мг/мл.
Сок C. fragrans вызывает инактивацию Н2О2: IC50 составляет 0,57 мг/мл; аналогичные показатели для
ионола и таннина составляют 0,46 и 0,75 мг/мл соответственно (рис. 4В). Н 2О2 является слабым окисляющим агентом, но при взаимодействии с ионами Fe2+ может приводить к образованию гидроксирадикалов,
чем обусловлено его токсическое действие. Разрушение Н 2О2 наблюдается под влиянием некоторых ферментов (пероксидаза, каталаза), ионов металлов и фенольных соединений, присутствие которых, вероятно,
является причиной активности сока C. fragrans.
По отношению к NO сок C. fragrans более активен (IC50 = 2,96 мг/мл), чем таннин (IC50 = 3,50 мг/мл) и
несколько уступает по действию аскорбиновой кислоте (IC50 = 1,28 мг/мл).
Проведенные эксперименты показали, что сок C. fragrans проявляет свойства антиоксиданта, нейтрализуя влияние свободных радикалов, NO и ионов Fe2+.
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СОКА КАЛЛИЗИИ ДУШИСТОЙ …
DPPH
с
,%
99
0,12
100
0,49
80
60
1,96
40
3,43
20
4,50
K
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
t, мин
20
Рис. 3. Динамика связывания радикалов ДФПГ растворами сока C. fragrans (на рисунке указаны
концентрации СВС в реакционной смеси в мг/мл, К – кверцетин, 0,01 мг/мл). сDPPH – концентрация ДФПГ в
процентах по отношению к начальной, t – время
Б
А
•-
k(О2 ), %
k(Fe), %
100
100
3
2
4
80
80
1
1
50%
60
40
40
20
20
0
0
0
2
4
6
c,
8 мг/мл10
В
50%
60
0
2
6c, мг/мл 8
4
Г
k(NO), %
k(H2 O2), %
100
100
2
1
80
4
80
1
3
60
50%
60
50%
3
40
40
20
20
0
0
0
2
4
6c, мг/мл 8
0
2
4
6
c,
8 мг/мл10
Рис. 4. Результаты экспериментов по определению связывания Fe2+ (А), О2•- (Б), Н2О2 (В), NO (Г) соком C.
fragrans (1) и стандартными антиоксидантами (ионол – 2, танин – 3, кислота аскорбиновая – 4). k(Fe2+),
k(О2•-), k(Н2О2), k(NO) – степень связывания или инактивации по отношению к контролю
100
Д.Н. ОЛЕННИКОВ, И.Н. ЗИЛФИКАРОВ, А.А. ТОРОПОВА, Т.А. ИБРАГИМОВ
Выводы
В результате проведенных исследований сока каллизии душистой (Callisia fragrans Wood., «золотой ус»)
установлен его химический состав, представленный разными классами соединений: углеводы, аминокислоты, органические кислоты, фенольные соединения, тритерпеновые соединения и алкалоиды. В составе фенольных соединений идентифицированы галловая, кофейная, цикориевая, феруловая кислоты, кверцетин,
кемпферол, умбеллиферон, скополетин и алоэ-эмодин.
Методами in vitro выявлено наличие антирадикальной активности (ДФПГ-метод), а также установлена способность сока C. fragrans к связыванию ионов Fe2+, молекул NO, радикалов О2•- и инактивации молекул Н2О2.
Полученные данные свидетельствуют о наличии у сока C. fragrans антиоксидантной активности, обусловленной присутствием фенольных соединений и аскорбиновой кислоты.
Список литературы
Семенова Л.В., Ямпольский Ю.В. Каллизия – Callisia fragrans (Lindl.) Woodson – выращивание и использование //
Лекарственные экзотические растения. Вып. 1. СПб., 2003. 125 с.
2. Черненко Т.В., Ульченко Н.Т., Глушенкова А.И., Реджепов Д. Химическое исследование Callisia fragrans // Химия
природных соединений. 2007. №3. С. 212–213.
3. Кондратьева В.В., Курилов Д.В., Воронкова Т.В., Олехнович Л.С. и др. Callisia fragrans (Lindl.) Woodson как продуцент физиологически активных соединений // Современная физиология растений: от молекул до экосистем: тез.
докл. межд. конф. Сыктывкар, 2007. С. 366–368.
4. Государственная фармакопея СССР. Изд. XI. Вып.2. М., 1990. 398 с.
5. Оленников Д.Н., Танхаева Л.М., Николаева Г.Г., Маркарян А.А. Методика количественного определения суммарного
содержания органических кислот в растительном сырье // Растительные ресурсы. 2004. Т. 40. Вып. 3. С. 112–116.
6. Оленников Д.Н., Танхаева Л.М. Методика количественного определения группового состава углеводного комплекса растительных объектов // Химия растительного сырья. 2006. №4. С.29–33.
7. Folin O., Ciocalteu V. On tyrosine and triptophane determination in proteins // Journal of Biological Chemistry. 1927. V.
LXXIII. P. 627–650.
8. Пахомов В.П., Максимова Т.В., Никулина И.Н., Цыганков В.В., Хромова Л.В. Стандартизация рогов и пантов северного оленя. I. Количественное определение нингидринактивных веществ в порошке рогов северного оленя //
Химико-фармацевтический журнал. 1997. №4. С. 53–54.
9. Seyoum A., Asres K., El-Fiky F.K. Structure-radical scavenging relationships of flavonoids // Phytochemistry. 2006. V. 67.
P. 2058–2070.
10. Chen A.-S., Taguchi T., Sakai K., Kikuchi K., Wang M.-W., Miwa I. Antioxidant activities of chitibiose and chititriose //
Biological & Pharmaceutical Bulletin. 2003. V. 26. P. 1326–1330.
11. Govindarajan R., Rastogi S., Vijayakumar M. Studies on the antioxidant activities of Desmodium gagenticum // Biological
& Pharmaceutical Bulletin. 2003. V. 26. P. 1424–1427.
1.
Поступило в редакцию 1 апреля 2008 г.
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 101–103.
УДК 630.86
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИРИДОИДОВ ИЗ КОРЫ
КАЛИНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ
©
В.А. Иванов*, М.В. Момотова, Т.В. Борисова, Б.Д. Левин
Сибирский государственный технологический университет, пр. Мира 82,
Красноярск, 660049 (Россия) E-mail: Manastik@mail.ru
Изучено влияние технологических факторов на процесс выделения иридоидов и экстрактивных веществ из коры калины обыкновенной водно-этанольным раствором. Определены оптимальные условия, обеспечивающие максимальную
степень извлечения иридоидов.
Ключевые слова: экстракция, ириоды, полный факторный эксперимент, биологоческиактивные вещества, кора.
Введение
Сибирь является одним из регионов России, в котором широко распространена калина обыкновенная (Viburnum opulus), в плодах и коре которой присутствуют полифенолы, сахара, органические кислоты, гликозиды,
минеральные, пектиновые, дубильные и другие вещества. В семенах содержатся эфирные масла [1].
Особый интерес вызывает наличие иридоидов, относящихся к горьким гликозидам (горечам) [2], издавна
применяющихся в качестве лекарственного средства, возбуждающего аппетит и улучшающего пищеварение. В этом отношении они очень сходны с пряными веществами, содержащими эфирные масла и оказывающими влияние на секрецию пищеварительных желез. Разница заключается в том, что иридоиды действуют
медленно, но более устойчиво [2].
Анализ имеющихся публикаций показал, что основная масса гликозидов находится в коре калины обыкновенной [1], однако сведения о методах ее переработки в литературе отсутствуют. В этой связи перспектива получения экстрактов с высоким содержанием иридоидов (4,5–5%) явилась стимулом для проведения
настоящего исследования.
Экспериментальная часть
В экспериментах использовалась измельченная воздушно-сухая кора со средним диаметром фракции
0,62 мм.
Извлечение иридоидов и экстрактивных веществ проводилось на лабораторной термостатируемой виброустановке с амплитудой 30 мм и частотой 150 колебаний в минуту. Продолжительность процесса экстракции в соответствии с имеющимися сведениями [3] была равна 60 мин.
В качестве экстрагента, наиболее полно извлекающего иридоиды [4], использовалась водно этанольная смесь. Независимыми переменными были выбраны следующие факторы: Х 1 – температура
системы; Х2 – концентрация этанола в растворителе; Х3 – гидромодуль. Эксперименты проводились на
базе математического планирования по плану Бокса-Бенкена второго порядка [5]. Основные факторы и
уровни их варьирования представлены в таблице 1. Выходными параметрами служили Y1 – степень извлечения иридоидов, процент от содержания в исходном сырье; Y2 – степень извлечения экстрактивных
веществ, процент от содержания в исходном сырье, содержание которых в экстрактах определялось по
соответствующим методикам [3, 6].
*
Автор, с которым следует вести переписку.
В.А. ИВАНОВ, М.В. МОМОТОВА, Т.В. БОРИСОВА, Б.Д. ЛЕВИН
102
Таблица 1. Основные факторы и уровни их варьирования
Характеристика плана
Основной уровень, Хi0 (0)
Шаг варьирования, λi
Верхний уровень, Хi+ (+1)
Нижний уровень, Хi- (-1)
температура, Х1, ºС
60
20
80
40
Переменные факторы
концентрация этанола в смеси, Х2, %
60
20
80
40
гидромодуль, Х3
7
4
15
7
Обсуждение результатов
Результаты реализации матрицы планирования эксперимента приведены в таблице 2, где Y1 и Y2 –
усредненные значения из двух параллельных опытов.
Путем математической обработки значений получены следующие уравнения регрессии:
Y1 = 14,50 – 3,00x1 + 2,01x2 + 8,21x3 + 4,81x12 – 1,15x1x2 – 2,55x1x3 + 0,94x22 – 0,13x2x3 + 2,69x32;
(1)
Y2 = 71,5 0+ 1,69Х1 + 2,75Х2 + 12,43Х3 -1,62Х12 - 1,36Х1Х2 + 3,75Х1Х3 - 2,25Х22 - 5,62Х2Х3 - 8,63Х32.
(2)
Как следует из уравнений (1), (2) и подтверждается при анализе карт Парето, наибольшее влияние на Y1
и Y2 оказывает гидромодуль, остальные факторы менее существенны, но статистически значимы.
Поверхности отклика Y1 и Y2 представлены на рисунках 3 и 4.
Таблица 2. Матрица планирования эксперимента
№
Температура, X1, ºС
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
40
80
40
80
40
80
40
80
60
60
60
60
60
60
60
Концентрация
спирта, X2, %
40
40
80
80
60
60
60
60
40
80
40
80
60
60
60
Рис. 1. Стандартизованная карта Парето для Y1
ГМ, X3
11
11
11
11
7
7
15
15
7
7
15
15
11
11
11
Степень извлечения, Y1, %
20,20
16,60
26,04
18,42
15,47
14,00
35,04
25,71
8,92
12,99
24,85
28,70
14,50
14,50
14,50
Степень извлечения, Y2, %
60,01
67,02
71,10
72,50
50,05
45,10
70,60
80,87
42,50
56,30
75,19
67,58
71,30
71,30
71,30
Рис. 2. Стандартизованная карта Парето для Y2
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИРИДОИДОВ …
Рис. 3. Поверхность отклика выходного параметра Y1
103
Рис. 4. Поверхность отклика выходного параметра Y2
Ввиду статистической значимости независимых переменных условия достижения оптимального степени
извлечений следовало определять методом крутого восхождения, однако возможные диапазоны варьирования Х1 и Х2 чрезвычайно малы, а увеличение переменной Х3, одновременно с ростом выходных параметров
Y1 и Y2, связано с параллельным разбавлением экстрактов и неоправданным ростом расходов на их упаривание, при котором извлекаемые вещества частично разрушаются. По этой причине задача оптимизации
формулировалась следующим образом: методом сканирования трехмерного пространства установить значения независимых переменных, соответствующих максимальному выходу иридоидов [7].
Установлено, что это достигается при температуре – 40 ºС, концентрации этанола – 80% (об), жидкостном модуле 15.
Оптимальные и расчетные значения степени извлечения иридоидов при этих условиях представлены в
таблице 3.
Таблица 3. Степени извлечения иридоидов
Компонент
Суммы иридоидов
Степень извлечения, процент от содержания в исходном сырье
Расчетная
Опытная
39,51
36,79
Как видно, полученная математическая модель позволяет прогнозировать опытные результаты с достаточно большой точностью. Разница между опытным и расчетным значениями Y1 не превышает 7 %.
Выводы
Изучен процесс получения водно-спиртовых экстрактов, содержащих сумму иридоидов, из коры калины
обыкновенной. Установлено, что наиболее значимым фактором является гидромодуль. Концентрация спирта и температура системы в исследованных интервалах менее существенно влияют на выход исследуемых
веществ, но статистически значимы.
Установлено, что максимальное значение степени извлечения иридоидов (36,79%) достигается при температуре 40 ºС, концентрации спирта 80% об, жидкостном модуле 15, степень извлечения экстрактивных
веществ при этих же условиях составляет 35,55%.
Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Государственная фармакопея СССР. 11-е изд., М., 1990. Вып. 2.
Муравьева Д.А. Фармакогнозия. М., 1991. 560 с.
Федосеева Л.В., Попов Д.М. Количественное определение иридоидов в коре пустырника // Фармация. 1997.
№4. С. 18–21
Дергач А.И., Комиссаренко Н.Ф., Пакалн Д.А. Иридоиды некоторых видов Stachys L. // Растительные ресурсы.
1997. №1. С. 92–95
Пен Р.З. Планирование экспериментов в Statgraphics. Красноярск, 2003. 248 с.
Ладыгина Е.Я., Сафронич Л.Н., Отряшеникова В.Э. и др. Химический анализ лекарственных растений. М.,
1983. 176 с.
Киселев Е.Г., Рязанова Т.В., Кузнецов Б.Н., Кузнецова С.А. и др. Оптимизация процесса получения дубильного экстракта из луба березовой коры // Химия растительного сырья. 2004. №3. С. 29–33.
Поступило в редакцию 30 апреля 2008 г.
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 105–108.
УДК 66.061.3
ВОДНО-ЩЕЛОЧНАЯ ЭКСТРАКЦИЯ ДРЕВЕСНОЙ ЗЕЛЕНИ.
2. ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ЩЕЛОЧИ И ВРЕМЕНИ ЭКСТРАКЦИИ
В РОТОРНО-ПУЛЬСАЦИОННОМ АППАРАТЕ НА ВЫХОД
ЭКСТРАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ
©
С.Ю. Анашенков, В.И. Рощин*
Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия,
Институтский пер., 5, Санкт-Петербург, 194021 (Россия)
E-mail: kaf.chemdrev@mail.ru
Приведены данные по влиянию расхода щелочи и продолжительности или кратности обработки на качество воднощелочной обработки древесной зелени ели европейской Picea abies (L.) Karst в роторно-пульсационном аппарате. Проведена оптимизация процесса экстракции по плану Бокса-Уилсона.
Ключевые слова: древесная зелень, экстракция, роторно-пульсационный аппарат, водно-щелочной экстрагент.
Введение
В предыдущей статье [1] была обоснована актуальность проведенной работы путем сравнения различных методов экстракционной переработки древесной зелени (ДЗ) и теоретического обоснования предлагаемого способа экстракции растительного сырья.
Исследовательская часть предшествующей работы посвящена поиску оптимальных значений таких важнейших параметров водно-щелочной обработки ДЗ в роторно-пульсационном аппарате (РПА), как ширина
прорезей в роторе и гидромодуль процесса.
Ниже представлены результаты исследования влияния следующих параметров процесса на выход экстрактивных веществ: расход щелочи (г/100 г а.с.ДЗ) и продолжительность экстракции (мин) или кратность
обработки.
Экспериментальная часть
Для исследования использовали ДЗ ели европейской Picea abies (L.) Karst, заготовленную в Лисинском учебно-опытном лесхозе Ленинградской области в июле 2007 г. Отбор, хранение и характеристика заготавливаемой
ДЗ, а также условия водно-щелочной обработки, промывки и сушки твердого остатка, определение органических
и минеральных веществ в получаемых мисцеллах приведены в предыдущей статье [1].
Обсуждение результатов
С целью определения влияния расхода щелочи процесс проводили при следующих параметрах: гидромодуль (в пересчете на а.с.ДЗ) – 12, продолжительность экстракции – 2 мин, ширина прорезей ротора – 10
мм, ширина прорезей статора – 10 мм, зазор между ротором и статором – 2 мм.
В результате исследования (табл. 1) установлено, что увеличение расхода щелочи с 2 до 9 г/100г а.с.Д.З.
приводит к снижению выхода твердого остатка с 70 до 54%. Что касается фракционного состава отработан*
Автор, с котороым следует вести переписку.
С.Ю. АНАШЕНКОВ, В.И. РОЩИН
106
ной ДЗ, то здесь наблюдается снижение выхода наиболее крупной фракции >1,0 мм – с 59 до 38% и увеличение выхода фракции 0,5–1,0 мм – с 18 до 35%. У фракций с геометрическими размерами меньше 0,5 мм
наблюдается следующее: при повышении расхода щелочи с 3 до 6 г/100 г а.с.ДЗ выход фракции 0-0,125 мм с
увеличением расхода щелочи растет с 1,6 до 3,0%, выходы фракций 0,125–0,25 мм и 0,25–0,5 мм увеличиваются с 7,0 до 10,2% и с 10,2 до 16,5% соответственно. При последующем увеличении расхода реагента
происходит незначительное снижение выхода последних двух перечисленных фракций до 8,6 и 14,8% соответственно. Следует отметить, что при расходе щелочи 2 г/100г а.с.ДЗ выход фракций с размерами менее
0,5 мм выше, чем при более высоком расходе – 3 г/100г а.с.ДЗ, рН мисцеллы при этом возрастает с 6 до 7,5.
На рисунке 1 показана зависимость выхода органических веществ в получаемых водно-щелочных мисцеллах от расхода щелочи. Как следует из данных эксперимента, повышение расхода щелочи приводит к увеличению выхода органических веществ. Можно отметить три области извлечения органических веществ: 1 – при
расходе щелочи от 2 до 4 г/100г а.с.ДЗ, 2 – при расходе щелочи от 4 до 7 г/100г а.с. ДЗ, 3 – при расходе щелочи
от 7 г/100г а.с.ДЗ и выше. В первой области наблюдается резкое повышение выхода органических веществ с
12,1 до 15,5%, вероятно, связанное с воздействием щелочной среды и нейтрализацией кислот и фенольных
соединений экстрактивных веществ с последующим переводом их в раствор. Следует отметить, что при расходе щелочи 3 г/100г а.с.ДЗ рН получаемых водно-щелочных растворов был близок к нейтральному, а при
расходе щелочи 2 г/100г а.с.ДЗ рН растворов и вовсе был близок к 6. Во второй области выход органических
веществ несколько стабилизируется на уровне 15,5–16,5%. В третьей области происходит увеличение выхода
органических веществ с 17 до 19%. Данное явление может быть связано с повышением воздействия щелочи на
обрабатываемое сырье, выражающееся, вероятно, в переходе структурных компонентов в водно-щелочную
фазу и, возможно, с щелочным гидролизом сложных эфиров и жиров.
Данные, показанные в таблице 1 и на рисунке 1 по влиянию расхода щелочи на процесс водно-щелочной
обработки ДЗ в РПА, свидетельствуют о том, что повышение расхода щелочи ведет к увеличению эффективности изучаемого процесса. Об этом говорит снижение выхода твердого остатка и его наиболее крупной фракции, увеличение выхода остальных фракций, имеющих меньшие геометрические размеры и повышение выхода органических веществ. В области расхода щелочи от 2 до 4 и от 7 до 9 г/100г а.с.ДЗ наблюдается возрастание воздействия щелочной среды на обрабатываемый материал. При расходе реагента 2 г/100г а.с. ДЗ получен
более высокий выход отработанной ДЗ и низкий органических веществ в мисцелле, а также повышенное содержание мелких фракций в твердом остатке, при сравнении с другими концентрациями щелочи. Это можно
объяснить тем, что данный расход щелочи не обеспечивает эффективность экстракции из-за, вероятно, недостатка щелочи на проведение процессов гидролиза сложных эфиров, нейтрализации и эмульгирования липофильных веществ, содержащихся в ДЗ ели. Данные малополярные соединения препятствуют проникновению
водной фазы внутрь экстрагируемого материала, что снижает выход органических веществ в мисцелле и, соответственно, увеличивает выход твердого остатка.
Далее были проведены исследования с целью определения влияния продолжительности проведения процесса
водно-щелочной обработки ДЗ в РПА на выход твердого остатка и извлекаемых веществ из ДЗ. Процесс проводили при следующих параметрах: гидромодуль (в пересчете на а.с.ДЗ) – 12, расход щелочи – 9 г/100г а.с. ДЗ
(концентрация щелочи в растворе – 0,81%), ширина прорезей ротора – 10 мм, ширина прорезей статора – 10 мм,
зазор между ротором и статором – 2 мм. Продолжительность обработки находилась в интервале от 2 до 10 мин,
что соответствовало кратности прохождения суспензии через прерыватель от 8 до 40 раз.
Таблица 1. Влияние расхода щелочи на выход и фракционный состав отработанной ДЗ
Расход щелочи,
г/100г а.с.ДЗ
2
3
4
5
6
7
8
9
Выход отраб.
ДЗ, к а.с.ДЗ%
69,8
59,2
57,0
55,9
55,5
54,9
54,4
54,1
>1,0 мм
59,0
57,0
52,2
47,6
41,6
42,0
40,6
38,4
Выход фракций остатка, % к а.с.отраб.Д.З.
>0,5 мм
>0,25 мм
>0,125 мм
17,8
11,9
8,5
24,1
10,2
7,1
24,5
13,4
7,8
25,4
15,2
9,5
29,4
16,5
10,2
31,2
14,5
9,6
32,7
14,5
9,3
35,2
14,8
8,6
<0,125 мм
2,8
1,6
2,1
2,3
2,3
2,7
2,9
3,0
ВОДНО-ЩЕЛОЧНАЯ ЭКСТРАКЦИЯ ДРЕВЕСНОЙ ЗЕЛЕНИ …
107
Повышение продолжительности обработки от 2 до 10 мин приводит к снижению выхода твердого остатка с 57,6 до 49,8%. Фракционный состав отработанной ДЗ изменяется следующим образом: удельный выход
наиболее крупной фракции с геометрическими размерами более 1,0 мм при увеличении продолжительности
экстракции снижается с 57,2 до 35,0%, при том, что выход остальных непрерывно возрастает. Так, удельный
выход фракции 0,5–1,0 мм при увеличении продолжительности экстракции растет на 12%, с 24 до 36%, выход фракции 0,25–0,5 мм увеличивается с 11,8 до 17,4%. Что касается наименьших фракций, то здесь
наблюдается аналогичная картина. Так, удельный выход фракции 0,125–0,25 мм повышается более чем на
3%, с 5 до 8%, а выход наименьшей фракции – менее 0,125 мм увеличивается на 1,7%, с 1,3 до 3,0% (табл.
2).
На рисунке 2 показана зависимость выхода органических веществ в получаемых водно-щелочных мисцеллах от продолжительности процесса экстракции в РПА. Данная зависимость носит затухающий характер
и достаточно хорошо описывается уравнением третьего порядка. По графику видно, что в течение первых 8
минут водно-щелочной обработки ДЗ ели в РПА в раствор переходит порядка 99% веществ, извлекаемых из
данного сырья за 10 мин экстракции. Вышесказанное говорит о том, что оптимальным временем проведения
в условиях остальных показателей данного процесса является 6–8 мин. В пользу указанного временного интервала говорит также и то, что выход и фракционный состав отработанной ДЗ при дальнейшем повышении
кратности обработки изменяются в меньшей степени, чем в других временных интервалах.
19,3
19
y = 0,0371x 3 - 0,6743x 2 + 4,646x + 5,0076
R2 = 0,9872
Выход, % к а.с.ДЗ
18
17
18,06
17,01
16,66
16
16,15
15,5
15
14
13,34
13
Рис. 1. Влияние расхода щелочи
на выход органических веществ
12,1
12
2
3
4
5
6
7
Расход щелочи, г/100г а.с.Д.З.
8
9
22,5
22,27
22
22
21,54
Выход, % к а.с.ДЗ
21,5
21,3
21
20,8
20,5
y = 0,008x 3 - 0,1956x 2 + 1,7407x + 16,475
R2 = 0,9985
20,21
20
Рис. 2. Влияние продолжительности
обработки ДЗ в РПА на выход
органических веществ
19,5
19,21
19
2
3
4
5
6
7
8
Продолжительность экстракции, мин
9
10
Таблица 2. Влияние продолжительности процесса водно-щелочной обработки на выход и фракционный
состав отработанной ДЗ
Продолжительность
обработки, мин
2
3
4
5
6
8
Выход отраб.
ДЗ, к а.с.ДЗ%
57,6
56,6
54,9
54,3
53,2
50,6
>1,0мм
57,2
52,0
45,7
44,5
42,8
37,0
Выход фракций остатка, % к а.с.отраб.ДЗ
>0,5мм
>0,25мм
>0,125мм
<0,125мм
24,5
11,8
5,2
1,3
27,8
11,8
6,7
1,7
30,4
15,4
6,9
1,6
31,2
15,6
7,0
1,7
32,6
15,8
7,0
1,8
34,7
17,6
8,3
2,4
С.Ю. АНАШЕНКОВ, В.И. РОЩИН
108
10
49,8
35,0
36,3
17,4
8,3
3,0
Экспериментальные данные, характеризующие влияние продолжительности процесса водно-щелочной
обработки ДЗ ели в РПА, говорят о том, что при увеличении времени экстракции происходит повышение
эффективности данного процесса. На это указывает снижение выхода отработанной ДЗ и увеличение в последней доли наименьших фракций, а также и то, что при повышении времени обработки увеличивается
содержание органических веществ в получаемых мисцеллах.
Можно предположить, что повышение эффективности проводимого процесса связано с увеличением
кратности прохождения суспензии ДЗ через прерыватель. Следовательно повышение показателей проводимой экстракции происходит как за счет увеличения времени диффузии растворителя с извлекаемыми компонентами из ДЗ, так и за счет увеличения поверхности контакта двух фаз.
С целью установления оптимальных значений параметров водно-щелочной обработки ДЗ ели в РПА была произведена серия экспериментов, в которых факторы Х 1 и Х2 изменяли в соответствии с планом БоксаУилсона. Х1 – расход щелочи варьировалась в пределах – 6,6–11,4 г/100г а.с.ДЗ, Х2 – продолжительность
процесса экстракции – 3,6–8,4 мин. В качестве выходных параметров были выбраны: выход органических
веществ в мисцелле, процент к а.с. ДЗ и количество воды, необходимое для промывки твердого остатка до
нейтральной реакции. Задача оптимизации сводилась к определению значений параметров обработки, обеспечивающих максимальный выход органических веществ в получаемых мисцеллах. При этом количество
промывных вод должно быть минимальным.
В результате оптимизации процесса водно-щелочной обработки ДЗ ели в РПА было получено уравнение
регрессии: y = –1,007x2 + 12,27x1 + 7,802x22 – 2,487x12 – 6,902x1x2 + 14,80. Данное уравнение является адекватным описываемому процессу, так как расчетный критерий Фишера (3,16) меньше табличного значения
(19,0). На основании полученного уравнения регрессии были определены оптимальные условия процесса:
расход щелочи – 9 г/100г а.с. ДЗ (концентрация щелочи в растворе – 0,81%); продолжительность обработки
– 8,4 мин.
Выводы
1. Установлено, что при увеличении расхода щелочи с 2 до 9 г/100г а.с.ДЗ снижается выход отработанной ДЗ и наиболее крупной фракции остатка, наблюдается рост более мелких фракций твердого остатка за
исключением расхода щелочи 2 г/100г а.с.ДЗ.
2. Показано, что повышение продолжительности экстракции приводит к снижению выхода твердого остатка и его наиболее крупной фракции и увеличению выхода органических веществ ДЗ в получаемых мисцеллах.
3. Исходя из полученных экспериментальных данных, характеризующих влияние расхода щелочи и продолжительности процесса экстракции на водно-щелочную обработку ДЗ в РПА, были выбраны оптимальные для рассматриваемого диапазона значений факторов условия процесса экстрагирования: расход щелочи
– 9 г/100г а.с.ДЗ (концентрация щелочи в растворе – 0,81 %), гидромодуль (в пересчете на а.с.ДЗ) – 12, продолжительность – 8,4 мин, ширина прорезей ротора – 10 мм, ширина прорезей статора – 10 мм, зазор между
ротором и статором – 2 мм.
Список литературы
1.
Анашенков С.Ю., Рощин В.И. Водно-щелочная экстракция древесной зелени. Влияние конструктивных особенностей экстрактора роторно-пульсационного типа (РПА) и гидромодуля на выход экстрактивных веществ
// Химия растительного сырья. 2008. №3. С. 65–70.
Поступило в редакцию 29 августа 2008 г.
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 109–111.
УДК 630.866
ПОЛУЧЕНИЕ ЭФИРНОГО МАСЛА ПРИ БРИКЕТИРОВАНИИ ХВОЙНЫХ
ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ
©
А.С. Игнатов, Р.А. Степень*
Сибирский государственный технологический университет (СибГТУ),
пр. Мира, 82, Красноярск, 660049 (Россия) E-mail: sibstu.kts.ru
Исследована динамика выхода и состава эфирного масла опилок кедра и коры пихты в интервале температур 100–
180 °С. Показано, что при 130–180 °С половина его объема выделяется в первые 9 мин.
Введение
Несмотря на большое количество работ по отгонке эфирных масел из древесных отходов динамика его
выделения в начальной стадии процесса практически не изучалась. Вместе с тем подобная операция – улетучивание терпеноидов в воздушную среду при температурном воздействии на сырье – реальна, например,
при изготовлении древесных плит. Их выделение в атмосферу представляет опасность для человека, поскольку 5 мг/м3 является предельно допустимой концентрацией для этих соединений [1].
Экспериментальная часть
В качестве объектов исследования взяты кора пихты и опилки кедра, наиболее насыщенные эфирным
маслом отходы деревообработки и деревопереработки. Это многотоннажное и малоиспользуемое сырье
концентрированно скапливается на производственных площадках лесоперерабатывающих и целлюлознобумажных комбинатов. Задачей исследований было изучение динамики выделения и компонентного состава
эфирного масла в начальной стадии его отгонки при разной температуре рабочего пара. Полученные данные
сопоставляли с этими показателями при его исчерпывающей отгонке. Помимо сравнительных целей такие
сведения важны и для характеристики исходного сырья.
Опыты проводили на крупнолабораторной установке в интервале температур 100–180 ºС. Выход эфирного масла определяли волюмометрически, его анализ – общепринятыми физико-химическими, компонентный состав – хроматографическим методами [2]. В экспериментах как с корой, так и с опилками температура процесса существенным образом влияет на выход масла.
Обсуждение результатов
Результаты отгонки эфирного масла из опилок кедра и коры пихты водяным паром при разной температуре приведены в таблице.
Влияние температуры отгонки на выход эфирного масла
Температура
отгонки, °С
100
130
150
180
*
Опилки кедра
Выход масла, %
Снижение выхода, раз
1,65
1,18
1.97
_
0,96
2,03
0,78
2,49
Автор, с которым следует вести переписку.
Кора пихты
Выход масла, %
Снижение выхода, раз
2,55
1,24
3,14
_
1,66
1,88
1,19
2,63
110
А.С. ИГНАТОВ, Р.А. СТЕПЕНЬ
Характер изменчивости выделения масла практически одинаков при температурной обработке обоих видов
сырья. При подъеме от 100 до 130 °С его значение возрастает примерно на 20% с незначительным превышением
в случае коры пихты. Отмечаемое увеличение, по-видимому, связано с более полной отгонкой масла и ускоренным разложением сложных терпеноидных фрагментов с высвобождением свободных терпеноидов – компонентов эфирного масла. Снижение выхода при дальнейшем повышении температуры (150 и 180 °С) логично объясняется усилением окислительных и поликонденсационных превращений терпеноидов, их переводом в смолистые
продукты. На развитие таких превращений указывают И.И. Бардышев и В.С. Шавырин [3]. О термическом усилении окисления этих соединений свидетельствуют результаты и других авторов [4].
Зависимость между объемом (v, мл) «исчерпывающего» выделения эфирного масла в данной серии опытов при исследованных температурах (t, °С) рабочего пара удовлетворительно описывается для опилок кедра и коры пихты соответственно уравнениями:
v1 = –0,0001t2 + 0,0312t – 0,5251;
v2 = –0,0007t2 + 0,1703t – 7,59.
При анализируемой продолжительности опытов (0–9 мин) сечение поверхности отклика точнее выражается гиперболической кривой, адекватно описываемой полиномом 3-й степени. Уравнения регрессии, выражающие эту зависимость, при выделении эфирного масла из опилок кедра и коры пихты имеют вид:
v1 = 2,116310–5t3 – 0,0091t2 + 1,2623t – 54,93;
v2 = 2,717410–5t3 – 0,0117t2 + 1,6434t – 72,1996.
При аппроксимации полиномом 3-ей степени расчетный максимум выхода кедрового масла (2,24%)
должен наблюдаться при температуре 118,5 °С, корового масла (3,28%) – при 119,5 °С.
Скорость удаления эфирного масла из сырья монотонно возрастает с повышением температуры рабочего пара. Согласно экспериментальным данным, достаточно полная отгонка эфирного масла осуществляется при
100 °С в течение 180 мин, 130 °С – 120 мин, 150 °С – 110 и 180 °С – 90–100 мин. На начальной стадии эта зависимость выражается семейством близких кривых, расположение которых определяется температурой рабочего
пара. Анализ кривых свидетельствует о целесообразности проведения отгонки при температуре около 130 °С.
При поверхности отклика в диапазоне температур (t) 100–150 °С и продолжительности отгонки (τ) 0–9
мин. поверхность отклика адекватно описывается уравнением второго порядка соответственно при выделении масла из опилок кедра и коры пихты:
v1 = –10,4521+ 0,1736t + 0,3581τ – 0,0007t2 + 0,0006tτ – 0,1297τ2;
v2 = –12,8101+ 0,2109t + 0,4114τ – 0,0008t2 + 0,0005tτ – 0,0116τ2.
Согласно этим уравнениям, 30%-й выход эфирного масла достигается при 100 °С в течение 5 мин, при
130 °С – немногим больше 4 мин, при 150 °С – 2,5 мин и при 180 °С – менее 2 мин. Для удаления половины
находящихся в сырье терпеноидов достаточно при 130 °С – 8,5 мин., при 150 °С – 7 мин., а при 180 °С –
4 мин. Следовательно для отгонки большей части эфирного масла из сырья при его обработке рабочим паром с температурой 170–180 °С требуется не более 5–6 мин.
Важное значение при решении таких вопросов имеет качество эфирного масла, прежде всего его состав.
Повышение температуры обработки обоих видов сырья ведет к увеличению в масле вклада монотерпеновой
фракции, хотя ее количество с учетом изменения выхода снижается вдвое. Вместе с тем роль компонентов в
наращивании вклада фракции неодинакова. Ее доля возрастает за счет пиненов – бициклических соединений
с одной двойной связью – наиболее устойчивых к окислению. Напротив, соотношение во фракции камфена,
3-карена, мирцена, лимонена и β-фелландрена, более подверженных окислению монотерпеновых углеводородов, уменьшается. На такой характер окислительных превращений указывается и в других работах [3, 4].
ПОЛУЧЕНИЕ ЭФИРНОГО МАСЛА …
111
Изменчивость вклада сесквитерпеноидных соединений подобна монотерпенам. Их соотношение при повышении температуры имеет тенденцию к увеличению. Возможным объяснением отмечаемого повышения
может служить их большая стабильность к окислению и сравнительно высокая температура кипения.
Кислородсодержащие терпеноидные соединения менее устойчивы к окислению и конденсации по сравнению с углеводородами [5]. Поэтому снижение вклада их фракции с развитием этих процессов при повышении температуры выглядит логично. Более высокая концентрация борнеола по сравнению с другими
компонентами фракции при отгонке масла при 180 °С объясняется его образованием при расщеплении борнилацетата.
Выводы
1. Максимальный объем эфирного масла из обоих видов сырья выделяется при 130 °С. При 100 °С его
выход снижается в 1,2, при 180 °С – в 2,5 раза.
2. Половина находящегося в древесных отходах масла при 130 °С отгоняется в течение 8,5 мин, 150 °С –
7 мин и 180 °С – 4 мин.
3. Эфирное масло при повышении температурной обработки обогащается моно- и сесквитерпиноидными
соединениями и обедняется кислородсодержащими продуктами.
Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
Кустова С.Д. Справочник по эфирным маслам. М., 1978. 208 с.
Степень Р.А. Биохимия терпеноидов. Хвойные эфирные масла: свойства, получение, методы исследования, анализ.
Красноярск, 1994. 36 с.
Бардышев И.И., Шавырин В.С. Автоокисление терпеновых углеводородов // Синтетические продукты из канифоли
и скипидара. Горький, 1970. С. 203–219.
Bohe L.R. Autooxidation de alfa-pinene // Essenzen derive.agrum. 1983. V. 53. №2. P. 148–152.
Пентегова В.А., Дубовенко К.В., Радугин В.А. и др. Терпеноиды хвойных растений. Новосибирск, 1987. 96 с.
Поступило в редакцию 13 октября 2008 г.
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 113–118.
УДК 630.28:547.464
ИЗМЕНЕНИЯ В СОСТАВЕ ЛЕТУЧИХ КОМПОНЕНТОВ ПРИ ХРАНЕНИИ
СУХИХ БЕЛЫХ ГРИБОВ (BOLETUS EDULIS)
©
Т.А. Мишарина1*, М.Б. Теренина1, Н.И. Крикунова1, И.Б. Медведева1, С.М. Мухутдинова2,
Г.Г. Жарикова2
Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН, ул. Косыгина, 4,
Москва, 119334 (Россия) E-mail: tmish@ rambler. ru
2
Российская экономическая академия им. Г.В. Плеханова, Стремянный
переулок, 36, Москва, 115998 (Россия) E-mail: micolab.zarikova@rea.ru
1
Методами капиллярной газовой хроматографии и хромато-масс-спектрометрии изучен состав компонентов запаха
сухих белых грибов (Boletus edulis), свежевысушенных и хранившихся при комнатной температуре в течение 140 дней.
Найдено, что аромат сухих белых грибов формировали летучие соединения, принадлежащие к различным классам органических веществ. Ненасыщенные спирты и кетоны с числом атомов углерода 8 определяли грибную ноту продукта,
специфический аромат сухих грибов формировался сложной смесью производных фурана, пиразина, пиррола и метионалем. Установлено, что в процессе хранения сухих белых грибов содержание летучих веществ увеличивалось и приводило к усилению интенсивности аромата продукта.
Ключевые слова: летучие соединения, сухие белые грибы (Boletus edulis), капиллярная газовая хроматография.
Введение
Сушка грибов, фруктов и овощей является эффективным и популярным способом их консервирования и
сохранения. В процессе сушки существенно изменяется состав продуктов. Вместе с удалением влаги происходят потери части летучих органических веществ, увеличивается концентрация низкомолекулярных соединений (пептидов, аминокислот, сахаров, органических кислот), изменяется активность ферментов. Все это
приводит к изменению запаха и вкуса продуктов. При термической сушке происходят реакции между аминокислотами и сахарами, приводящие к синтезу новых органических веществ, в том числе летучих, совокупность которых формирует аромат высушенных продуктов. В высушенных продуктах при их хранении
также происходят изменения, особенно в составе летучих веществ, обусловленные их потерей за счет улетучивания или окисления. Для ряда продуктов возможно появление новых соединений в реакциях между летучими соединениями и их предшественниками, которые проходят при хранении.
Основными соединениями, формирующими аромат сырых и термически обработанных грибов, являются
алифатические спирты и кетоны с числом атомов углерода 8: 1-октен-3-ол, 2-октен-1-ол, 3-октанол,
1-октанол, 1-октен-3-он и 3-октанон [1–3]. Эти соединения обладают различными оттенками запаха сырых
грибов и относятся к «ключевым» соединениям [1, 4–7]. Сырые грибы содержат значительное число реакционноспособных соединений и поэтому их любая обработка (варка, консервирование, сушка) сопровождается появлением новых летучих веществ, которые образуются в результате различных химических реакций,
происходящих при технологической обработке продуктов. В сухих белых грибах найдено около 70 летучих
веществ, включая ненасыщенные спирты и кетоны с числом атомов углерода 8 (1-октен-3-ол, 2-октен-1-ол,
3-октанол, 1-октен-3-он), а также замещенные пиразины, фураны и пирролы [3, 8, 9]. Данных о стабильности состава летучих веществ при хранении белых грибов не обнаружено.
Цель работы – изучить состав летучих веществ в сухих белых грибах (B. edulis), собранных в средней
полосе России, и определить влияние длительности хранения сухих грибов на стабильность состава их летучих соединений.
*
Автор, с которым следует вести переписку.
114
Т.А. МИШАРИНА, М.Б. ТЕРЕНИНА, Н.И. КРИКУНОВА, И.Б. МЕДВЕДЕВА И ДР.
Экспериментальная часть
Характеристика образцов. Белые грибы (Boletus edulis) собраны в лесу (Тверская область) в августе 2007 г.
Для исследования отобрали близкие по размеру грибы с диаметром шляпки 6–14 см. Ножки укоротили до 5
см, грибы порезали на полоски толщиной 2–4 мм и высушили в бытовом сушильном электрошкафу «Дачник–
4» (производитель ОАО «Радиозавод», Россия) при 60–70 °С в течение 4 ч. Сухие грибы с влажностью около
14% отн. поместили в пакет из кальки и хранили в течение 140 сут. при комнатной температуре.
Выделение и концентрирование летучих веществ. Для определения качественного и количественного состава летучих компонентов 20 г измельченных свежевысушенных (образец №1) и хранившихся в течение
140 сут. (образец №2) грибов поместили в колбы, добавили 500 мл дистиллированной воды и 1,0 мг
(5000 мкг на 100 г грибов) н-додекана в качестве внутреннего стандарта. Летучие компоненты извлекали
в течение 1,5 ч с 20 мл свежеперегнанного диэтилового эфира методом непрерывной дистилляцииэкстракции. Экстракты высушили с 2 г безводного сульфата натрия и сконцентрировали до объема 0,1 мл
отгонкой эфира при 40 °С с колонкой Вигре длиной 35 см. Полученные эфирные экстракты анализировали
методом газожидкостной хроматографии.
Газохроматографический анализ (ГХ). Для проведения газохроматографических исследований использовали капиллярный газовый хроматограф НР 5730А (Хьюлетт Паккард, США) с пламенно-ионизационным
детектором, кварцевой капиллярной колонкой НР-1 (50 м  0.25 мм, слой фазы 0,3 мкм). Анализ эфирных
экстрактов проводили при программировании температуры колонки в следующем режиме: изотерма 60 °С
в течение 4 мин, затем программирование температуры до 250 °С со скоростью 8 °С /мин и в течение 10 мин
изотермический режим при этой температуре. Температура инжектора и детектора составляла 250 °С. Скорость газа-носителя гелия через колонку составляла 1,5 мл/мин. Анализировали по 2 мкл эфирных экстрактов. Хроматограммы регистрировали с помощью системы сбора и обработки хроматографических данных
Экохром (Гос. регистрация №16616-97, Россия). В этих же условиях провели оценку качества запаха хроматографических зон элюата методом сниффинг-анализа. К концу хроматографической колонки присоединили
делитель потока, с помощью которого половина элюата направлялась в детектор, вторая половина через
обогреваемый капилляр подавалась для оценки качества запаха соответствующих отдельных компонентов.
Описание запаха хроматографических зон проводили три тренированных дегустатора.
Для определения параметров удерживания в аликвоту концентратов летучих веществ добавили 1 мкл
смеси н-алканов с числом атомов углерода 6–18 и проанализировали в тех же условиях. По временам удерживания компонентов анализируемых смесей и нормальных алканов рассчитали величины индексов удерживания (ИУ). Из площадей пиков веществ и площади пика внутреннего стандарта на хроматограммах образцов методом простой нормировки рассчитали относительное содержание каждого компонента в изученных образцах и выразили их в мкг на 100 г сухих грибов.
Хромато-масс-спектрометрический анализ (ГХ-МС). ГХ-МС анализ проводили на приборе НР 5890/5980
(Хьюлетт Паккард, США) с кварцевой капиллярной колонкой НР-1 (25м  0,30 мм, слой фазы 0,25 мкм) при программировании температуры от 50 до 250 °С со скоростью 4°/мин. Температура инжектора и масс-детектора составляла 250 °С. Скорость газа-носителя гелия через колонку была 1,2 мл/мин. Масс-спектры получали в режиме
электронного удара при ионизирующем напряжении 70 эВ. Анализировали по 2 мкл эфирных экстрактов.
Идентификацию компонентов осуществляли путем сравнения величин индексов удерживания и массспектров, полученных в концентрате летучих веществ грибов, с индексами и спектрами стандартов, определённых нами на этой же колонке, а также взятыми из литературных данных [10, 11] и из библиотек массспектров NBS и Wiley 275. Ряд веществ идентифицировали по величинам их индексов удерживания и качеству запаха, так как качество их разделения и концентрация были недостаточны для получения интерпретируемых масс-спектров и достоверной идентификации.
Результаты и их обсуждение
Идентифицированные летучие соединения и их содержание в свежевысушенных и хранившихся сухих
белых грибах приведены в таблице. Концентраты летучих веществ, выделенных из грибов, содержали более
150 соединений, около 40 из них идентифицировано. В зоне хроматограмм с величинами индексов удерживания выше 1300 были найдены в количестве от 5 до 40 мкг/ 100 г грибов н-пентадекан, н-гептадекан и
н-нонадекан, свободные насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты С14, С16 и С18 и не обнаружено ве-
ИЗМЕНЕНИЯ В СОСТАВЕ ЛЕТУЧИХ КОМПОНЕНТОВ …
115
ществ с запахом пищевых продуктов. На рисунке приведен фрагмент хроматограммы концентрата летучих
веществ хранившихся сухих грибов с величинами ИУ от 700 до 1300, в этой зоне присутствовали все ароматообразующие соединения, в том числе ключевые, обладающие запахом грибов.
Оценка запаха хроматографических зон элюата показала, что аромат сухих белых грибов формирует
большое число соединений, имеющих различные пищевые запахи, но их разделение было таким, что чаще
всего запах зон формировали несколько веществ. Только некоторые соединения (№5, 11, 14, 18, 28) элюировались индивидуально и их запах соответствовал отдельному веществу, дающему на хроматограмме пик
(рис.). Чаще всего появляющийся аромат, например, сырых грибов смешивался с ореховым или карамельным и воспринимался как запах приготовленных или сухих грибов. Это свидетельствует о том, что в образце, возможно, содержалось большое количество замещенных пиразинов, фуранов, тиазолов и пирролов, но
только некоторые из них были идентифицированы (табл.). Эти соединения, как правило, имеют крайне низкие пороговые концентрации запаха, поэтому при ничтожно малом содержании, часто меньшем, чем чувствительность инструментального определения, они могут вносить значительный и даже определяющий
вклад в запах фракции элюата, изменяя его и добавляя новые оттенки.
Летучие соединения, найденные в сухих белых грибах
№
ИУ
Соединение (предположительно)
пика
5
780
Гексаналь*
9
799
Фурфурол*
10
809
Метилпиразин*
11
824
2-Метил-1-Н-пиррол*
12
836
2-Гексеналь
13
838
3-Гексанол*
14
862
2-Метилфурантиол-3
15
865
2-Гексен-1-ол*, γ-бутиролактон*
16
874
3-Метилфуранон-2*
18
884
Метиональ
19
890
2,5-Диметилпиразин*
20
896
2,3-Диметилпиразин*
22
900
Этилпиразин*
24
927
5-Метил-2-формилфуран*
26
944
2-Метилтиофан-3-он
28
955
1-Октен-3-он*
29
960
1,5-октадиен-3-он
30
962
1-Октен-3-ол*
31
966
2-Октанон*
32
969
2-Метил-6-этилпиразин*
33
971
2-Метил-5-этилпиразин*
36
978
Октаналь*
40
985
3-Октанол*, триметилпиразин*
43
1008
Фенилацетальдегид*
46
1019
3- Октен-2-он
47
1027
2-Ацетилпиррол*
48
1030
Транс-3-октен-1-ол*
49
1034
2-Октеналь*
50
1042
3,5-Октадиен-2-он
52
1048
Фуранеол
59
1068
Метоксифенол*
60
1070
2,5-Диметил-3-этилпиразин*
62
1080
Нонаналь*, 2-метил-6-ацетилпиразин*
66
1122
1-Метил-2-ацетилпиррол*
69
1145
2-Ацетил-3,5-диметилпиразин*
74
1162
2,4-Октадиен-1-ол*
77
1200
Додекан – внутренний стандарт
80
1221
γ-Окталактон
* Соединение найдено ранее в сухих белых грибах [8, 9]
Содержание, мкг / 100 г
№1
№2
42
860
48
654
295
632
10
198
8
52
14
314
5
356
56
382
40
240
74
215
23
414
94
24
5
27
160
724
60
715
1410
8660
5
89
80
328
6
56
5
58
4
65
45
1140
6
70
15
590
4
420
120
620
59
250
538
830
32
190
20
230
28
843
264
904
150
810
30
140
91
298
180
1281
5000
5000
252
1480
116
Т.А. МИШАРИНА, М.Б. ТЕРЕНИНА, Н.И. КРИКУНОВА, И.Б. МЕДВЕДЕВА И ДР.
Фрагмент хроматограммы концентрата летучих соединений, выделенных из сухих белых грибов, хранившихся
в течение 140 дней. Капиллярная колонка НР-1 (50 м  0,25 мм, слой фазы 0.3 мкм), анализ режиме: изотерма
60 °С в течение 4 мин, затем программирование температуры до 250 °С со скоростью 8 °С /мин
В таблице приведено относительное содержание соединений, найденных в свежих высушенных и хранившихся в течение 4,5 мес. сухих белых грибах. Среди этих веществ идентифицированы ключевые, имеющие грибной аромат [1–3]: 1-октен-3-он (№28), 1,5-октадиен-3-он (№29), 1-октен-3-ол (№30), 3-октен-1-ол
(№48), 3-октен-2-он (№46), 3,5-октадиен-2-он (№50). Как видно из таблицы, содержание всех летучих веществ значительно увеличивалось при хранении сухих грибов. Следует отметить, что интенсивность аромата 1% бульона из свежевысушенных грибов была близка к интенсивности аромата 0,2% бульона из хранившихся сухих белых грибов. В отличие от свежих грибов, в которых, как правило, основным по концентрации являлся спирт 1-октен-3-ол [12], в сухих грибах в максимальных количествах обнаружен кетон – 1октен-3-он (№28), его содержание при хранении увеличилось в 6 раз. Содержание других кетонов с числом
атомов углерода 8 было меньше, но также увеличивалось при хранении сухих грибов в 6–11 раз (табл.). Ненасыщенные кетоны с числом атомов углерода 8 являются основными ключевыми соединениями, так как
они обладают грибным ароматом и имеют очень низкие пороговые концентрации запаха. Так, порог обнаружения запаха 1-октен-3-она (№28) составляет 0,03–1,12 нг в 1 л воздуха [12–15].
В грибах найдены насыщенные и ненасыщенные спирты с числом атомов углерода 6 и 8 (№13, 15, 30, 48 и
74). Два изомерных спирта 1-октен-3-ол и 3-октен-1-ол обладают ароматом сырых грибов и являются ключевыми соединениями [13–15]. 3-Октанол (имеет грибной, масляный запах) и 3-гексанол (запах зелени) также
участвовали в формировании аромата сухих грибов. Найдено, что содержание этих спиртов в сухих белых
грибах в 80 раз меньше, чем в изученных нами ранее консервированных и в 20 раз меньше, чем в вареных белых грибах [16]. Низкое содержание 1-октен-3-ола (20 мкг/100 г) было найдено в сухих белых грибах авторами
[9, 11]. На примере шампиньонов было изучено влияние пяти способов сушки на состав летучих веществ и
найдено, что в любом случае потери летучих веществ были значительны, например, для 1-октен-3-ола они со-
ИЗМЕНЕНИЯ В СОСТАВЕ ЛЕТУЧИХ КОМПОНЕНТОВ …
117
ставляли более 90% [17]. Однако в процессе хранения сухих белых грибов содержание спиртов увеличивалось:
3-гексанола – в 22 раза, 1-октен-3-ола и 3-октен-1-ола – в 4 раза, а 2,4-октадиен-1-ола в 7 раз (табл).
В концентрате летучих веществ сухих грибов найдены альдегиды: гексаналь (№5, запах свежей зелени) ,
2-гексеналь (№12, запах свежескошенной травы), октаналь (№36, запах маслянистый, зелени) 2-октеналь
(№49, сладкий запах) и нонаналь (№62, запах маслянистый, фруктовый). Эти соединения относятся к ароматообразующим, их присутствие в грибах делает аромат более насыщенным и полным. При хранении грибов
концентрация гексаналя и октаналя увеличилась в 20–25 раз (табл.).
Алифатические спирты, альдегиды и кетоны образуются при окислении и расщеплении содержащихся в
грибах полиненасыщенных жирных кислот, в том числе линолевой и линоленовой, в присутствии ферментов
липоксигеназы и гидропероксидлиазы [6, 18–20]. Увеличение содержания летучих соединений при хранении
может свидетельствовать о том, что в грибах, высушенных при 60–70 °С, могла сохраняться активность этих
ферментов, поэтому процессы трансформации жирных кислот продолжались (в белых грибах доля ненасыщенных кислот составляет около 25% от всех жирных кислот). Также возможно автоокисление кислот и последующее расщепление гидропероксидов с образованием низших спиртов, альдегидов и кетонов [15, 18, 21].
Важнейшим компонентом аромата сухих грибов являлся метиональ. Его содержание даже в свежевысушенных грибах было около 70 мкг /100 г, при хранении грибов оно увеличилось в 3 раза (табл.). Метиональ
является одним из основных ароматообразующих компонентов в запахе и вкусе сухих грибов, его порог запаха мал (около 0,2 нг/ л) и вклад в общий аромат продукта значителен. Метиональ в грибах может образовываться при ферментативном расщеплении метионина [14], а также в ходе реакции Майара [22, 23]. Он
обнаружен был нами ранее в вареных белых грибах [16].
В сухих белых грибах найдено большое число гетероциклических соединений: замещенные пиразины
(№10, 19, 20, 22, 32, 33, 40, 60, 69), фураны (№9, 14, 16, 24, 52 ), пирролы (№11, 47, 66), 2-метилтиолан-3-он
(№ 26), лактоны (№№ 15 и 80) и метоксифенол (№ 59) (табл.). Эти соединения образовались в ходе реакции
Майара при термической обработке грибов [22–24], и именно они формировали в аромате продукта ноту
сушеных грибов. Кроме перечисленных в таблице пиразинов и пирролов, здесь присутствовали также другие соединения этих классов между пиками №22–28 и №50–73 (рис.). В этих зонах ощущался отчетливый
характерный запах пиразинов и пирролов, но их концентрация была не достаточна для регистрации пиков и
идентификации веществ. Ранее в сухих белых грибах было найдено 9 замещенных пиразинов и 10 производных пиррола, а также фенолы, фураны и тиофены [3, 8]. Очень важным соединением, найденным нами
по характеру запаха и величине индекса удерживания, был 2-метилфурантиол-3 (№14). Это соединение
имело интенсивный аромат приготовленного мяса, оно является ключевым соединением в мясных продуктах и в консервированной рыбе [3, 22]. Это соединение образуется при термической обработке систем, содержащих цистеин или тиамин и моносахара [22, 24, 25]. Его содержание в сухих грибах, так же как и содержание других гетероциклов, увеличивалось при хранении. Обнаруженное увеличение концентрации гетероциклических соединений свидетельствовало о том, что реакция Майара в сухих продуктах с низким
содержанием влаги продолжалась даже при комнатной температуре. Такие процессы наблюдались достаточно часто для большого числа различных продуктов. В ходе первичной термической обработки (варки,
жарки, выпекании, термосушки) синтезируются конечные летучие соединения, формирующие аромат продукта, а также промежуточные продукты реакции Майара – непосредственные предшественники летучих
веществ [24, 25]. При хранении продуктов эти предшественники трансформируются с образованием летучих
веществ. Благодаря таким реакциям аромат продуктов не только не ослабевает при хранении, но даже усиливается [25]. Возможно, аналогичные процессы проходили при хранении сухих белых грибов и приводили
к увеличению содержания многих ароматообразующих соединений.
Выводы
1. Найдено, что аромат сухих белых грибов формировали летучие соединения, принадлежащие к различным классам органических веществ. Эти соединения образовались в результате ферментативного и окислительного расщепления ненасыщенных жирных кислот, а также в ходе серии каскадных реакций между аминокислотами и сахарами (реакция Майара).
2. Ненасыщенные спирты и кетоны с числом атомов углерода 8 определяли грибную ноту продукта, специфический аромат сухих грибов формировался сложной смесью производных фурана, пиразина, пиррола и
метионалем.
3. Установлено, что в процессе хранения сухих белых грибов содержание летучих веществ увеличивалось и приводило к увеличению интенсивности аромата продукта.
118
Т.А. МИШАРИНА, М.Б. ТЕРЕНИНА, Н.И. КРИКУНОВА, И.Б. МЕДВЕДЕВА И ДР.
Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
Maga J. A. Mushroom flavor. // J. Agric. Food Chem. 1981. V. 29. № 1. P. 1–4.
Maga J. A. Influence of maturity, storage and heating on the flavor of mushroom (Agaricus bisporus) caps and stems // J.
Food Proc.and Preserv. 1981. V. 5. №1. P. 95–101.
Maarse H., Vijscher C.A. // Volatile Compounds in Food. Qualitative and Quantitative Data . Zeist: TNO-CIVO Food
Analysis Institute. 1997. V. 1. P. 121.
Fischer K.-H., Grosch W. Volatile compounds of importance in the aroma of mushrooms (Psalliota bispora) // Lebensm.
Wiss. Technol. 1987. V. 20. №3. P. 233–236.
Mau J.-L., Chyau C.-C., Li J.-Y., Tseng, Y.-H. Flavor compounds in straw mushrooms Volvariella volvacea harvested at
different stages of maturity // J. Agric. Food Chem. 1997. V. 45. №12. P. 4726–4729.
Wu S., Zorn H., Krings U., Berger R.G. Characteristic volatile from young and aged fruit bodies of wild Polyporus
sulfurous // J. Agric. Food Chem. 2005. V. 53. №11. P. 4524–4528.
Cho I. H., Kim S. Y., Choi H.-K., Kim Y.-S. Characterization of aroma-active compounds in raw and cooked pinemushrooms (Tricholoma matsutake Sing.) // J. Agric. Food Chem. 2006. V. 54. №17. P. 6332–6335.
Thomas A.F. An analysis of the flavor of the dried mushroom, Boletus edulis. // J/Agric/ Food Chem. 1973.V. 21. №6.
P. 955–959.
Dijkstra F.Y. Studies on mushroom flavours. Some flavour compounds in fresh, canned and dried edible mushrooms // Z.
Lebensm. Unters. Forsch. 1976. V. 160. P. 401–405.
Jennings W., Shibamoto T. // Qualitative Analysis of the Flavor and Fragrance Volatiles by Glass Capillary Gas
Chromatography. New-York, 1980. P. 59–85.
Davies N.M. Retention indices of monoterpenes and sesquiterpenes // J. Chromatogr. 1990. V. 503. №1. P. 1–24.
Zavirska-Wojtasiak R. Optical purity of (R)-(-)-1-octen-3-ol in the aroma of various species of edible mushrooms // Food
Chem. 2004. V. 86. №1. P. 113–118.
Grosh W. Determination of potent odorants in foods by aroma extract dilution analysis (AEDA) and calculation of odour
activity values (OAVs) // Flavour Fragrance J. 1994. V. 9. №1. P. 147–158.
Ho I.H., Namgung H.-J., Kim Y.-S. Volatile and key odorants in the pileus and stipe of pine-mushroom (Tricholona
matsutake Sing.) // Food Chem. 2008. V. 106. №1. P. 71–76.
Pyysalo H., Suihko M. Odour characterization and threshold values of some volatile compounds in fresh mushrooms //
Lebensm.-Wiss. Technol. 1976. V. 9. №2. P. 371–373.
Мишарина Т.А., Мухутдинова С.М., Жарикова Г.Г., Теренина М.Б., Крикунова Н.И. . Влияние длительности термообработки на состав летучих компонентов белых грибов (Boletus edulis) // Химия растительного сырья. 2008. №3.
С. 97–101.
Picardi S.M., Issenberg P. Volatile constituents of mushrooms (Agaricus bisporus). Changes which occur during heating // J.
Agric. Food Chem. 1973. V. 21. №4. P. 959–961.
Tressl R., Bahri D., Engel K.-H. Formation of eight-carbon and ten-carbon components in mushroom (Agaricus campestris)
// J. Agric. Food Chem. 1982. V. 30. №1. P. 89–93.
Chen C.-C., Wu C.M. Studies on the enzymic reduction of 1-octen-3-one in mushroom (Agaricus bisporus) // J. Agric. Food
Chem. 1984. V. 32. №6. P. 1342–1344.
Wurzenberger M., Grosch W. Enzymic oxidation of linoleic acid to 1,Z-5-octadien-3-ol and 10-oxo-E8-decenoic acid by a
protein fraction from mushrooms // Lipids. 1986. V. 21. P. 261–266.
Assaf S., Habar Y., Dosoretz C.G. 1-Octen-3-ol and 13-hydroperoxylinoeate are products of distinct pathways in the
oxidative breakdown of linoleic acid by Pleurotus pulmonarilus // Enzyme Microb. Technol. 1997. V. 21. P. 484–490.
Мишарина Т.А., Витт С.В., Головня Р.В., Беликов В.М. Применение химической модификации для хромато-массспектрометрической идентификации изомерных тиофеновых и фурановых соединений // Журнал аналитмческой
химии. 1986. Т. 41. №10. С. 1876–1880.
Писарницкий А.Ф., Егоров И.А. Роль карбонил-аминной реакции в биологических системах и технологии пищевых
производств (Обзор) // Прикладная биохимия и микробиология. 1989. Т. 25. №5. С. 579–594.
Головня Р.В., Мишарина Т.А. Аналитические проблемы исследования компонентов запаха пищевых продуктов и
других биологических объектов // Журнал аналитической химии. 1981. Т. 36. №7. С. 1390–1420.
Артамонова М.П., Журавская Н.К., Головня Р.В., Мишарина Т.А. Динамика изменения содержания ключевых компонентов запаха в процессе хранения замороженного и сухого мясного ароматизатора // Холод. техника. 1990. Т. 5.
С. 27–30.
Поступило в редакцию 19 марта 2008 г.
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 119–123.
УДК 577.112.083; 577.152.321
ВЫДЕЛЕНИЕ И ОЧИСТКА ПОЛИГАЛАКТУРОНАЗ ASPERGILLUS NIGER
И PENICILLIUM DIERCKXII
©
А.А. Шубаков1*, А.Г. Донцов2, Т.И. Челпанова1, Е.А. Елькина1
Институт физиологии Коми научного центра Уральского отделения РАН,
ул. Первомайская, 50, Сыктывкар, Республика Коми, 167982 (Россия)
E-mail: shubakov@physiol.komisc.ru
2
Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН,
ул. Коммунистическая, 28, Сыктывкар, Республика Коми, 167610 (Россия)
1
С помощью адсорбционной хроматографии на различных носителях из культуральных жидкостей грибов Aspergillus
niger и Penicillium dierckxii выделены и очищены полигалактуроназы с удельной активностью 262,6 и 63,6 ед./мг белка
соответственно. Методом электрофореза в полиакриламидном геле в культуральной жидкости P. dierckxii обнаружены
две изоформы фермента, из которых только одна сохраняется в конечном очищенном препарате полигалактуроназы.
Ключевые слова: полигалактуроназа, биосинтез, мицелиальные грибы, Aspergillus niger, Penicillium dierckxii, очистка,
хроматография.
Работа выполнена при финансовой поддержке грантов: РФФИ (проекты 03-04-48136 и 06-04-48079),
Президента РФ для поддержки ведущих научных школ (НШ-1260.2003.4, НШ-5796.2006.4), Президиума РАН «Молекулярная и клеточная биология», а также Интеграционных проектов, выполняемых в
УрО РАН совместно с СО РАН и ДВО РАН.
Введение
Пектиназы составляют уникальную группу ферментов, которые обусловливают деградацию пектиновых
веществ, присутствующих в стенках растительных клеток [1, 2]. Полигалактуроназы (ПГ, КФ 3.2.1.15) обладают эндо-карбогидразной активностью и являются катализаторами гидролитического расщепления
α-(14)-гликозидных связей между неэтерифицированными остатками D-галактопиранозилуроновой кислоты в углеводной линейной цепи галактуронана – кора пектиновых полисахаридов [3, 4].
ПГ синтезируются высшими растениями и рядом бактерий, дрожжей и мицелиальных грибов [5–7]. Одним
из основных источников получения полигалактуроназ служат мицелиальные грибы – эффективные биотехнологические продуценты с высокой пектиназной активностью [8, 9]. В литературе описаны различные способы
очистки полигалактуроназ в основном из мицелиальных грибов рода Aspergillus (A. alliaceus, A. carbonarius,
A. japonicus, A. niger) [6, 10, 11] и в меньшей степени – из рода Penicillium (P. expansum) [12].
Целью данной работы являлась разработка новых способов выделения и очистки полигалактуроназ, продуцируемых грибами A. niger и P. dierckxii на средах с цитрусовым пектином.
Экспериментальная часть
Ферменты. Полигалактуроназы выделяли и очищали из культуральных жидкостей, полученных после
культивирования мицелиальных грибов A. niger ВКМ F-1119 и P. dierckxii ВКПМ F-152 на жидких пита*
Автор, с которым следует вести переписку.
120
А.А. ШУБАКОВ, А.Г. ДОНЦОВ, Т.И. ЧЕЛПАНОВА, Е.А. ЕЛЬКИНА
тельных средах с цитрусовым пектином (1%) в качестве источника углерода и индуктора. Условия культивирования грибов описаны в работе [13].
Определение ферментативной активности. Активность полигалактуроназы определяли по накоплению редуцирующих сахаров после 10 мин инкубации водного раствора фермента при 50 °С с 1% полигалактуроновой кислотой («ICN», США) в 0,05 М натрий-ацетатном буфере (рН 5,0). Образовавшиеся сахара
определяли по методу Нельсона [14]. Калибровочный график строили по α-D-галактуроновой кислоте
(«ICN», США). За единицу активности полигалактуроназы принимали такое количество фермента, которое
освобождает из галактуронана при данных условиях 1 мкмоль α-D-галактуроновой кислоты за 1 мин реакции. Полигалактуроназная активность выражается числом указанных единиц в 1 мл раствора фермента.
Удельную активность рассчитывали в единицах активности на 1 мг белка.
Содержание белка определяли по методу Лоури [15], используя в качестве стандарта бычий сывороточный альбумин.
Выделение и очистка полигалактуроназ. Для очистки культуральных жидкостей от пектиновых веществ, придающих им светло-коричневую окраску, были исследованы адсорбционные свойства микропористого угля марки СКТ, угля марки БАУ-Б с высоким развитием мезопор и угля переходного типа марки ОУА. Размеры частиц всех марок углей после их размола составляли не более 0,1 мм. В культуральную жидкость при рН 3,5 добавляли соответствующий уголь, смесь тщательно перемешивали на магнитной мешалке
в течение 30 мин, после чего адсорбент отделяли фильтрованием, а в фильтрате определяли активность полигалактуроназы и содержание белка. Оценку содержания пектиновых веществ в культуральных жидкостях
осуществляли по цветности растворов путем измерения оптической плотности на фотоколориметре КФК-2
(Россия) при длине волны 315 нм. Степень очистки по цветности оценивали как отношение разности между
исходной и конечной цветностью к исходной ее величине и выражали в процентах. Потери активности оценивали по отношению разности между исходной и конечной активностью полигалактуроназы к исходной ее
величине и выражали в процентах.
Ультра- и диафильтрацию культуральных жидкостей проводили на половолоконном модуле с пределом
пропускания 15 кДа при 4 °С.
Для твердофазной экстракции полигалактуроназ использовали колонку 200х10 мм, заполненную обращенно-фазным силикагелем зернением 40–63 мкм («Sigma», США) с привитой октадецилсилановой группой
С18. Концентрат культуральной жидкости (рН 3,5) при помощи насоса ММС-2С (Чехия) пропускали через
колонку со скоростью 1 мл/мин. Белки элюировали с колонки 0,01 М ацетатным буфером (рН 3,5). Во фракциях элюата определяли активность полигалактуроназы и содержание белка. Фракции, содержащие ПГактивность, объединяли, диализовали и лиофилизовали.
Твердофазную экстракцию лиофилизованного концентрата культуральной жидкости также проводили на
колонке 450х22 мм с гидроксиапатитом зернением 100–250 мкм при 4 °С. Колонку уравновешивали 0,01 М
фосфатным буфером (рН 6,0), после чего на нее наносили 63,4 мг лиофильно высушенного концентрата
культуральной жидкости, растворенного в 5 мл 0,01 М фосфатного буфера (рН 6,0). Для элюции ПГ использовали градиент фосфатного буфера от 0,01 М до 0,4 М (рН 6,0). Фракции собирали с помощью коллектора фракций FCC 61. Активные по полигалактуроназе фракции, элюированные 0,2 М фосфатным буфером,
объединяли, диализовали и лиофилизовали.
Аналитические методы. Электрофоретическое разделение белков и изоформ полигалактуроназы исходной культуральной жидкости P. dierckxii ВКПМ F-152 и очищенного ферментного препарата проводили в вертикальных пластинах 7,5% полиакриламидного геля в неденатурирующих условиях с системой буферов по
[16]. Гистохимическое выявление зон полигалактуроназы в гелях после электрофореза осуществляли по методу, описанному в работе [17], используя в качестве субстрата 1,2% полигалактуроновую кислоту из цитруса
(«Sigma», США), а в качестве красителя – 0,05% рутениевый красный («Sigma-Aldrich», США). Активность
полигалактуроназы проявляется на ярко-красном фоне в виде неокрашенных полос в местах расщепления субстрата ферментом. Белки окрашивали серебром по методу [18].
Для определения субстратной специфичности выделенных полигалактуроназ в качестве субстратов использовали 1% водные растворы галактуронана («ICN», США), ксилана («Serva», Германия), карбоксиметилцеллюлозы («Sigma», США). К растворам каждого субстрата добавляли по 2 мг ферментного препарата,
смеси инкубировали при 50 °С в течение 2 ч на водяной бане, затем кипятили 5 мин на водяной бане при
100 °С для инактивации ферментов. Обработанные таким образом смеси центрифугировали, а супернатанты
упаривали и в них с помощью бумажной хроматографии (БХ) определяли моносахаридный состав.
ВЫДЕЛЕНИЕ И ОЧИСТКА ПОЛИГАЛАКТУРОНАЗ …
121
Распределительную БХ моносахаридов проводили на бумаге Filtrak FN-12 в системе растворителей
н-бутанол : пиридин : вода (6 : 4 : 3). Для обнаружения пятен моносахаридов на хроматограммах использовали раствор кислого анилинфталата в водонасыщенном бутаноле при 105 °С. Стандарт – раствор α-Dгалактуроновой кислоты («ICN», США).
Оптимум рН выделенного фермента определяли при 50 °С в 0,05 М натрий-ацетатном буфере в диапазоне значений рН от 2,0 до 9,0 с интервалом рН 0,5. Для определения рН-стабильности растворы фермента
выдерживали 24 ч в равных объемах 0,05 М натрий-ацетатного буфера с различным значением рН (от 2,0 до
9,0 с интервалом 0,5) при 4 °С. Температурный оптимум действия полигалактуроназы устанавливали при рН
5,0 в диапазоне температур от 20 до 90 °С с интервалом 10 °С. Термостабильность фермента изучали, предварительно инкубируя раствор полигалактуроназы при различных температурах (4, 25 и 40 °С) в течение 1
ч, с последующим определением ферментативной активности при 50 °С.
Обсуждение результатов
Выделение и очистка полигалактуроназ из культуральной жидкости Aspergillus niger ВКМ F-1119.
Схема разработанного нами способа выделения и очистки ферментов представлена на рисунке.
Для освобождения от примеси пектиновых веществ была проведена адсорбционная очистка культуральной жидкости A. niger с помощью активированных углей марок СКТ, ОУ-А и БАУ-Б различной концентрации (табл. 1).
Установлено, что эффективность очистки культуральной жидкости по цветности снижается в ряду углей
ОУ-А, БАУ-Б, СКТ, что может быть связано с различиями в их пористой структуре, а выход ферментативной активности после очистки в указанном ряду углей увеличивается. Максимальная очистка культуральной
жидкости от окрашивающих пектиновых веществ достигалась при ее обработке углем ОУ-А концентрацией
20 г/л, при этом степень очистки по цветности составляла 91%. При обработке углем ОУ-А наблюдалось
также наибольшее значение удельной активности полигалактуроназ – 59,3 ед./мг белка при троекратной
степени очистки (табл. 2).
Схема выделения и очистки полигалактуроназ из культуральной жидкости A. niger и P. dierckxii
122
А.А. ШУБАКОВ, А.Г. ДОНЦОВ, Т.И. ЧЕЛПАНОВА, Е.А. ЕЛЬКИНА
Таблица 1. Адсорбционная очистка культуральной жидкости A. niger активированными углями марок СКТ,
БАУ-Б, ОУ-А различной концентрации
Концентрация
угля, г/л
2,5
5
10
15
20
Активность полигалактуроназы,
ед./мг белка
СКТ
БАУ-Б
ОУ-А
15,9
24,1
26,7
17,3
36,5
30,8
17,7
37,9
36,2
18,3
39,3
50,4
20,3
40,4
59,3
Степень адсорбционной
очистки, %
СКТ
БАУ-Б
ОУ-А
44
60
62
44
60
75
44
60
82
48
62
88
58
76
91
Потери активности ПГ, %
СКТ
0,0
0,0
0,0
7,6
21,2
БАУ-Б
10,3
15,8
19,0
31,4
34,6
ОУ-А
22,3
22,3
23,6
24,9
42,4
Таблица 2. Очистка полигалактуроназ из культуральной жидкости A. niger
Стадии очистки
Культуральная жидкость
Адсорбционная очистка
Ультрафильтрация
Твердофазная экстракция
Удельная активность
полигалактуроназы, ед./мг белка
20,0
59,3
230,4
262,6
Степень очистки
0,0
3,0
11,5
13,1
После проведения ультрадиафильтрации культуральной жидкости удельная активность полигалактуроназ повысилась до 230,4 ед./мг белка при степени очистки в 11,5 раза. Твердофазная экстракция сконцентрированного раствора фермента на колонке с гидроксиапатитом увеличивала удельную активность лиофильно высушенного препарата полигалактуроназ до 262,6 ед./мг белка, что соответствует степени очистки в 13,1 раза.
Выделение и очистка полигалактуроназ из культуральной жидкости Penicillum dierckxii ВКПМ
F-152. Полигалактуроназы очищали из культуральной жидкости объемом 4,21 л, в которой активность ферментов составляла 25,8 ед./мл. Схема выделения и очистки фермента показана на рисунке.
На первой стадии очистки для освобождения от низкомолекулярных примесей и неактивных белков проводили ультра- и диафильтрацию культуральной жидкости при 4 °С на модуле с полыми волокнами. Полученный концентрат (425 мл) был упарен при 40 °С до 140 мл и лиофильно высушен. Масса ферментного
препарата составляла 161,3 мг.
На второй стадии выделения и очистки полигалактуроназ 63,4 мг лиофильно высушенного ферментного
препарата, растворенного в 5 мл 0,01 М фосфатного буфера (рН 6,0), наносили на термостатируемую при
4 °С колонку с гидроксиапатитом, уравновешенную тем же самым буфером, и проводили градиентное элюирование фосфатным буфером (рН 6,0) от 0,01 до 0,4 М. Полигалактуроназы десорбировались с колонки 0,2
М фосфатным буфером.
Активные по полигалактуроназе фракции были объединены, диализованы и лиофильно высушены. В полученном ферментном препарате (ф.п.) активность полигалактуроназ составляла 63,6 ед/мг белка.
Согласно литературным данным, полигалактуроназы, продуцируемые мицелиальными грибами, часто представлены множественными молекулярными формами. Так, у гриба A. alliaceus выявлено 24 изоформы [10], а у
P. expansum, например, всего одна изоформа [12]. Специфическое окрашивание ПГ с использованием субстрата –
полигалактуроновой кислоты из цитруса и красителя – рутениевого красного выявляет в культуральной жидкости P. dierckxii две изоформы фермента, обозначенные нами в порядке уменьшения электрофоретической подвижности – ПГ-1 и ПГ-2 и одну форму – ПГ-1 – в конечном очищенном препарате полигалактуроназы.
Электрофоретический анализ белков подтверждает наличие в конечном очищенном препарате ПГ одной
быстро мигрирующей зоны белка, соответствующей по подвижности изоформе ПГ-1. Медленно мигрирующая форма ПГ-2 в очищенном ферментном препарате не обнаруживается. Эта изоформа ПГ, возможно, разрушается в процессе выделения и очистки фермента.
Определение субстратной специфичности выделенной полигалактуроназы (ПГ-1) P. dierckxii проводили с использованием ряда полисахаридных субстратов. По данным БХ не было обнаружено образования моносахаридов
при действии препарата на ксилан и карбоксиметилцеллюлозу. Следовательно, ферментный препарат не обладает
активностью по отношению к данным субстратам, но проявляет активность в отношении галактуронана.
Очищенный препарат ПГ-1 P. dierckxii проявляет максимальную активность в кислой среде (оптимум рН 5,0)
при оптимуме температуры 60 °С. Наибольшей стабильностью фермент обладает при 4 °С в диапазоне рН 3,5-4,5;
при этих условиях после 1 ч инкубации сохраняется практически вся исходная активность полигалактуроназы.
ВЫДЕЛЕНИЕ И ОЧИСТКА ПОЛИГАЛАКТУРОНАЗ …
123
Выводы
С помощью адсорбционной хроматографии на различных носителях из культуральной жидкости грибов
A. niger и P. dierckxii выделены и очищены полигалактуроназы с удельной активностью 262,6 и 63,6 ед./мг
белка соответственно. Методом электрофореза в полиакриламидном геле в культуральной жидкости P.
dierckxii обнаружены две изоформы фермента, из которых только одна сохраняется в конечном очищенном
препарате полигалактуроназы. Разработанный способ очистки позволяет получать препараты полигалактуроназы с высокой удельной активностью, которые могут успешно использоваться для исследования структуры растительных полисахаридов с помощью направленного ферментативного гидролиза.
Авторы выражают благодарность академику Ю.С. Оводову за ценные советы и помощь в подготовке
рукописи.
Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
Sunnotel O., Nigam P. Pectinolytic activity of bacteria isolated from soil and two fungal strains during submerged
fermentation // World Journal of Microbiology and Biotechnology. 2002. V. 18. P. 835–839.
Naidu G.S.N., Panda T. Performance of pectolytic enzymes during hydrolysis of pectic substances under assay conditions: a
statistical approach // Enzyme and Microbial Technology. 1999. V. 25. P. 116–124.
Alkorta I., Garbisu C., Llama M.J., Serra J.L. Industrial applications of pectic enzymes: a review // Process Biochemistry.
1998. V. 33. №1. P. 21–28.
Benen J.A.E., Vincken J.-P., Van Alebeek G.-J.W.M. // Microbial pectinases in pectins and their manipulation / Eds. G.B.
Seymour, J.P. Knox. CRS Press, USA . 2002. P. 174–190.
Родионова А.М., Безбородов А.М. О локализации систем ферментов, катализирующих расщепление полисахаридов
растительных клеточных стенок у высших растений. Пектиназы (Обзор) // Прикладная биохимия и микробиология.
1997. Т. 33. №5. С. 467–487.
Devi N.A., Rao A.G.A. Fractionation, purification, and preliminary characterization of polygalacturonases produced by
Aspergillus carbonarius // Enzyme and Microbial Technology. 1996. V. 18. P. 59–65.
Pathak N., Sanwal G.G. Multiple forms of polygalacturonase from banana fruits // Phytochemistry. 1998. V. 48. №2.
P. 249–255.
Loera O., Aguirre J., Viniegra-Gonzalez G. Pectinase production by a diploid construct from two Aspergillus niger
overproducing mutants // Enzyme and Microbial Technology. 1999. V. 25. P. 103–108.
Астапович Н.И., Рябая Н.Е. Полигалактуроназа Saccharomyces pastorianus: выделение и некоторые свойства // Прикладная биохимия и микробиология. 1997. Т. 33. №3. С. 287–291.
Сапунова Л.И., Михайлова Р.В., Лобанок А.Г. Разделение и анализ полигалактуроназ, продуцируемых Aspergillus
alliaceus на среде с глюкозой // Прикладная биохимия и микробиология. 1996. Т. 32. №5. С. 506–509.
Семенова М.В., Гришутин С.Г., Гусаков А.В., Окунев О.Н., Синицын А.П. Выделение и свойства пектиназ из гриба
Aspergillus japonicus // Биохимия. 2003. Т. 68. Вып. 5. С. 686–697.
Yao C., Conway W.S., Sams C.E. Purification and characterization of a polygalacturonase produced by Penicillium
expansum in apple fruit // Phytopathology. 1996. V. 86. No. 11. P. 1160–1166.
Шубаков А.А., Елькина Е.А. Продуцирование полигалактуроназ мицелиальными грибами Aspergillus niger ВКМ F1119 и Penicillium dierckxii ВКПМ F-152 // Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщения. 2002.
№ 7. С. 65–68.
Nelson N. A photometric adaptation of the Somogyi method for the determination of glucose // Journal of Biological
Chemistry. 1944. V. 153. P. 375–380.
Lowry O.H., Rosenbrough N.J., Farr A.L., Randall R.J. Protein measurement with the Folin phenol reagent // Journal of
Biological Chemistry. 1951. V. 193. P. 265–275.
Aotsuka T., Asami T. A simplified apparatus for vertical slab gel electrophoresis // Japan Journal of Genetics. 1979. V. 54.
№5. P. 397–400.
Васильева К.В., Гладких Т.А., Иванова Л.В., Давыдова М.А., Умралина А.Р., Шапошников Г.Л. Изучение множественности форм полигалактуроназы методом изоэлектрофокусирования в полиакриламидном геле // Прикладная
биохимия и микробиология. 1984. Т. XX. Вып. 5. С. 604–611.
Остерман Л.А. Методы исследования белков и нуклеиновых кислот: Электрофорез и ультрацентрифугирование
(практическое пособие). М., 1981. 288 с.
Поступило в редакцию 17 октября 2007 г.
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 125–127.
УДК 630.866.1.001.5 + 630.892.6.001.5
ВЛИЯНИЕ РЕГУЛЯТОРОВ РОСТА НА ПРОЦЕССЫ СИНТЕЗА
ВТОРИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ В КУЛЬТУРЕ IN VITRO EPHEDRA
MONOSPERMA C.
©
Ж.А. Плынская*, Н.А. Величко
Сибирский государственный технологический университет, пр. Мира, 82,
Красноярск (Россия) Е-mail: jannetta-83@mail.ru
Введена в культуру in vitro Ephedra monosperma C. – продуцент алкалоида эфедрина. Отобраны четыре каллусные
линии, характеризующиеся стабильными качественными и количественными свойствами. Исследовано влияние гормонального состава среды на процесс роста и накопление алкалоидов в каллусной культуре эфедры односемянной.
Обнаружено, что на средах, содержащих БАП, ткань характеризовалась более рыхлой структурой, желтым цветом,
происходило накопление алкалоидов. В присутствии 2,4-Д без цитокининов происходило угнетение роста, ткань старела
и погибала. На средах, содержащих НУК и БАП, происходило повышение темпов роста культуры, ткань характеризовалась более плотной структурой и одновременным накоплением биомассы алкалоидов.
Ключевые слова: культивирование, культура клеток, каллус, регуляторы роста, биологически активные вещества.
Введение
Одним из прикладных направлений развития биотехнологии растений является использование культур
клеток и тканей для получения ценных вторичных веществ. Актуально изучение влияния ауксинов и цитокининов на их метаболизм и накопление. Оптимальные концентрации для каждого типа гормонов, вид растений и способ культивирования подбирают обычно эмпирически. Специфичность реакции разных видов
растений по отношению к регуляторам роста разного химического строения, по-видимому, определяется
различной способностью поглощать и метаболизировать эти соединения.
Культура клеток Ephedra monosperma C. интересна как продуцент эфедрина, который только у этого вида
эфедринсодержащих растений является экзометаболитом и составляет основную долю синтезируемых алкалоидов. Культивирование эфедры односемянной в условиях in vitro делают ее привлекательным объектом для разработки технологии культивирования с многократным использованием иммобилизованной биомассы [2].
Нативные растения и семена для культивирования эфедры были взяты из природной популяции в
окрестностях Красноярска. Каллусная ткань была получена в результате каллусогенеза из молодых побегов
на среде, содержащей НУК и БАП при пониженной концентрации сахарозы. Полученный каллус отличался
светло-зеленым цветом и более плотной структурой. Семена оказались непригодными для каллусообразования, поскольку они не прорастали ни на одной из использованных сред [3].
Для дальнейшей работы с полученной культурой Ephedra monosperma C. необходимо было подобрать
соотношение концентрации фитогормонов, оптимальных для роста и синтеза, с целью дальнейшей разработки технологии получения алкалоидов [4].
Экспериментальная часть
Нативные растения и семена для культивирования эфедры были взяты из природной популяции в
окрестностях Красноярска.
*
Автор, с которым следует вести переписку.
126
Ж.А. ПЛЫНСКАЯ, Н.А. ВЕЛИЧКО
Каллусная ткань Ephedra monosperma C. поддерживалась на среде с минеральной основой по Мурасиге –
Скугу [5, 6]. При пересадке на среду с иным содержанием фитогормонов ткань проходила адаптацию в течение пассажа I. Применяли среды следущего гормонального состава.
Е3: БАП – 0,2 мг/л, НУК – 0,4 мг/л;
Е6 :БАП – 0,3 мг/л, НУК – 1 мг/л;
Е7: БАП – 0,25 мг/л, НУК – 0,15 мг/л, 2,4 – Д 0,05 мг/л;
Е8: БАП – 1 мг/л, 2,4 – Д 0,4 мг/л.
Экспланты культивировали в закрытых фольгой пробирках при фотопериоде 16 ч – день, 8 ч – ночь, при
температуре 28–30 °С и интенсивности освещения 3500 люкс.
Изъятие ткани для анализа проводили на 40-е сутки культивирования. Для определения интенсивности роста измеряли воздушно-сухую массу после высушивания биомассы в течение 3 сут. при температуре 50 °С.
Обсуждение результатов
Использование разных стерилизующих растворов было обусловлено неоднородностью исходного материала. При введении в культуру участков молодых побегов наиболее приемлемой оказалась двухступенчатая стерилизация: 1) KMnO4 0,1% в течение 20 мин; 2) диацид 0,1% в течение 1 мин. При этом достигался
наиболее высокий процент живых, незараженных эксплантов. Для семян лучшим стерилизующим раствором был 60% гипохлорит натрия.
Каллусная ткань была получена в результате каллусогенеза из молодых побегов на среде, содержащей НУК и
БАП при пониженной концентрации сахарозы. Полученный каллус отличался светло-зеленым цветом и более
плотной структурой. Семена оказались непригодными для каллусообразования, поскольку они не прорастали ни
на одной из использованных сред. Проростки, полученные из семян, оказались наиболее благоприятным материалом для введения в культуру. Здесь также использовали двухступенчатую стерилизацию.
При введении в культуру проростков получили спектр каллусов, различающихся окраской, вязкостью,
структурированностью и скоростью роста. Каллусообразованию способствовало преобладающее содержание в среде гормонов как ауксиновой, так и цитокининовой природы (табл.).
Первичный каллус, полученный из эксплантов, отличался нестабильностью окраски, консистенции и
структурированности. В целом можно отметить, что преобладание в среде гормоном ауксиновой природы
приводило к образованию сильно оводненного каллуса, большей частью бесцветного или белого, или желтоватого. В нескольких случаях было зафиксировано образование каллуса бурой и буро-зеленой окраски.
Тот уровень ауксинов и цитокининов среды, который вызывал активный рост каллусной ткани эфедры,
применяли в более ранних исследованиях для тканей хвойных пород – ели сибирской, сосны обыкновенной,
лиственницы сибирской. Следует отметить, что каллусообразование и тканевый генезис эфедры в целом
схожи с таковыми хвойных пород. В результате пассажа I наибольший прирост наблюдали на средах Е3 и Е6
– 7,5 и 3,9 г асм/л соответственно. Длительность одного субкультивирования составляла 30 сут.
В пассаже II наилучшими показателями прироста и стабильности обладали каллусы на тех же средах Е3 и
Е6, а экспонирование на среде Е7 позволило выделить еще два быстрорастущих клона. Во всех остальных
вариантах гормонального состава наблюдали постепенное угнетение и остановку роста. В пассаже III
наблюдали угнетение роста на среде Е3, а на среде Е8 в то же самое время было отмечено развитие каллусной ткани со складчатой поверхностью, красноватого цвета, отличавшейся мелкозернистой однородной
структурой, быстрым ростом и высокими показателями прироста биомассы.
Характеристика каллусной ткани на средах с различным составом регуляторов роста
Питательная среда
Название
Содержание гормосреды
нов, мг/ л среды
Е8
6-БАП – 1,0
2,4-Д – 0,4
Е6
6-БАП – 0,3
а-НУК – 1,0
Е3
6-БАП – 0,2
а-НУК – 0,4
Е7
6-БАП – 0,25
2.4-Д – 0,05
а-НУК – 0,15
Визуальная характеристика ткани
Рыхлая, водянистая,
желто-зеленого цвета
Плотная, однородная,
светло-зеленого цвета
Плотная, однородная,
светло-зеленого цвета
Зелено-коричневая, неоднородная, заметен
морфогенез
Прирост биомассы за
период субкультивирования, мг/л среды
Содержание алкалоидов на стационарной
фазе, % к а.с.м. ткани
7,9
0,67
12,51
0,91
11,62
1,21
5,28
0,51
ВЛИЯНИЕ РЕГУЛЯТОРОВ РОСТА …
127
В результате проведенных манипуляций к пассажу VII были выделены четыре клона, проявляющие стабильные качественные и количественные характеристики (цвет, структура, скорость роста, прирост биомассы)
на средах определенного гормонального состава: Е3, Е6, Е7 и Е8 (см. «Экспериментальную часть»).
Попытки взаимозамены среды отражались на характере роста и структуре ткани, что в конечном итоге
приводило к побурению и гибели ткани.
Из результатов приведенных в таблице 1 и рисунке 1 следует, что оптимальной из каллусных линий является линия выращиваемая на среде Е3. Для нее характерен высокий прирост биомассы и одновременно
она накапливает большое количество алкалоидов.
14
1,2
1
содержание алкалоидов, %
прирост биомассы, мг/л среды
12
10
0,8
8
0,6
6
0,4
4
0,2
2
0
0
1
2
код среды
содержание алкалоидов
3
4
прирост биомассы
Прирост биомассы и накопление алкалоидов
в каллусной ткани Ephedra monosperma С.
Выводы
Изучение особенностей каллусогенеза эфедры односемянной Ephedra monosperma С. показало, что процесс каллусообразования зависит от стимуляторов роста и исходного растительного материала. Наилучшим
материалом для введения в культуру in vitro являются молодые побеги и проростки, полученные из семян.
Для инициации процессов каллусообразования следует использовать среды, содержащие БАП и НУК.
Для успешного роста каллуса важно соотношение концентрации ауксина и цитокинина. При преобладании
ауксинов в среде каллус становится вязким по консистенции. Увеличение цитокининов в среде способствует
частичной дифференциации ткани.
Наилучшие показатели роста наблюдаются на средах Е3 и Е6. Проведенные исследования показали, что
Ephedra monosperma С. является перспективным объектом для биотехнологии.
Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Журинов М.Ж. Химия эфедриновых алкалоидов. Алма-Ата, 1990. 140 с.
Кучеренко Л.А. Подходы к разработке технологии массовой регенерации растений in vitro // Биология культивируемых клеток и биотехнология растений. М., 1991. – С. 232–235.
Орехов А.П. Химия алкалоидов. М., 1975. 672 с.
Грандберг И.И. Органическая химия. М., 1987. 480 с.
Гринкевич Н.И. Лекарственные растения: справочное пособие. М., 1991. 420 с.
Murashige T., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures // Physiol. plant.
1968. V. 15. №13. Р. 473–497.
Поступило в редакцию 24 июля 2008 г.
После переработки 11 сентября 2008 г.
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 129–132.
УДК 615.322:582.287.237
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗОЛЯ ВОДНЫХ ИЗВЛЕЧЕНИЙ ЧАГИ.
VIII. РАЗМЕРЫ ЧАСТИЦ ДИСПЕРСНЫХ ФАЗ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ
ПРИ ЭКСТРАКЦИИ ВОДНЫХ ИЗВЛЕЧЕНИЙ ЧАГИ ОРГАНИЧЕСКИМИ
РАСТВОРИТЕЛЯМИ
©
М.А. Сысоева1*, В.Р. Хабибрахманова1, В.С. Гамаюрова1, Л.А. Кудрявцева2
Казанский государственный технологический университет, ул. К.Маркса, 68,
Казань, 420015, Республика Татарстан (Россия) E-mail: ramven@rambler.ru
2
Институт органической и физической химии имени А.Е. Арбузова Казанского
научного центра РАН, ул. Арбузова, 8, Казань, 420083, Республика Татарстан
(Россия)
1
Статья посвящена изучению коллоидных систем, формируемых при обработке водного извлечения чаги органическими растворителями. Определены размеры мицелл полифенолоксикарбонового комплекса (ПФК) в сформированных
коллоидных системах. Показано, что их размер может стать больше или меньше мицелл ПФК водного извлечения чаги,
что определяется взятым для обработки растворителем.
Ключевые слова: чага, водное извлечение, полифенолоксикарбоновый комплекс (ПФК), органические растворители,
электропроводность, фотонно-корреляционная спектроскопия (ФКС).
Введение
Водное извлечение чаги – это сложно организованная коллоидная система, дисперсная фаза которой
представлена полифенолоксикарбоновым комплексом (ПФК) [1]. По своей химической природе ПФК – это
ассоциат полимерных (полифенолы, меланины, белки, полисахариды) и мономерных соединений (простые
фенолы, фенолкарбоновые кислоты, липиды и сопутствующие им вещества, а также зольные элементы) [2,
3]. Полифенольный комплекс относят к полианионам [4–8]. В настоящее время структурная организация
этого ассоциата мало изучена. Химический гидролиз ПФК проводят в жестких условиях [9–11], поэтому
сложно идентифицировать связи, удерживающие входящие в состав ассоциата соединения.
Коллоидную систему водного извлечения чаги относят к полидисперсным, лиофильным коллоидным системам. Разделение этой системы возможно различными физико-химическими методами. Например, по величине частиц дисперсной фазы. Для этого добавляют постепенно нарастающее количество электролитов
(нейтральных солей) или минеральных кислот. При этом изменяются значения рН среды, возникают процессы агрегации, которые ведут к последовательной седиментации потерявших кинетическую устойчивость
укрупнённых коллоидных частиц [12].
Целью исследования является изучение изменения размеров частиц дисперсных фаз коллоидных систем,
формируемых в водной дисперсионной среде, после обработки водного извлечения чаги различными органическими растворителями.
Разделение коллоидной полидисперсной системы водного извлечения чаги, с помощью органических
растворителей способствует наличие в ней большого количества липофильных и сопутствующих им веществ в коллоидной системе [13]. Отделяя их в слой органического растворителя, можно наблюдать изменение размеров дисперсной фазы формируемой коллоидной системы.
*
Автор, с которым следует вести переписку.
130
М.А. СЫСОЕВА, В.Р. ХАБИБРАХМАНОВА, В.С. ГАМАЮРОВА, Л.А. КУДРЯВЦЕВА
Экспериментальная часть
Для экстракции использовали сырье чаги, приобретенное в аптечной сети. Поставщик ЗАО «Фирма
”Здоровье”» серия 020605, 2005 г, Московская область, Красногорский район. Вытяжки получали согласно
методике [14]. Экстракцию водной вытяжки чаги органическими растворителями: петролейным эфиром,
этилацетатом, хлороформом и смесью хлороформ–этанол в соотношении (2 : 1) проводили согласно методике [13]. Из полученных при экстракции водной вытяжки чаги эмульсионных слоев удаляли органический
растворитель методом простой отгонки [15].
Удельную электропроводность растворов определяли на кондуктометре «Эксперт-002».
Светорассеяние частиц коллоидных систем изучали на фотонном корреляционном спектрометре динамического и статического рассеяния света PhotoCor Complex. Источником лазерного излучения служил HeNe газовый лазер мощностью 10 мВт и длиной волны 633 нм. Анализ сигналов осуществляли одноплатным
многоканальным коррелятором, сопряженным с компьютером. Эффективный гидродинамический радиус(Rэфф) агрегатов рассчитывали из коэффициентов диффузии по уравнению Стокса-Энштейна для сферических частиц одинакового размера [16]. Диапазон измерений составляет от 2 нм до нескольких мкм, погрешность измерения – до 5%. Большее время накопления сигнала (600 с) при анализе размеров частиц исследуемого объекта позволяет уменьшить погрешность опыта до 1%.
Обсуждение результатов
При разделении коллоидного раствора водного извлечения чаги этилацетатом, хлороформом, хлороформ–
этанольной смесью образуются три слоя – водный, эмульсионный и слой органического растворителя. Водные
слои далее обозначаются как коллоидные системы (1). При обработке водного извлечения чаги петролейным
эфиром эмульсионного слоя не образуется. Удаление органических растворителей из эмульсионных слоев
позволяет получить ещё ряд водных коллоидных систем, обозначаемых далее как коллоидные системы (2).
Для определения критической концентрации мицеллообразования (ККМ) определена электропроводность изучаемых коллоидных систем. Построены зависимости удельной электропроводности от концентрации соответствующих ПФК (в диапазоне 0,20∙10-3 – 15,00 мг/мл) для изучаемых образцов. Перегибы на полученных графических зависимостей электропроводность – концентрация ПФК соответствуют ККМ, значения которых приведены в таблице.
В изучаемых коллоидных системах при концентрации соответствующего ПФК, равной ККМ, должны
происходить изменения, сопровождающиеся процессами агрегации или дезагрегации частиц дисперсной
фазы. Отличие значений ККМ полученных коллоидных систем (1) и (2), а также от значений ККМ водного
извлечения чаги свидетельствуют о различной организации исследуемых объектов.
Размер мицелл ПФК определен методом фотонно-корреляционной спектроскопии в коллоидных системах с концентрацией соответствующих ПФК, близких к ККМ.
Рассмотрим, как изменяется размер мицелл, при близких концентрациях, соответствующих ПФК, в сформированных коллоидных системах после обработки водного извлечения чаги органическими растворителями.
Как показано на рисунке 1, в коллоидных системах (1) размер мицелл отличается от мицелл водного извлечения чаги. Их Rэфф меньше в системах, сформировавшихся при обработке водного извлечения чаги хлороформом, этилацетатом и петролейным эфиром, имеет больший размер при обработке хлороформ-этанольной смесью. Аналогичная закономерность наблюдается и для коллоидных систем (2), что показано на рисунке 2.
Рассмотрим, как изменяется размер мицелл соответствующих ПФК в коллоидных системах во всём исследованном диапазоне концентраций.
Значения констант мицеллообразования для исследуемых коллоидных систем
ККМ
ККМ1
ККМ2
ККМ3
ККМ4
Водное извлечение
чаги
9,30∙10–3
0,07
2,17
–
Содержание ПФК в коллоидной системе, мг/мл
Обработка
Обработка хлороформ–Обработка этилацетатом
хлорофорэтанолом (2 : 1)
мом
(1)
(2)
(1)
(1)
(2)
2,60∙10–3
0,24
3,60∙10–3
1,50∙10–3
1,40∙10–3
0,01
0,99
0,46
0,02
5,50∙10-3
0,08
3,99
7,38
0,19
0,34
2,62
15,96
–
0,75
2,75
Обработка
петролейным эфиром
(1)
6,40∙10–3
0,03
0,20
13,07
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗОЛЯ ВОДНЫХ ИЗВЛЕЧЕНИЙ ЧАГИ …
Рис. 1. Эффективный радиус (нм) частиц
дисперсной фазы коллоидных систем (1) после
обработки водного извлечения чаги органическими
растворителями в сравнении с частицами
дисперсной фазы водного извлечения чаги
(контроль)
По оси абсцисс содержание ПФК: 1 – 0,37мг/мл –
обработка смесью хлороформ–этанол; 2 – 0,03
мг/мл – контроль; 3 – 0,06 мг/мл – обработка
хлороформом; 4 – 0,04 мг/мл – обработка
этилацетатом; 5 – 0,05 мг/мл – обработка
петролейным эфиром
131
Рис. 2. Эффективный радиус (нм) частиц
дисперсной фазы коллоидных систем (2) после
обработки водного извлечения чаги органическими
растворителями в сравнении с частицами
дисперсной фазы водного извлечения чаги
(контроль)
По оси абсцисс содержание ПФК: 1 – 1,08 мг/мл –
контроль; 2 – 1,99 мг/мл – обработка этилацетатом;
3 – 1,38 мг/мл – обработка смесью хлороформэтанол
При обработке водного извлечения чаги этилацетатом обе формируемые в водной дисперсионной среде системы имеют близкие размеры крупных мицелл Rэфф = 58–96 нм (в первой системе) и Rэфф = 61–94 нм (во второй). В отличие от первой системы, где размер мелких частиц, отнесенных нами к субмицеллам, имеет Rэфф = 2
нм, в коллоидной системе (2) создаются условия для стабилизации более крупных субмицелл с Rэфф = 9, 11 и 13
нм. Обработка водного извлечения петролейным эфиром приводит к формированию только одной коллоидной
системы (1). Размеры мицелл с Rэфф = 67–94 нм и субмицелл с Rэфф = 11 нм в ней близки к частицам дисперсной
фазы в коллоидной системе (2) после обработки водного извлечения чаги этилацетатом. Заметно крупнее мицеллы с Rэфф= 76–120 нм и субмицеллы с Rэфф = 17 нм образуются в коллоидной системе (1) после обработки водного
извлечения чаги хлороформом. Но во всех этих случаях мицеллы, формируемые в коллоидных системах (1) и (2),
мельче, чем мицеллы в водном извлечении чаги (Rэфф = 148–160нм). Размеры субмицелл этих коллоидных систем
лежат в диапазоне размеров субмицелл водного извлечения чаги (Rэфф = мелкие, 13, 30 нм).
Существенно отличаются размеры мицелл в коллоидных системах (1) и (2), формируемых после обработки
водного извлечения чаги хлороформ-этанольной смесью. В этих системах мицеллы имеют размеры Rэфф = 188,
202 нм (в первой) и Rэфф = 180, 235 нм (во второй). Вероятно, наличие этанола при разделении водного извлечения чаги этой смесью растворителей делает устойчивыми коллоидные частицы более крупные по размерам,
чем в водном извлечении чаги. В то же время в этих системах наблюдаются и мицеллы с меньшими размерами, чем в водном извлечении чаги с Rэфф = 80 нм (в первой) и с Rэфф = 85 нм (во второй). Размеры субмицелл
аналогичны ранее описанным с Rэфф =17, 20 нм в первой и Rэфф = 16, 18 нм во второй системе.
Обработка водного извлечения чаги органическими растворителями приводит к удалению из нее липофильных фрагментов, при обработке петролейным эфиром – 22%, этилацетатом – 1,2%, хлороформом –
1,5%, хлороформ-этанольной смесью – 8,34% от сухого остатка водного извлечения чаги. Причем только
при обработке петролейным эфиром коллоидная система теряет в основном нейтральные липиды. Остальные растворители удаляют и часть соединений других классов, например фенольных. Однако их потеря для
коллоидной системы менее значительна.
Размер мицелл ПФК в коллоидных системах (1) и (2), формируемых в водной среде после обработки
водного извлечения чаги органическими растворителями, можно объединить по группам. В системах, сформировавшихся при обработке водного извлечения чаги петролейным эфиром, этилацетатом и хлороформом,
М.А. СЫСОЕВА, В.Р. ХАБИБРАХМАНОВА, В.С. ГАМАЮРОВА, Л.А. КУДРЯВЦЕВА
132
размер мицелл меньше размера мицелл ПФК водного извлечения чаги. Больший размер имеют мицеллы в
системах, сформированных при использовании хлороформ-этанольной смеси. Следовательно, можно предположить, что размер мицелл в коллоидных системах зависит не только от количества и природы, удаляемых органическими растворителями из водного извлечения чаги компонентов, но и от дисперсионной среды, в которой происходит их формирование.
Выводы
1. Установлено, что мицеллы ПФК в водных коллоидных системах, сформировавшихся после обработки
водного извлечения чаги этилацетатом и петролейным эфиром, имеют Rэфф = 58–96 нм, хлороформом Rэфф =
76–120 нм, а хлороформ–этанольной смесью Rэфф =180–253 нм и Rэфф = 80–85 нм.
2. Показано, что обработка водного извлечения чаги петролейным эфиром, этилацетатом и хлороформом
позволяет получить водные коллоидные системы, имеющие меньшие размеры мицелл ПФК по сравнению с
мицеллами ПФК водного извлечения чаги.
3. Определено, что во всех формируемых водных коллоидных системах присутствуют более мелкие частицы дисперсной среды, субмицеллы, размер которых колеблется от 2 до 20 нм, и не превышает размер
субмицелл водного извлечения чаги.
Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
Якимов П.А. Общая биологическая и химическая характеристика чаги как исходного сырья для получения лечебных препаратов // Чага и ее лечебное применение при раке IV стадии. Л., 1959. С. 36–48.
Кузнецова О.Ю., Гамаюрова В.С., Суханов П.П. Структурная организация и свойства полифенолов чаги // Вестник
Казанского технологического университета. 2005. №1. С. 244–250.
Шиврина А.Н. Химическая характеристика действующих начал чаги // Продукты биосинтеза высших грибов и их
использование. М;Л., 1966. С. 49–55.
Сысоева М.А., Кузнецова О.Ю., Гамаюрова В.С. Исследование золя водных извлечений чаги. II. Изменение изучаемой системы при проведении экстракции различными способами // Вестник Казанского технологического университета (КГТУ). 2003. №2. С. 172–179.
Кукулянская Т.А., Курченко Н.В., Курченко В.П., Бабицкая В.Г. Физико-химические свойства меланинов, образуемых чагой в природных условиях и при культивировании // Прикладная биохимия и микробиология. 2002. Т. 38.
№1. С. 68–72.
Соловьев В.А., Кутневич А.М. Применение метода парамагнитного резонанса для изучения чаги и продуктов метаболизма некоторых других дереворазрушающих грибов // Высшие грибы и их физиологически активные соединения. Л., 1973. С. 35–39.
Орлов Д.С., Осипова Н.Н. Оценка относительной устойчивости гуминовых веществ по электронным и молекулярным спектрам // Гуминовые вещества в биосфере. М., 1993. С. 227–232.
Шиврина А.Н. Химическая и спектрофотометрическая характеристика воднорастворимых гуминоподобных соединений, образуемых грибом Inonotus obliquus (Pers.) Pil. // Почвоведение. 1962. №11. С. 51–60.
Шиврина А.Н., Ловягина Е.В., Платонова Е.Г. К характеристике комплекса сложных органических соединений чаги
// Чага и ее лечебное применение при раке IV стадии. Л., 1959. С. 72–84.
Рыжова Г.Л., Кравцова С.С., Матасова С.А., Грибель Н.В. и др. Химические и фармакологические свойства сухого
экстракта чаги // Химико-фармацевтический журнал. 1997. №10. С. 44–47.
Патент №2231786 (Россия) Способ определения углеводного состава полифенольного комплекса чаги / М.А. Сысоева, B.C. Гамаюрова, О.Ю. Кузнецова. / 27.06.2004.
Якимов П.А., Андреева С.М., Алексеева Е.В. О причинах изменения устойчивости пигментного комплекса в водных
экстрактах чаги // Комплексное изучение физиологически активных веществ низших растений. М;Л., 1961. С. 113–119.
Юмаева Л.Р., Хабибрахманова В.Р., Сысоева М.А., Гамаюрова В.С. Извлечение липидов из водной вытяжки чаги //
Пищевые технологии: мат. Общерос. конф. молодых ученых с межд. участием. Казань, 2006. С. 118–119.
Сысоева М.А., Кузнецова О.Ю., Гамаюрова В.С., Халитов Ф.Г., Суханов П.П. Исследование золя водных извлечений чаги. II. Изменение изучаемой системы при проведении экстракции различными способами // Вестник Казанского технологического университета. 2003. №2. С. 172–179.
Юрьев Ю.К. Практические работы по органической химии. М., 1961. 419 с.
Zakharova L.Ya., Ibragimova A.R. Kudryavtseva L.A. Nanosized reactors based on polyethylene imines: from microheterogeneous systems to immobilized catalysts // Langmuir. 2007. V. 23. P. 3214–3224.
Поступило в редакцию 21 августа 2007 г.
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 133–135.
УДК 665.326.1
ЛИПОФИЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ЧАЙНОГО ЛИСТА
©
Р.Г. Мелкадзе*, В.Г. Хведелидзе
Кутаисский научный центр НАН Грузии, Кутаиси (Грузия)
E-mail: revmelk@rambler.ru
Исследован липофильный комплекс чайного листа (Tea sinensis L.), культивируемого в субтропиках Грузии. Экстракцией воздушно-сухого сырья трихлорэтиленом с последующим удалением растворителя в вакууме при температуре
до 60 °С достигнут выход до 95% термолабильных составляющих, масла – 3,5–4,0% от массы сырья.
Установлено, что липофильный комплекс чайного масла представлен преимущественно из пальмитиновой, пальмитолейной, стеариновой, олейной линолевой и линоленовой жирных кислот, суммарное содержание которых в липофильном
комплексе достигает до 91–96%. Соотношение количеств ненасыщенных и насыщенных жирных кислот составляет 2,2–2,4.
Исследованы содержание каротиноидов, хлорофиллов и феофитинов экстракционного масла.
Из токоферолов выделены (+) и -токоферолы. Установлено, что из выделенных токоферолов в экстракционном масле
чайного листа превалирует -токоферол, содержание которого достигает 1,20–1,25мг/г из их общего количества 1,7–1,8 мг/г.
При хранении экстракционного масла в течение одного года (20 °С) не отмечается каких-либо значительных изменений его компонентного состава.
Сделан вывод о целесообразности использования липофильного комплекса чайного листа в качестве добавки к пищевым продуктам, лекарственным и косметическим средствам.
Введение
Первое упоминание о чае было более 5 тыс. лет назад в Китае. Сейчас, когда чай неоднократно протестирован, подвергнут многочисленным лабораторным исследованиям, когда тысячи ученых подтвердили то,
о чем древние люди только догадывались, можно смело утверждать, что другого природного продукта с
такими универсальными характеристиками в мире просто не существует.
Листья чая содержат 1,5–4,5 кофеина, следы теофиллина и теобромина, флавоноиды, следы эфирных масел, витамины. Особенности химического состава чая обусловливают его значительные диетические, физиологические и фармакологические свойства [1, 2].
Несмотря на моноговековую историю культуры чая, практически вне поля зрения ученых остались его жирорастворимые липофильные фракции, анализ которых показывает, что они содержат значительно больше необходимых и ценных для организма биологически активных компонентов, чем «классические» экстракты [3].
В Кутаисском научном центре НАН Грузии нами получено экстракционное масло чайного листа, исследование липофильного комплекса которого является целью настоящей статьи.
Экспериментальная часть
Исследовался липофильный комплекс чайного листа, полученный экстракцией воздушно-сухого сырья
трихлорэтиленом с последующим полным удалением растворителя в вакууме при низких (до 60 °С) температурах. Данный метод позволяет достичь выхода до 95% термолабильных составляющих [3]. Сбор чайного
сырья проводили в сентябре 2005 г. в окрестностях Цхалтубо.
Для эксперимента применялось воздушно-сухое сырье с преимущественным содержанием грубой и
огрубелой фракций. Влажость образцов не превышала 10%. Сырье предварительно измельчали до фракции
3–5 мм. Соотношение экстрагента (трихлорэтилена) к чайному листу было 6 : 1 л/кг.
*
Автор, с которым следует вести переписку.
Р.Г. МЕЛКАДЗЕ, В.Г. ХВЕДЕЛИДЗЕ
134
Экстракцию проводили в полупромышленном экстракторе [3] при температуре 60 °С в течение 6 ч, отгонку
растворителя – на вакуум-испарительной установке периодического действия при вакууме 85 кПА.
Выход масла при этом составлял 3,5–4,0% от массы сырья.
Содержание трихлорэтилена в полученном масле не превышало 0,01%. Контроль при этом осуществляли
на жидкостном хроматографе «Цвет Яуза» с электрохимическим детектором. Материалом рабочего электрода служил стеклоуглерод [4].
Определение суммы и компонентного состава коротиноидов, хлорофиллов и феофитинов производили
по методике [5].
Для исследования токоферолов была использована методика, разработанная во Всероссийском НИИ жиров [6]. Определение токоферолов производили по следующей схеме: омыление исследуемого экстракта 
экстракция неомыляемых веществ  хроматографическое разделение токоферолов и идентификация  количественное определение.
Качественный состав липидов анализировали методом тонкослойной хромотографии на пластинках «Silufol» [7]. Классы липидов идентифицировали сравнением хроматографической подвижности с модельными
образцами, выделенными из морозника абхазского [8].
Количественный состав жирных кислот определяли методом ГЖ хроматографированием метиловых
эфиров кислот после предварительного метилирования навески масла в среде метанола в присутствии хлористого ацетила [9]. В качестве стандарта использовали чистые для анализа образцы. Количественные расчеты проводили по площадям пиков методом внутренней нормировки.
Результаты и их обсуждение
В таблице приведены результаты исследований липофильного комплекса чайного листа.
Характеристика липофильного комплекса листьев чая
Наименование показателей
Внешний вид
Выход, %
Плотность, 25, г/см3
Кислотное число, мг КОН/г
Иодное число, г J2/100 г
Показатель преломления, ПН25
Сумма каротиноидов, мг/г
-каротин
Сумма токоферолов, мг/г
В том числе:
-токоферол
+-токоферолы
-токоферол
Хлорофиллы, мг/г
Феофитины, мг/г
Содержание основных жирных кислот, % от суммы:
пальмитиновая
пальмитолейная
стеариновая
олейновая
линолевая
линоленовая
Состав липидного комплекса в среднем, %
полярные липиды
стерины
высшие спирты
свободные жирные кислоты
триглицириды
воски
стерины эфиров
углеводороды
Характеристика
Зеленовато-бурая высыхающая жидкость с характерным
запахом
3,5–4,0
0,920–0,925
0,40–0,45
80–95
1,470–1,475
16,5–17,5
1,80–1,85
1,70–1,80
1,20–1,25
0,06–0,07
0,30–0,35
17,0–18,0
25–26
23–24
1,52,0
2,0–2,5
6,0–6,5
15,5–16,0
43–45
1,9
4,5
0,7
2,5
36
3
33,5
0,8
ЛИПОФИЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ЧАЙНОГО ЛИСТА …
135
Установлено, что экстракционное масло из чайных листьев богат жирорастворимыми витаминами. Обращает на себя внимание то обстоятельство, что в исследуемом липофильном комплексе содержатся преимущественно пальмитиновая, линолевая и линоленовая жирные кислоты. Некоторые жирные кислоты хотя
и присутствуют, но в сравнительно незначительных количествах – изопальмитиновая, пальмитолейная, стеариновая, олейновая, а такие кислоты, как лауриновая, миристиновая, арахидоновая, гадолейновая и другие
можно отнести к минорным кислотам, общее содержание которых в липофильном комплексе чайного листа
не превышает 2–3%.
Следует отметить, что соотношение количеств ненасыщенных и насыщенных кислот составляет 2,2–2,4,
а это предопределяет значительную степень ненасыщенности липофильного комплекса чайного листа.
Экстракционное масло – липофильный комплекс чайного листа – имеет темно-зеленоватый цвет, что
указывает на наличие в нем пигментов. Действительно, в экстракционном масле обнаружены значительные
количества каротиноидов, хлорофиллов и феофитинов. Следует отметить ставнительно низкое содержание
-каротина (1,80–1,85) в общем количестве каротиноидов (16,5–17,5мг/г).
Результаты исследований показали, что содержание токоферолов в липофильном комплексе чайного листа стабильно высокое. Из токоферолов выделены -, (+) и -токоферолы. Следует отметить, что токоферолы экстракционного масла чайного листа представлены в основном -токоферолом (1,20–1,25 мг/г), из
общего количества – 1,7–1,8 мг/г. Следовательно, антиоксидантные свойства токоферолов важны для
предотвращения или замедления окисления липофильного комплекса. Этим объясняется тот факт, что экстракционное масло чайного листа хорошо хранится при повышенной температуре. При хранении в течение
одного года (20 °С) не отмечено значительных изменении компонентного состава.
Богатый витаминный состав липофильного комплекса чайного листа, высокое содержание ненасыщенных жирных кислот, особенно линоленовой, предопределяют использование его в качестве компонента пищевых добавок, лекарственных и косметических средств.
Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Яшин А.Я., Яшин Я.И. Хромотографическое определение химического состава чая // Пиво и напитки, 2005 №2.
С. 96–100.
Ботанико-фармакогностический словарь / под ред. К.Ф. Блиновой и Г.П. Яковлева. М., 1990. С. 255.
Хведелидзе В.Г., Горделадзе Д.Дж. Химическая технология масляных концентратов чайного листа // Georgian Engineering News. 2005. №2. С. 281–282.
Яшин А.Я., Яшин Я.И. Аналитические возможности жидкостного хромотографа «Цвет Яуза» с электрохимическими детекторами // Российский химический журнал. 2002. Т. XVI. №4. С. 109–115.
Родионова Л.Я., Фельдман А.А., Шафтан Э.А. Дифференцированное определение коротиноидов, современными
методами // Известия вузов. Пищевая технология. 1991. №3. С. 212–214.
Григорьева М.П., Рыбина И.В. Методы определения витамина Е в пищевых продуктах // Теоретические и клинические аспекты науки о питании. 1987. Т. VI . С. 213–218.
Finger A., Kuhr S., Engelhardt U.H. Chromatography of tea constituents // J. Chromat. 1992. V. 624. P. 293–315.
Далакишвили Ц.М., Кемертелидзе Э.П. Фитохимические исследования Морозника абхазского. Тбилиси, 1978.
Коган Л.А. Количественная газовая хроматография. М., 1976.
Поступило в редакцию 28 сентября 2007 г.
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 137–140.
УДК 621.791.35:621.3.049.77.002.72
ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНОЙ ДЕСТРУКЦИИ
КОМПОЗИЦИИ НА ОСНОВЕ ПОЛИЭФИРНОЙ СМОЛЫ,
МОДИФИЦИРОВАННОЙ КАНИФОЛЬЮ, И БЕТУЛИНА
©
Н.И. Полежаева*, А.А. Нефедов
Сибирский государственный технологический университет», пр. Мира 82,
Красноярск 660049 (Россия) E-mail: sibstu@sibstu.kts.ru
Приведены результаты исследования кинетики термоокислительной деструкции композиции на основе полиэфирной
смолы, модифицированной канифолью, и бетулина. Показано, что термическая деструкция бетулина происходит в интервале температур 260–460 °С, а исследуемая композиция устойчива к термоокислительной деструкции.
Ключевые слова: динамическая термогравиметрия, термоокислительная деструкция, полиэфирная смола, модифицированная канифолью, бетулин.
Введение
В лесах Сибири и Дальнего Востока сосредоточена 6,6 млрд м 3 лиственной древесины, основную часть
которой составляет береза [1]. В экстрактах внешней коры березы – бересте преобладают пентациклические
тритерпеноиды ряда лупана и амирина. Самым распространенным тритерпеноидом, содержание которого в
бересте может достигать 35–40% вес., является бетулин [2].
Области применения бетулина и его производных весьма разнообразны. Бетулин предложен в качестве
светостабилизатора древесной массы, поскольку он действует как отражатель фотохимически активного
света и химически достаточно инертен [3].
Кислые эфиры бетулина (сукцинат, фталат, тетрахлорфталат) – эффективные эмульгаторы для систем вазелин – вода и кокосовое масло – вода, они также применяются в качестве эмульгаторов, диспергаторов и
компонентов лекарственных препаратов [4, 5].
Использование бетулина в качестве флюса в рецептурах для низкотемпературных припойных паст показало
его высокую флюсующую способность. Ввиду того, что рабочая температура оплавления низкотемпературных
припойных паст, в зависимости от состава применяемого припоя, для трафаретной печати 200–450 °С, для дозатора 140–350 °С, большое значение имеет термостабильность разработанной композиции [6].
Анализ эффективной кинетики термической деструкции позволяет выделить преобладающий процесс,
оценить его температурный интервал, что важно при разработке различных номенклатур низкотемпературных припойных паст [7].
Цель работы – исследование термоокислительной деструкции композиции основе полиэфирной смолы,
модифицированной канифолью и бетулина.
Экспериментальная часть
В 15 г полиэфирной смолы, модифицированной канифолью, синтезированной по методике, описанной в
работе [8], добавляли 1 г бетулина.
Параметры термоокислительной деструкции бетулина и композиции на основе полиэфирной смолы, модифицированной канифолью, и бетулина были определены методами термогравиметрического и дифференциальнотермического анализов [9]. Для более точного определения температуры начала разложения образцов по термограммам наряду с термогравиметрической кривой (ТГ) в методе дифференциально-термического анализа были
использованы скорости изменения массы вещества во времени (ДТГ) и разности температур в исследуемом веществе и инертном эталоне (ДТА) (см. рис. 1, 2). Исследование проводили на дериватографе фирмы МОМ Q1000 (Венгрия). Образцы массой 0,05 г нагревали в платиновом тигле на воздухе со скоростью 10 градмин–1.
*
Автор, с которым следует вести переписку.
138
Н.И. ПОЛЕЖАЕВА, А.А. НЕФЕДОВ
Результаты и обсуждение
На рисунке 1 приведена термограмма бетулина при нагревании его на воздухе. В диапазоне температур
260–460 °С происходит интенсивная убыль массы образца, о чем свидетельствует ход кривой ТГ (убыль
массы образца на нем составляет 100%). Этому участку кривой ТГ соответствует максимум изменения скорости потери массы на кривой ДТГ при температурах 400 и 420 °С.
Изменение массы образца при нагревании позволяет сделать предположение об одностадийном процессе
разложения бетулина. Выделяющиеся на этой стадии продукты разложения окисляются в атмосфере воздуха до газообразного состояния, чему соответствуют экзотермические эффекты на кривой ДТА при 240,
390 °С и широкий экзотермический эффект с двумя максимумами при 500 и 530 °С. Эти экзотермические
эффекты относятся к окислению продуктов разложения бетулина.
Анализ кривых ДТГ и ДТА используемого флюса бетулина показывает, что термическая деструкция исследуемого образца происходит в интервале температур 260–460 °С (рис. 1). Это свидетельствует о том, что исследуемый
флюс может быть использован в составе паяльных паст с рабочей температурой оплавления до 460 °С.
На рисунке 2 приведена термограмма композиции на основе полиэфирной смолы, модифицированной
канифолью, и бетулина, полученная при нагревании в атмосфере воздуха. Кривая ТГ композиции характеризуется более пологим ходом по сравнению с чистым бетулином, что свидетельствует о меньшей скорости
процесса терморазложения образца данного состава. В диапазоне температур 130–390 °С происходит интенсивная убыль массы образца, о чем свидетельствует ход кривой ТГ (убыль массы образца на нем составляет 100%). Этому участку кривой ТГ соответствуют максимум изменения скорости потери массы на кривой ДТГ при температурах 300 и 360 °С. Анализ результатов изменения массы образца при нагревании позволяет сделать предположение об одностадийном процессе разложения композиции. Выделяющиеся на
этой стадии продукты разложения окисляются в атмосфере воздуха до газообразного состояния, чему соответствуют небольшой экзотермический эффект при 380 °С и интенсивный, широкий экзотермический эффект на кривой ДТА при 480, 500 и 520 °С. Эти экзотермические эффекты относятся к окислению продуктов
разложения полиэфирной смолы, канифоли и бетулина до газообразного состояния, после чего следует последняя потеря массы образца (кривая ТГ, рис. 2) [8, 10, 11].
Исследование кинетики термического разложения в статических условиях проводили манометрическим
методом с использованием стеклянного мембранного компенсационного нуль-манометра Бурдона при остаточном давлении в реакционном объеме 101102 мм рт. ст. в интервале температур от 100 до 300 С. Температура в термостате поддерживалась с точностью (0,20,5) С. Схема установки и экспериментальная
методика приведены ранее [12, 13].
Для сопоставления результатов данные манометрических измерений пересчитывали на нормальный объем газообразных продуктов, отнесенный к одному грамму исходного вещества, по формуле
Vt = (T0VpPt)/(TP0m),
где Vp – объем реакционного пространства манометра; Pt – давление продуктов распада к моменту времени t;
Vt – объем газообразных продуктов распада к моменту времени t; T0 – температура при нормальных условиях,
273,15 K; T – температура эксперимента; m – навеска вещества; P0 – давление при нормальных условиях. По
экспериментальным данным строили зависимости объема выделившихся газов (в расчете на 1 г разлагаемого
вещества) от времени. Величину максимального объема газообразных продуктов V, необходимую для нахождения константы скорости реакции по уравнению первого порядка k=(1/t)ln(V/(V-Vt)), брали из экспериментальных манометрических кривых. Исследуемая композиция для каждой температуры имеет свой максимальный объем газообразных продуктов, который при более высоких температурах увеличивается, так как все
большее число компонентов становятся летучими. По виду сглаженной кинетической зависимости можно сделать вывод о характере термораспада вещества. При распаде вещества по реакции первого порядка зависимость Vi=f(ti) описывается насыщающейся кинетической зависимостью, которая и наблюдалась в ходе эксперимента. В этом случае константу скорости термического распада рассчитывали по формуле
k = (1/t)ln(V/(V–Vt)),
где V – полный объем газообразных продуктов разложения при нормальных условиях в расчете на один
грамм разлагаемого вещества.
ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНОЙ ДЕСТРУКЦИИ …
139
Рис. 1. Термограмма бетулина:
m/m – относительное изменение
массы, Т – температура (оС)
Рис. 2. Термограмма композиции
на основе полиэфирной смолы,
модифицированной канифолью, и
бетулина: m/m – относительное
изменение массы,
Т – температура (°С)
Манометрические измерения проводили при температурах 100, 150, 180, 250, 300 °С [6].
Для композиции на основе полиэфирной смолы, модифицированной канифолью, и бетулина манометрические измерения показали, что она термически устойчива до температуры 250 С (рис. 3). Газовыделение,
происходившее при эксперименте, объясняется выходом из образцов растворителей, воды, легколетучих
веществ. Начальный объем газообразных продуктов составил от 5 (при температуре 100 С) до 100 (при
температуре 300 С) см3 на 1 г образца.
Термическое разложение композиции начинается при температуре от 300 С. При этом начальная ветвь
манометрической кривой соответствует процессу удаления растворителя из образца, и только потом можно
говорить о процессе термораспада (рис. 4). Термическое разложение композиции описывается уравнением
реакции первого порядка. Константа скорости термораспада для композиции составила 300 С  2,2104 с1,
что свидетельствует о ее термической устойчивости.
Н.И. ПОЛЕЖАЕВА, А.А. НЕФЕДОВ
140
3
300 оС
V, см /г
V, см3/г
1
100
100
250 оС
50
50
180 оС
2
о
150 С
100 оС
0
0
50
100
150
200
250
300
t, мин
0
0
Рис. 3. Манометрические кривые газовыделения
композиции на основе полиэфирной смолы,
модифицированной канифолью, и бетулина при
температурах до 300 С
50
100
150
t, мин
Рис. 4. Манометрические кривые газовыделения
композиции на основе полиэфирной смолы,
модифицированной канифолью, и бетулина при
300 С: исходная экспериментальная кривая при
300 С (1); кривая с вычетом начального объема
газовыделения и аппроксимирующие кривая,
построенная по уравнению реакции первого
порядка при 300 С (2)
Выводы
На основании термического анализа композиции на основе полиэфирной смолы, модифицированной канифолью, и бетулина в изотермических и в динамических условиях показано, что она устойчива к термоокислительной деструкции при температурах оплавления низкотемпературных припойных паст.
Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Долгодворова С.Я., Черняева Г.Н. Биологические ресурсы лесов Сибири. Красноярск, 1980. 137 с.
Похило Н.Д., Уварова Н.И. Изопреноиды различных видов рода Betula // Химия природных соединений. 1988. №3.
С. 325–341.
Заказов А.Н., Леонова Г.В., Чупка Э.И. Добавки и светостойкость древесной массы // Бумажная промышленность.
1984. №11. С. 20–21.
Pasich J. Emulgatory z grupy trojterpenoidow. Cz.V. Wlasciwosci emulgujace betuliny i jej niektorych estrow // Farmac.
polska. 1965. V.21. №17–18. S. 661–665.
Pasich J. Emulgatory z grupy trojterpenoidow. Cz.II. Otrzymywanie niektorych esterow betuliny // Farmac. polska. 1965.
V. 21. №1–2. S. 9–12.
Красов В.Г., Петраускас Г.Б., Чернозубов Ю.С. Толстопленочная технология в СВЧ микроэлектронике. М., 1985. 36 с.
Павлова С.А., Журавлева И.В., Толчинский Ю.И. Термический анализ органических и высокомолекулярных соединений. М., 1983. 120 с.
Полежаева Н.И., Полежаева И.В., Левданский В.А., Никулин М.Я., Кузнецов Б.Н. Исследование устойчивости к
термоокислительной деструкции полиэфирной смолы, модифицированной канифолью // Журнал прикладной химии. 2001. Т. 74. №4. С. 684–685.
Уэндландт У. Термические методы анализа. М., 1978. 526 с.
Бронникова Г.В., Падерина Г.К., Коленина В.В. // Гидролизная и лесохимическая промышленность. 1983. №5.
С. 15–16.
Коварская Б.М., Блюменфельд А.Б., Левантовская И.И. Термическая стабильность гетероцепных полимеров. М.,
1977. 220 с.
Степанов Р.С., Круглякова Л.А. // Кинетика и катализ. 1996. Т. 37. №3. С. 316–317.
Гольбиндер А.И. Лабораторные работы по курсу взрывчатых веществ. М., 1963. 142 с.
Поступило в редакцию 13 февраля 2008 г.
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 141–146.
Торф и продукты его переработки
УДК 553.673:577.1
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И ОКИСЛИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ЖИДКИХ
ПРОДУКТОВ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ САПРОПЕЛЕЙ
©
А.А. Ноздрунова1*, О.И. Кривонос2, В.Е. Высокогорский1, Г.В. Плаксин2, А.К. Чернышев3
Омский государственный аграрный университет, Институтская
площадь, 2, Омск, 644008 (Россия) E-mail: nozdrunova@mail.ru
2
Институт проблем переработки углеводородов СО РАН,
ул. Нефтезаводская, 54, Омск, 644040 (Россия)
E-mail: plaksin@ihcp1.oscsbras.ru
3
Омская государственная медицинская академия, пр. Ленина, 12, Омск, 644099
(Россия) E-mail: vve-bio@mail.ru
1
Установлено, что антиокислительные свойства жидких продуктов термической переработки сапропелей обусловлены наличием в их составе двух основных групп веществ, способных замедлять реакции свободнорадикального окисления: доноров протонов (фенолов и азотсодержащих гетероциклических соединений) и соединений с ненасыщенными
связями (−С=С−, −С≡С−). Обнаружена взаимосвязь окислительной и антиокислительной активности фракций жидких
продуктов термической переработки сапропелей с содержанием в них антиоксидантов.
Ключевые слова: сапропель, продукты термической переработки, химический состав, антиоксиданты.
Работа выполнена при финансовой поддержке Правительства Омской области
Введение
Сапропели являются возобновляемыми природными донными органоминеральными отложениями пресноводных озер, образующиеся в результате анаэробного разложения органического сырья растительного и животного происхождения. Добыча сапропеля позволяет решать несколько задач – осуществлять рекреацию заболоченных озер, что улучшает их водный баланс и водообеспеченность населения водой, создает дополнительные источники водоснабжения и дает возможность использовать добытый сапропель в различных отраслях [1]. В настоящее время сапропели используются, главным образом, в сельском хозяйстве, медицинской
практике, бальнеологии, химической промышленности и др. Широкий диапазон практического использования
сапропелей определяется разнообразием химического состава органических (ОВ) и минеральных (МВ) веществ, входящих в состав озерных сапропелей, а также высокой биологической активностью, его компонентов
[2]. В частности, эффективность применения сапропелей в медицине и бальнеологии объясняется их способностью тормозить процессы свободнорадикального окисления за счет наличия в их составе антиоксидантов [3,
4]. Для извлечения из сапропелей органических веществ, обладающих биологической активностью используются различные методы их химической переработки. Одним из таких методов является термическая переработка в широком диапазоне температур, приводящая к образованию жидких органических продуктов [5]. Однако в настоящее время жидкие продукты термической переработки практически не используются в медицине,
ветеринарии, фармации, бальнеологии [6, 7]. Основными причинами этого является слабая изученность химического состава и биологической активности продуктов переработки. Целью нашего исследования является
идентификация жидких компонентов продуктов термической переработки сапропелей и определение химической природы веществ, обладающих антиокислительными свойствами.
*
Автор, с которым следует вести переписку.
142
А.А. НОЗДРУНОВА, О.И. КРИВОНОС, В.Е. ВЫСОКОГОРСКИЙ И ДР.
Экспериментальная часть
В работе использовались воздушно-сухие образцы сапропели озер Мезенино (СМе) Тарского района и
Жилой Рям (СЖР) Тюкалинского района Омской области, по классификации А. Я. Рубинштейна, относящиеся к органическому типу [8].
Содержание углерода, водорода, азота и серы в исходных сапропелях определяли по ГОСТ 24081-95
«Метод Либиха. Метод определения содержания общего углерода и водорода в твердом топливе», ГОСТ
26715-85 «Определение общего азота по методу Кьельдаля», ГОСТ 25699.9-90 «Активные угли. Метод
определения общей серы». Суммарное содержание кислорода – по разности.
Термическая переработка сапропеля проводилась на пилотной установке (рис. 1). Предварительно высушенный при 110 °С исходный образец сапропеля взвешивали, загружали в реактор, который затем разогревали до необходимой температуры со скоростью 3–5 °С/мин электронагревателем. Снизу в реактор подавался азот с расходом 200–250 л/час, при давлении 2 кг/см3, который, распространяясь внутри реактора, вытеснял атмосферный воздух из зоны реакции, создавая инертную среду. Тем самым подавлялись возможные
процессы окисления компонентов сырья. Температура внутри реактора контролировалась с помощью термопары с вторичным регистрирующим прибором.
Жидкие продукты улавливали в холодильнике-конденсаторе и собирали в специальной ловушке. Процесс
термообработки проводился в соответствии с программой, задающей конечную температуру, скорость нагрева и
время выдержки при заданной температуре. В процессе термообработки отбирали фракции жидких продуктов с
температурами выкипания t, °С: до 100 (фракция №1), 100–140 (фракция №2), 140–230 (фракция №3).
Состав жидких продуктов изучали методом газовой хромато-масс-спектрометрии на приборе фирмы
«Agilent» с неполярной капиллярной колонкой HP-5ms длиной 30 м, внутренним диаметром 0,25 мм, нанесенной
неподвижной фазой (5% фенил- 95% диметилполисилоксан), с программированием температуры от 50 до 250 °С.
Для оценки способности к переокислению и интенсивности образования свободных радикалов в жидких
продуктах термообработки сапропелей использовали метод железо-индуцированной хемилюминесценции
(ХЛ). Для измерения параметров ХЛ в кювету вводили 0,2 мл фракции жидких продуктов и 20 мл фосфатного
буфера (рН=8,0). Кювету помещали в светоизолированную термостатируемую камеру хемилюминомера ХЛ003 (tкамеры=37 °С). Свечение индуцировали добавлением 1 мл 50 мМ раствора сульфата железа (II). Измерение
показателей хемилюминесценции (ХЛ) проводили в течение 5 мин, необходимом для равномерной диффузии
кислорода, при постоянном перемешивании. Измеряли следующие параметры хемилюминесценции: светосумму (СС), спонтанное свечение (СпС), амплитуды быстрой (БВ) и медленной (МВ) вспышек, тангенс угла
наклона кривой хемилюминесценции (ТУН) в период нарастания медленной вспышки [9].
Рис. 1. Схема пилотной установки для термообработки сапропеля: 1 – реактор; 2 – электронагреватель; 3 –
термопара; 4 – регистрирующий прибор; 5 – холодильник-конденсатор; 6 – ловушка; 7 – централизованный
коллектор отходящих газов; 8 – баллон с инертным газом; 9 – ротаметр; 10 – редуктор
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И ОКИСЛИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА …
143
Статистическую обработку полученных данных выполняли с помощью компьютерной программы Statistica 6.0. Оценку статистической значимости различий проводили с использованием t-критерия Стьюдента.
Зависимость между параметрами хемилюминесценции определяли с помощью корреляционного анализа,
рассчитывая коэффициент Пирсона (r) [10].
Обсуждение результатов
Для сапропелей оз. Мезенино и оз. Жилой Рям характерно высокое содержание органического вещества, достигающее 71–77% масс. Элементный состав сухой органической обеззоленной массы представлен в таблице 1.
В результате термического разложения органического вещества сапропеля образуются жидкие, твердые и
газообразные продукты (табл. 2). Выход жидких продуктов на органическое вещество в процессе термической
переработки в температурном диапазоне до 230 °С составил для СМе – 27,00% масс. и для СЖР – 32% масс.
В жидких продуктах термической переработки сапропелей наибольшее содержание отмечено для фракции №3 с температурой выкипания 140–230 °С (рис. 2), наименьшее – для фракции №2 с температурой выкипания 100–140 °С.
Методом хромато-масс-спектрометрии в составе жидких продуктов идентифицированы индивидуальные
вещества с массовой долей каждого компонента более 0,1%, вероятность идентификации, как правило, превышала 90 %. В таблице 3 приведены данные по содержанию индивидуальных веществ во фракциях.
Из данных таблицы 3 видно, что для всех исследуемых фракций жидких продуктов характерно высокое
содержание органических веществ, являющихся донорами протонов – это прежде всего фенол и гомологи
фенола (метил-, этил-, метоксипроизводные); азотсодержащие гетероциклические соединения.
Данные группы веществ обладают способностью захватывать свободные радикалы по реакции (1):
АН + Х• → А• + ХН;
(1)
А•+ Х• → АХ;
(2)
А•+ А•→ А2,
(3)
где АН – вещество с подвижным атомом водорода, Х• – свободный радикал.
Таблица 1. Характеристики объекта исследования
Месторождение
Мезенино (СМе)
Жилой Рям (СЖР)
Содержание органических веществ, % масс
77,04
71,32
Насыпная плотность,
г/см3
0,28
0,32
Элементный состав сапропелей, % масс
С
Н
N
O
S
45,74
6,51
9,63
37,36
0,76
52,12
7,39
13,64
26,03
0,82
Таблица 2. Выходы продуктов термической переработки сапропелей (% масс.)
Жидкие продукты
Твердые продукты
на СВ
на ОВ
на СВ
СМЕ
21
27
65
СЖР
23
32
49
Примечания: СВ – сухое вещество, ОВ – органическое вещество
Месторождение
Рис. 2. Содержание различных
фракций в жидких продуктах
термической переработки
сапропелей месторождений
Мезенино и Жилой Рям Омской
области
Газообразные продукты
на СВ
на ОВ
14
19
28
41
А.А. НОЗДРУНОВА, О.И. КРИВОНОС, В.Е. ВЫСОКОГОРСКИЙ И ДР.
144
Таблица 3. Качественный и относительный количественный состав идентифицированных веществ
Состав фракций с Твык, %
Компонент
Ацетон
Бутандион
Ацетогидроксаминовая кислота
Уксусная кислота
Пропионовая кислота
Метилбутаналин
Аминометилпропандинитрил
Пиразин
Пиррол
Пиридин
Мочевина
Метилпиридин
Метилпиразин
Ангидрид уксусной кислоты
Циклопентанон
Аминопиридин
Фурфураль
Метилциклопентенон
Фуранилэтанон
Метилфуранкарбоксальдегид
Фенол
Винилметоксифенол
Пропенилметоксифенол
Диметилциклопентенон
Метилфенолы (крезолы)
Метоксифенол
Диметоксифенол
Пиперидиндион
Метоксибензамин
Гидроксиметоксифенилэтанон
Диметилфенол (ксиленол)
Этилфенол
Метилметоксифенол
Этилметоксифенол
3-метоксипиридин
3-пиридинол
Углеводороды:
от гексадекана
до пентакозана
№1
–
–
–
–
–
–
–
2,2
4,3
7,8
–
3,2
4,6
–
1,1
–
1,1
2,5
2,8
1,2
53,8
–
–
–
6,7
6,0
–
–
–
–
–
–
–
–
2,7
–
Мезенино
№2
–
–
–
–
–
–
–
1,9
2,3
3,8
–
3,4
8,0
–
1,0
–
3,5
2,3
6,2
2,7
50,6
–
–
–
6,1
5,3
–
–
–
–
–
–
–
–
2,9
–
№3
–
–
–
–
–
–
–
3,4
5,8
14,4
–
6,9
8,2
–
1,1
–
–
6,0
6,2
–
29,5
–
–
–
–
6,0
–
–
–
–
–
–
–
–
5,7
6,8
№1
9,4
6,1
–
23,1
–
3,3
2,7
–
–
4,0
–
–
–
–
–
4,9
5,5
1,5
1,8
4,6
20,4
–
–
1,2
2,2
2,7
–
–
–
–
1,2
2,1
1,5
1,8
–
–
Жилой Рям
№2
2,4
–
2,0
21,4
2,0
–
–
5,2
–
3,0
–
1,2
–
2,0
4,8
1,0
–
–
–
–
36,9
–
–
–
–
5,8
3,8
4,1
2,6
–
–
–
1,8
–
–
–
–
–
–
–
–
№3
3,0
–
1,6
21,3
1,9
–
–
–
4,1
–
1,0
2,0
1,6
–
–
–
–
–
–
–
21,5
2,5
4,2
–
4,1
5,2
4,1
5,2
–
4,2
–
–
3,9
2,8
–
–
2,5
3,3
Радикалы А•, в зависимости от соотношений концентраций реагирующих соединений и условий протекания реакций, элиминируются при взаимодействии с радикалами Х• по реакции 2 или с радикалами А• по
реакции 3, а, следовательно, тормозят протекание процессов свободнорадикального окисления [11, 12] и,
вероятно, будут проявлять антиоксидантные свойства.
Распределение веществ, способных тормозить процессы свободнорадикального окисления по фракциям
жидких продуктов термической переработки сапропелей, представлено на рисунках 3, 4.
Из рисунка 3, 4 следует, что максимальное содержание веществ, обладающих антиоксидантной активностью, наблюдается для фракции №1 СМе и №3 СЖР. Вероятно, данные продукты будут обладать наиболее
выраженными антиокислительными свойствами.
Для подтверждения данного предположения проведены хемилюминесцентные исследования фракций
жидких продуктов термической переработки сапропелей (табл. 4).
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И ОКИСЛИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА …
Рис. 3. Распределение веществ с антиоксидантной
активностью для СМе (СНС – соединения с
ненасыщенными связями, АСГС – азотсодержащие
гетероциклические соединения, фенолы –
фенольные соединения)
145
Рис. 4. Распределение веществ с антиоксидантной
активностью для СЖР
Таблица 4. Показатели железоиндуцированной хемилюминесценции жидких продуктов термической
переработки сапропелей (М±m)
Температура выкипания, °С
Жилой Рям, n=10
фракция
фракция №1
фракция №2 фракция №3
фракция №2
фракция №3
№1
СС, усл. ед. × мин
22,5±0,5
25,9±0,3*
40,2±0,6*
32,4±0,5
29,7±0,4*
15,6±0,2*
*


СпС, усл. ед.
1,3±0,1
1,4±0,1
3,3±0,5
0,5±0,1
1,1±0,1*
0,7±0,1*
*
*


БВ, усл. ед.
20,1±0,2
18,4±0,3
29,4±0,3
17,8±0,4
15,6±0,3*
14,3±0,4*
*
*


МВ, усл. ед.
1,7±0,1
2,5±0,1
3,5±0,1
5,2±0,1
3,9±0,1*
1,4±0,1*
*
*


ТУН, усл. ед. / мин
4,2±0,2
5,0±0,2
6,9±0,3
8,9±0,5
7,1±0,1*
3,4±0,1*
Примечание: * значение р≤0,0001 по сравнению с показателями ХЛ фр. №1,  значение р≤0,0001 по сравнению с показателями ХЛ жидких продуктов термолиза сапропелей оз. Мезенино.
Параметры ХЛ
Мезенино, n=10
Анализ данных таблицы 4 показывает, что способность продуктов термической переработки сапропелей
пресных озер подвергаться процессам окисления (светосумма ХЛ) различна. Выявлена обратно пропорциональная связь между показателями светосуммы ХЛ и содержанием веществ, обладающих антиокислительными свойствами (для образца СМе r = –0,919, для СЖР r = –0,830). Для фракций №1-3 СЖР по мере увеличения температуры выкипания их способность к окислению снижается (с 32,4 до 15,6 усл.ед. × мин.). Для
фракций №1-3 СМе по мере увеличения температуры выкипания их способность к окислению увеличивается (с 22,5 до 40,2 усл.ед. × мин). Аналогично изменяется и содержание веществ, обладающих антиокислительными свойствами.
Спонтанная ХЛ жидких продуктов термической переработки сапропелей оз. Мезенино изменяется с увеличением температуры выкипания аналогично с показателями светосуммы. Жидкие продукты термической
переработки сапропелей оз. Жилой Рям характеризуются достоверным снижением интенсивности СРО, протекающего без какого-либо вмешательства по сравнению с продуктами термической переработки оз. Мезенино, за исключением фракций №2 ( tвык = 100–140 °С).
Содержание гидроперекисей в продуктах термической переработки оценивали по изменению амплитуды
быстрой вспышки (БВ) хемилюминесценции. Полученные данные свидетельствуют о значительном содержании гидроперекисей во всех продуктах переработки исследуемых сапропелей. Однако амплитуда БВ ХЛ
фр.№1-3 СЖР снижена по сравнению с амплитудой БВ ХЛ фр.№1-3 СМе. Высокое содержание перекисей
в составе жидких продуктов термической переработки сапропелей позволяет предположить, что жидкие
продукты будут обладать антибактериальным действием.
Показатели амплитуды медленной вспышки хемилюминесценции характеризуют содержание субстратов окисления в исследуемом образце. Минимальная амплитуда медленной вспышки зафиксирована для фр. №3 СЖР.
146
А.А. НОЗДРУНОВА, О.И. КРИВОНОС, В.Е. ВЫСОКОГОРСКИЙ И ДР.
Скорость свободнорадикального окисления, протекающего в продуктах термической переработки, отражается показателем тангенса угла наклона (ТУН) кривой хемилюминесценции, который зависит от соотношения в системе прооксиданты/антиоксиданты. Скорость свободнорадикального окисления увеличена у
фр.№1 и фр.№2 СЖР, дальнейшее же увеличение температуры выкипания приводит к достоверному снижению скорости СРО по сравнению фр.№1–3 СМе.
Результаты хемилюминесцентного исследования продуктов термической переработки сапропелей указывают, что при увеличении температуры выкипания фракции до 230 °С для сапропеля оз. Мезенино наблюдается увеличение показателей ХЛ, а оз. Жилой Рям – снижение. Данной зависимости не подчиняется только
изменение спонтанной ХЛ фракций. Усиление антиоксидантных свойств жидких продуктов термической
переработки сапропелей сопровождается увеличением содержания веществ, обладающих антиокислительной активностью.
Анализ результатов исследований показал, что антиоксидантная активность жидких продуктов термической переработки сапропелей зависит от их качественного и количественного состава. Максимальными антиоксидантными свойствами обладает фр. №3 (tвык = 140–230 °С) продуктов термической переработки сапропеля оз. Жилой Рям, которую можно рекомендовать в качестве источника природных антиоксидантов.
Заключение
Комплексные исследования химического состава и окислительных свойств жидких продуктов термической переработки озерных сапропелей Омской области показали, что антиокислительная активность продуктов термической переработки сапропелей зависит от содержания в их составе фенольных, азотсодержащих гетероциклических и ненасыщенных соединений.
Список литературы
Шмаков П.Ф., Третьяков А.Г., Левицкий В.А. Сапропелевые ресурсы озер Омской области и их рациональное использование // Кормовые ресурсы Западной Сибири и их рациональное использование: материалы науч. конф.
Омск, 2005. С. 51–70.
2. Плаксин Г.В., Кривонос О.И. Термохимическая переработка озерных сапропелей: состав и свойства продуктов //
Российский химический журнал. 2007. Т. LI. №4. С. 140–147
3. Юдина Н.В., Писарева С.И., Пынченков В.И., Лоскутова Ю.В. Параметры оценки биологической активности органического вещества сапропелей // Химия растительного сырья. 1998. №4. С. 33–38
4. Буркова В.Н., Венгеровский А.И., Опалинская А.М., Писарева С.И. Антиоксидантные свойства и биологическая
активность современных озерных осадков различного генезиса, Томск, 1998. С. 3–36 с.
5. Бракш Н.А., Дубава Л.К., Кальниньш А.И. Скоростной термолиз сапропеля с целью получения химических продуктов // Известия Латв. ССР. 1971. №4. C. 34–45
6. Бракш Н.А. Сапропелевые отложения и пути их использования. Рига, 1971. 187 с.
7. Лопотко М.З., Евдокимова Г.А. Сапропели и продукты на их основе. Минск, 1986. 61 с.
8. Рубинштейн А.Я. Некоторые особенности формирования сапропелевых отложений // Труды Свердловского сельскохозяйственного института. 1968. Т. XVII. С. 65–73
9. Клебанов Г.И. Антиоксидантные свойства производных 3-оксипириридина: мексидола, эмоксипина и проксипина //
Вопросы медицинской химии. 2001. Т. 47. №3. С. 288–300.
10. Жижин К.С. Медицинская статистика. Ростов на Дону, 2007. С. 29–44
11. Бурлакова Е.Б., Крашаков С.А., Храпова Н.Г. Роль токоферолов в перекисном окислении липидов биомембран //
Биологические мембраны. 1998. Т. 15. №2. С. 137–167
12. Ушкалова В.Н., Иоанидис Н.В., Кадочникова Т.Д., Деева З.Н. Контроль перекисного окисления липидов. Новосибирск, 1993. 182 с.
1.
Поступило в редакцию 16 марта 2008 г.
После переработки 25 марта 2008 г.
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 147–152.
УДК 631.445.122:54-183
ХАРАКТЕРИСТИКА СОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ ВЕРХОВОГО ТОРФА
ПО ОТНОШЕНИЮ К d- И p-МЕТАЛЛАМ
©
Н.С. Ларионов*, К.Г. Боголицын, М.В. Богданов, И.А. Кузнецова
Архангельский государственный технический университет, наб. Северной
Двины, 17, Архангельск, 163002 (Россия) E-mail: fishim@agtu.ru
Исследованы сорбционные свойства верхового торфа по отношению к ионам Cd2+ и Pb2+ в статических условиях,
изучено влияние основных факторов (продолжительность контакта фаз, концентрация растворов, температура) на процесс сорбции. Показано, что верховой торф обладает высокой сорбционной способностью по отношению к d- и p-металлам, сделан вывод о химической природе сорбционных процессов, протекающих в системе.
Ключевые слова: верховой торф, сорбция, тяжелые металлы.
Введение
В настоящее время остро стоят вопросы деградации окружающей среды, которая в значительной мере связана с отрицательным воздействием органических и неорганических веществ, при этом химическое загрязнение продолжает оставаться возрастающей угрозой [1]. Хотя перечень и количество выбрасываемых в окружающую среду поллютантов достаточны велики, первоочередному контролю содержания в ее объектах должны
подлежать те, загрязнение которыми – повсеместно, а также самые токсичные вещества, обладающие высокой
устойчивостью в объектах окружающей среды при низких значениях предельно допустимых концентраций
[2]. Тяжелые металлы и их соединения являются приоритетными поллютантами объектов окружающей среды,
в том числе литосферы, и ее верхнего слоя – почвы, а в заболоченных регионах – торфа.
В России наибольшие запасы торфа сконцентрированы на северо-западе и севере европейской части России, а также в Западной Сибири, причем в Северо-Западном федеральном округе разведано наибольшее количество запасов торфа (36,2% от запасов в целом по России). Торф распространен повсеместно, так как
каждый пятый гектар земной поверхности представляют собой болотные почвы [3].
Согласно [4], одной из первоочередных задач в области познания химии торфа является изучение его
сорбционных свойств и сорбционных свойств его компонентов.
Сорбционные свойства торфа связаны с присутствием в структуре таких ковалентно-связанных с матрицей функциональных групп, как аминные, амидные, спиртовые, альдегидные, карбоксильные, карбоксилатные, кетонные, фенольные, хинонные, пептидные и метоксильные, а также полимолекулярных ассоциатов,
характеризующихся более или менее определенной организацией на макроуровне: гуминовых веществ (в
основном гуминовых и фульвокислот), лигнина [5].
Гуминовые вещества, входящие в состав торфа, выполняют целый набор важных биосферных функций,
в том числе регулирование геохимических потоков металлов в почвенных экосистемах и протекторную
функцию, подразумевающую их способность связывать в прочные комплексы как ионы металлов, так и органические экотоксиканты в загрязненных водных и почвенных средах [6]. Экологические последствия такого связывания – изменение форм существования экотоксикантов и их миграционной способности, уменьшение биодоступности и токсичности [7].
В настоящей работе рассматриватся сорбционные свойства верхового торфа по отношению к ионам Cd2+
и Pb2+. Выбор перечня исследуемых тяжелых металлов обусловлен, во-первых, их высокой токсичностью и,
следовательно, необходимостью их первоочередного контроля, а, во-вторых их различной подвижностью в
сильнокислых почвах [8].
*
Автор, с которым следует вести переписку.
148
Н.С. ЛАРИОНОВ, К.Г. БОГОЛИЦЫН, М.В. БОГДАНОВ, И.А. КУЗНЕЦОВА
Экспериментальная часть
В качестве объекта исследования отобрана типичная для Архангельской области верховая торфяноболотная почва низкой степени разложения (R = 5%), залегающая на мощном торфе и состоящая в основном
из сфагновых мхов и опада пушицы.
Характеристика химической природы верхового торфа проводилась по следующим параметрам, результаты представлены в таблице 1.
Содержание углерода и водорода. Определено путем сухого озоления микронавески в токе кислорода при
атмосферном давлении в течение 10 мин после полного окисления продуктов разложения до воды и двуокиси
углерода, которые улавливаются в поглотительных аппаратах, которые затем взвешивают [9, 10].
Содержание кислорода, серы и азота. Рассчитывали как разница между 100% и содержанием углерода и
водорода.
Содержание сильнокислых гидроксильных и карбоксильных групп. Устанавливали хемосорбционным методом по стандартным методикам [11, 12].
Зольность и содержание органического вещества. Определяли по стандартным методикам (ГОСТ
27784-88 и ГОСТ 26213-91 соответственно) по разнице между массой навески до и после сжигания.
Влажность. Определяли по ГОСТ 28268-89 по разнице между воздушно-сухой и абсолютно сухой массой навески образца.
Потенциальная кислотность. Определялась потенциометрическим методом при соотношении
торф:раствор KCl = 1 : 25 по ГОСТ 26483-85.
Таблица 1. Характеристики исходного образца верхового торфа
Влажность,
%
Органическое
вещество, %
Зольность,
%
pHKCl
17,87
96,05
3,95
2,9
Элементный состав, % а.с.в
Функциональный состав,
мг*экв/г
С
H
O+S+N
COOH
OH
COOH+OH
41,36
7,02
51,62
2,21
0,84
3,05
Измерение равновесной концентрации ионов Cd2+ и Pb2+ выполнялось методом атомно-абсорбционной
спектроскопии с электротермической атомизацией (ЭТААС) на ААС-30 (Karl Zeiss Jena, Germany).
Верховой торф можно отнести к набухающим полимерным сорбентам, одной из особенностей которых
является то, что их надмолекулярная структура характеризуется существованием широкого спектра областей с различной степенью упорядоченности макромолекул. Поэтому исследования сорбции ионов Cd2+ и
Pb2+ (являющихся d- и p-элементами соответственно) проводились в статических условиях после предварительного набухания сорбента в течение 24 ч при соотношении сорбент:модельный раствор = 1 : 1000 в диапазоне концентраций ионов Cd2+ 0,04–1,78 ммоль/л и ионов Pb2+ 0,05–2,41 ммоль/л. Температура варьировалась в диапазоне от 288 до 308 К.
Для характеристики сорбционных свойств и расчета сорбционных параметров использованы теории мономолекулярной адсорбции Фрейндлиха (1) и Ленгмюра (2), обычно применяющиеся для оценки сорбционной способности волокнистых материалов:
A    cn ,
(1)
где A – удельная адсорбция, ммоль/г; β, n – константы, характерные для каждой адсорбционной системы; с –
равновесная концентрация адсорбтива, ммоль/л.
G  G 
K c
,
1 K  c
(2)
где G∞ – удельная адсорбция, ммоль/г; K – константа адсорбционного равновесия; с – равновесная концентрация адсорбтива, ммоль/л. С целью получения более точной информации о характере сорбции произведен
расчет теплоты сорбции по уравнению (3) [13–15]:
ХАРАКТЕРИСТИКА СОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ ВЕРХОВОГО ТОРФА …
K  K0  e
q
RT
149
(3)
,
где K – константа адсорбционного равновесия; K0 – предэкспоненциальный множитель; q – теплота адсорбции, кДж/моль; R – универсальная газовая постоянная, кДж/мольК; T – температура, К.
Обсуждение результатов
Сорбционные процессы, протекающие в статических условиях вне зависимости от природы взаимодействия между сорбентом и сорбируемым веществом, характеризуются достаточно медленными скоростями
протекания, что связано в первую очередь с диффузией, обусловливающей проникновение сорбируемого
вещества вглубь структуры сорбента [14, 16]. Поэтому одним из важных факторов, оказывающих влияние
на процесс сорбции, является продолжительность контакта фаз.
С целью определения времени достижения сорбционного равновесия проведена сорбция катионов металлов из растворов их солей верховым торфом во времени. Показано, что время достижения сорбционного
равновесия в системе сорбент – раствор соли составляет 60 мин для ионов Cd2+ и 90 мин для ионов Pb2+. Полученные данные впоследствии использовались для изучения влияния температуры на процесс сорбции.
Температура также является важным фактором, влияющим на сорбционные процессы. Особенно характерно различное влияние температуры на физическую и химическую сорбцию. На рисунках 1 и 2 приведены
изотермы сорбции ионов Cd2+ и Pb2+ при различных температурах.
Полученные изотермы адсорбции (рис. 1 и 2) относятся к L-типу [17]; изотермы такого типа хорошо
описываются уравнениями Фрейндлиха (1) и Ленгмюра (2), параметры уравнений представлены в таблице 2.
На основании полученных данных рассчитаны теоретические изотермы адсорбции по уравнениям мономолекулярной адсорбции.
Сравнительный анализ экспериментальных и теоретических изотерм адсорбции показывает, что уравнения (1) и (2) могут быть использованы для описания процесса сорбции ионов Cd2+ и Pb2+, однако при сравнении соответствующих экспериментальных и теоретически рассчитанных по данным уравнениям изотерм
сорбции наблюдается лучшее совпадение изотерм, рассчитанных с использованием модели мономолекулярной адсорбции Фрейндлиха.
0,35
4
Удельная адсорбция, ммоль/г
0,30
5
0,25
3
2
0,20
1
0,15
0,10
0,05
0,00
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1,60
1,80
Равновесная концентрация, ммоль/л
Рис. 1. Зависимость сорбции ионов Cd2+ от температуры (1 – T = 288K; 2 – T = 293K; 3 – T = 298K;
4 – T = 303K; 5 – T = 308K)
Н.С. ЛАРИОНОВ, К.Г. БОГОЛИЦЫН, М.В. БОГДАНОВ, И.А. КУЗНЕЦОВА
150
5
0,60
Удельная адсорбция, ммоль/г
4
0,50
3
0,40
2
0,30
1
0,20
0,10
0,00
0,00
0,25
0,50
0,75
1,00
1,25
1,50
1,75
2,00
2,25
2,50
Равновесная концентрация, ммоль/л
Рис. 2. Зависимость сорбции ионов Pb2+ от температуры (1 – T = 288K; 2 – T = 293K; 3 – T = 298K;
4 – T = 303K; 5 – T = 308K)
Таблица 2. Параметры сорбции ионов Cd2+ и Pb2+ верховым торфом в статических условиях
T, K
288
293
298
303
308
Уравнение Ленгмюра
G∞, ммоль/г
k
0,26
2,69
0,24
5,02
0,30
3,99
0,70
1,51
0,75
1,26
Cd2+
Уравнение Фрейндлиха
β, ммоль/г
n
0,19
0,52
0,20
0,48
0,23
0,51
0,35
0,64
0,29
0,58
Pb2+
Уравнение Ленгмюра
G∞, ммоль/г
k
0,25
15,55
0,29
15,12
0,34
19,38
0,44
14,49
0,51
10,65
Уравнение Фрейндлиха
β, ммоль/г
n
0,26
0,40
0,32
0,43
0,39
0,42
0,49
0,45
0,56
0,50
Сорбционная способность ионов сильно зависит от радиуса иона и плотности заряда. Из двух ионов одинакового заряда большую сорбционную способность проявляют ионы большего радиуса, так как они сильнее поляризованы и лучше притягиваются заряженной поверхностью сорбента, а ионы меньшего радиуса
более склоны к гидратации и формированию гидратной оболочки, снижающей такое электростатическое
взаимодействие. Радиус иона кадмия составляет 0,099 нм, а радиус иона свинца – 0,126 нм, следовательно,
сорбционная емкость сорбентов по отношению к ионам свинца должна быть выше, чем по отношению к
ионам кадмия, что подтверждается экспериментальными данными (табл. 2).
На рисунках 3 и 4 приведены графические зависимости значений предельной адсорбции ионов Cd2+ и
Pb2+ верховым торфом от температуры.
По зависимости предельной адсорбции от температуры можно судить о характере протекающих в системе сорбат-сорбент (ионы тяжелых металлов – верховой торф) взаимодействий. Из рисунков 1 и 2 видно, что
температура не влияет на форму изотерм адсорбции, в то время как зависимость предельной сорбции от
температуры как для ионов Cd2+, так и для ионов Pb2+ имеет тенденцию к увеличению с ростом температуры, что характерно для хемосорбции (рис. 3 и 4), так как по мере увеличения температуры происходит активизация активных центров сорбента.
Поскольку верховой торф представляет собой полиэлектролит, то основными реакционными центрами
должны являться гидроксильные и карбоксильные группы, обусловливающие сорбционную способность
препарата. В таком случае сорбция, вероятно, обусловливается протеканием двух процессов: ионного обмена и комплексообразования. Подтверждением этого заключения служат рассчитанные величины теплот адсорбции, представлены в таблице 3.
ХАРАКТЕРИСТИКА СОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ ВЕРХОВОГО ТОРФА …
151
0,80
1
Предельная адсорбция, ммоль/г
0,70
0,60
0,50
0,40
0,30
2
0,20
0,10
0,00
283
288
293
298
303
308
T, K
Рис. 3. Зависимость предельной адсорбции ионов Cd2+, рассчитанной по уравнению адсорбции Ленгмюра
(1) и Фрейндлиха (2), от температуры
0,60
2
Предельная адсорбция, ммоль/г
0,55
1
0,50
0,45
0,40
0,35
0,30
0,25
0,20
283
288
293
298
303
308
Т, К
Рис. 4. Зависимость предельной адсорбции ионов Pb2+, рассчитанной по уравнению адсорбции Ленгмюра
(1) и Фрейндлиха (2), от температуры
Таблица 3. Уравнения зависимости lgK=f(1/T) и теплоты адсорбции тяжелых металлов верховым торфом
Адсорбируемый компонент
Cd2+
Pb2+
Уравнение lgK=f(1/T)
lgK= –1898,91/T+4,91
lgK= –35181/T+10,87
Теплота адсорбции, кДж/моль
–36,31
–62,30
R2
0,97
0,99
Н.С. ЛАРИОНОВ, К.Г. БОГОЛИЦЫН, М.В. БОГДАНОВ, И.А. КУЗНЕЦОВА
152
Физическая сорбция сопровождается выделением тепла, т.е. в целом процесс является экзотермическим.
Следовательно, согласно принципу Ле-Шателье, при любой данной концентрации предельная сорбция понижается с повышением температуры.
В случае же хемосорбции или ионного обмена температура оказывает обратное влияние. Это объясняется тем, что данные химические процессы, требуют значительной энергии активации [17].
Из результатов расчета следует, что в процессе сорбции ионов металлов верховым торфом происходит
поглощение теплоты до температуры, соответствующей максимальной сорбционной емкости, следовательно, процесс является хемосорбционным.
Выводы
1. Верховой торф обладает высокой сорбционной способностью по отношению к d- и p-металлам (ионам
Cd2+ и Pb2+ соответственно), играя существенную роль в формировании ион-молекулярного состава, а также
форм существования поллютантов болотных экосистем.
2. Время достижения сорбционного равновесия, характер зависимости предельной адсорбции от температуры и рассчитанные величины теплот адсорбции свидетельствуют о том, что процессы, протекающие в
системе «верховой торф – ионы металлов», относятся к хемосорбционным.
Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
Чибисова Н.В., Долгань Е.К. Экологическая химия. Калининград, 1998. 113 с.
Кузнецов В.В Химические основы экологического мониторинга // Соросовский образовательный журнал. 1999. №1.
С. 35–40.
Концепция рационального использования торфяных ресурсов (проект). Томск, 2003. 60 с.
Инишева Л.И., Маслов С.Г. Концепция рационального использования торфяных ресурсов России // Химия растительного сырья. 2003. №3. С. 5–10.
Наумова Л.Б., Горленко Н.П., Казарин А.И. Обменные катионы и их влияние на гидрофильность торфа // Химия
растительного сырья. 2003. №3. С. 51–56.
Орлов Д.С. Химия почв. М., 1992. 259 c.
Перминова И.В., Жилин Д.М. Гуминовые вещества в контексте зеленой химии // Зеленая химия в России: сб. статей. М., 2004. С. 146–162.
Экологический мониторинг : учебно-методическое пособие. 3-е изд., испр. и доп. / под ред. Т.Я. Ашихминой. М.,
2006. 416 с.
Климова В.А. Основные микрометоды анализа органических соединений. М., 1975. 224 с.
Коршун О.М., Гельман Н.Э. Новые методы элементарного микроанализа. М., 1949. 120 с.
Закис Г.Ф. и др. Методы определения функциональных групп лигнина. Рига, 1975.
Сиггиа С., Хана Дж.Г. Количественный органический анализ по функциональным группам. М., 1983. 672 с.
Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. М., 1976. 512 с.
Кировская И.А. Адсорбционные процессы. Иркутск, 1995. 304 с.
Жуковицкий А.А., Шварцман Л.А. Физическая химия. М., 1976. С. 297–301
Адамсон А. Физическая химия поверхностей. М., 1979. 512 с.
Джайлс Ч. Адсорбция из растворов на поверхностях твердых тел. М., 1986. 488 с.
Поступило в редакцию 7 ноября 2008 г.
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 153–159.
УДК 622.331:636.086.7
МИНЕРАЛИЗАЦИЯ И ТРАНСФОРМАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА
ВЕРХОВОГО ТОРФА ПРИ ВНЕСЕНИИ МОЧЕВИНЫ
И БИОКАТАЛИЗАТОРА (СООБЩЕНИЕ 2)
©
Л.В. Касимова1*, А.Н. Панов2, В.А. Сибагатов1
Сибирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства
и торфа СО Россельхозакадемии, ул. Гагарина, 3, а/я 1668, Томск, 634050
(Россия) Е-mail:sibniit@ mail.tomsknet.ru
2
Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН,
пр. Академический, 10/3, Томск, 634055 (Россия) E-mail: panov@imces.ru
1
Изучалась динамика минерального азота, подвижного фосфора, водорастворимого органического вещества, гуминовых
кислот, аминокислот при хранении смесей: верховой торф + (0,5–4,0)% мочевины + 0,5% биокатализатора в течение 15
суток. Минерализация органического вещества торфа сопровождалась активацией азота до 83%, фосфора – до 51% от валового содержания их в исходном торфе. При трансформации органического вещества торфа повышалось содержание водорастворимого органического вещества в 2,7–8,3 раза, гуминовых кислот – в 12,3–12,4 раза, аминокислот – до 11%.
Ключевые слова: верховой торф, мочевина, минерализация, трансформация, торфяная кормовая добавка, качественные показатели.
Введение
Актуальна проблема разработки доступной и эффективной кормовой добавки из торфа, содержащей
трансформированную мочевину. Внесение такой мочевины в состав кормовой добавки снизит риск отравления животных.
Известна технология приготовления углеводно-протеинового корма из верхового торфа, заключающаяся
в химической обработке торфа мочевиной (4% в пересчете на сухой торф) в сочетании с тепловой обработкой – обогревом острым паром [1].
Данная работа является продолжением исследований по получению углеводно-протеинового корма из
верхового торфа и посвящена изучению влияния различных доз мочевины в присутствии специально разработанного для ускорения разложения мочевины до аммиака биокатализатора [2] на процессы минерализации и трансформации органического вещества верхового торфа, на качество полученной кормовой добавки
при температуре 18–22 °С.
Экспериментальная часть
Эксперимент был проведен в СибНИИСХиТ СО Россельхозакадемии. Объектом исследования служил
верховой торф месторождения «Темное» Томского района Томской области. Способ получения торфяной
кормовой добавки включал в себя внесение в торф, имеющего влажность 50%, мочевины в дозе 0,5–4 и 0,5%
биокатализатора, разработанного Л.В. Касимовой [2]. Масса исследуемых смесей – 5 кг торфа с исходной
влажностью 50%.
*
Автор, с которым следует вести переписку.
Л.В. КАСИМОВА, А.Н. ПАНОВ, В.А. СИБАГАТОВ
154
Схема опыта:
1) верховой торф – контроль
2) торф + 0,5% мочевины + 0,5% биокатализатора
5) торф + 2% мочевины + 0,5% биокатализатора
3) торф + 1% мочевины + 0,5% биокатализатора
6) торф + 3% мочевины + 0,5% биокатализатора
4) торф + 1,5% мочевины + 0,5% биокатализатора
7) торф + 4% мочевины + 0,5% биокатализатора
Свойства торфяной кормовой добавки изучали в динамике при хранении в течение пятнадцати суток.
Образцы для анализа отбирали через каждые трое суток. Разложение мочевины и процессы минерализации
азотсодержащего органического вещества торфа отслеживали по изменению содержания N-NH4, которое
определяли по ГОСТ 27894.0-88 – ГОСТ 27894.11-88 [3].
Процессы минерализации фосфорсодержащего органического вещества торфа характеризовали накоплением подвижного фосфора (P2O5)), определенного по ГОСТ 27894.0-88 – ГОСТ 27894.11-88 [3].
Трансформацию органического вещества оценивали по изменению содержания водорастворимого органического вещества торфа (Св.р.), определяемого по методике [4], водорастворимых гуминовых кислот – по
методике [5], аминокислот – по методике [6].
Качество получаемых образцов торфяной кормовой добавки оценивали по общепринятым показателям:
содержание протеина, жира, сахара, клетчатки, БЭВ и др. [7–9]. Определение каждого показателя проведено
в трехкратной повторности, для статистической обработки данных использовали MS Excel.
Обсуждение результатов
рН
Хранение кормовой добавки на основе верхового торфа с мочевиной в присутствии биокатализатора сопровождалось ускорением процессов минерализации и трансформации органического вещества торфа,
в результате которых происходили изменения в реакции среды, содержании подвижных форм элементов
питания, водорастворимого органического вещества, качественных показателей.
Реакция среды. При внесении мочевины в верховой торф в присутствии биокатализатора происходило
ее разложение до газообразного аммиака, который поглощался торфом. Максимальное повышение реакции
среды в торфе происходило через 3-е суток хранения смесей (рис. 1). Оптимальное значение реакции среды
(рН=7) для роста численности микрофлоры пищеварительного тракта и повышения подвижности азота,
фосфора торфа достигалось при внесении в верховой торф 1,5% мочевины. Более высокие дозы мочевины
обеспечили повышение рН до 8,5.
Динамика минерального азота. Динамика изменения содержания аммонийного и нитратного азота при хранении смесей верхового торфа с разными дозами мочевины в присутствии 0,5% биокатализатора приведена в таблице
1. При хранении смесей торфа с мочевиной и биокатализатором происходило повышение содержания аммонийного
азота при дозе мочевины 0,5% в 4 раза, 1% – в 8 раз, при более высоких дозах мочевины – в 12–15 раз.
Максимальное накопление аммонийного азота наблюдалось через 12–15 суток хранения. При хранении
исследуемых смесей в течение первых трех суток накопление аммонийного азота достигало 43–66% от максимального накопления в соответствующем варианте с определенной дозой мочевины.
Важным показателем процесса минерализации азот- и фосфорсодержащего органического вещества является степень активации азота и фосфора торфа, определенная как накопление соответствующего элемента
и выраженная в процентах от его валового содержания в исходном торфе.
В таблице 2 приведены расчетные данные по активизации азота торфа в исследуемых смесях. Активизация азота торфа составляла 35–89% от его валового содержания. Максимальный показатель достигнут в варианте с 2% мочевины.
10
8
6
4
2
0
0
0,5
1
1,5
2
3
Доза мочевины, %
4
Рис. 1. Реакция среды в смесях: верховой торф +
х% мочевины + 0,5% биокатализатора
МИНЕРАЛИЗАЦИЯ И ТРАНСФОРМАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА …
155
Таблица 1. Динамика содержания минерального азота в смесях: верховой торф + х % мочевины + 0,5%
биокатализатора
№
п/п
Доза
мочевины,
%
Влажность,
%
рН
сол.
Содержание аммонийного азота
мг/кг сырой массы
% к исходному торфу
Длительность хранения – 3 суток
833,7
100
2275,7±180,0*
273
3479,7±261,0*
418
4791,7±61,8*
575
6164,0±90,9*
740
6469,3±280,0*
777
5354,0±74,42*
643
Длительность хранения – 6 суток
1
–**
50,7
833,7
100
2
0,5
46,9
4,4
3393,3±309,5*
407
3
1,0
46,4
5,5
5331,7±70,9*
640
4
1,5
47,2
7,2
7658,3±108,0*
918
5
2,0
49,1
8,0
9417,3±293,3*
1131
7
3,0
47,6
8,2
11846,7±797,0*
1422
9
4,0
46,4
8,4
12043,3±335,1*
1446
Длительность хранения – 9 суток
1
–**
50,7
833,7
100
2
0,5
43,9
4,2
3147,0±349,6*
378
3
1,0
42,2
5,4
5315,0±93,7*
638
4
1,5
44,1
7,2
6288,7±280,1*
755
5
2,0
46,6
7,7
7258,7±345,3*
871
7
3,0
42,2
8,0
8229,0±646,4*
988
9
4,0
42,5
8,4
9265,7±627,0*
1112
Длительность хранения – 12 суток
1
–**
833,7
100
2
0,5
42,0
4,2
3424,3±482,1*
411
3
1,0
40,7
5,3
6625,0±1254,0*
795
4
1,5
41,3
7,0
10032,7±478,8*
1204
5
2,0
42,4
7,5
11200,0±257,8*
1345
7
3,0
42,2
7,9
10591,1±1148,0*
1271
9
4,0
41,6
8,1
11373,3±836,9*
1365
Длительность хранения – 15 суток
1
–**
50,7
833,7
100
2
0,5
45,7
4,2
3016,3±279,2*
362
3
1,0
44,6
5,4
5854,4±368,6*
703
4
1,5
45,5
7,0
9470,3±535,5*
1137
5
2,0
46,5
7,6
10129,7±458,1*
1216
7
3,0
45,8
7,8
11283,3±627,1*
1354
9
4,0
45,4
8,1
12370,4±55,20*
1485
Примечание: * – различия с контролем достоверны; ** – исходный торф.
1
2
3
4
5
7
9
–**
0,5
1,0
1,5
2,0
3,0
4,0
50,7
46,1
44,7
47,0
45,5
46,4
44,5
3,2
4,6
5,7
7,2
8,1
8,6
8,5
Содержание нитратного
азота (N-NO3),
мг/кг сырой массы
20,3
19,4±1,2
19,7±1,6
20,9±1,4
27,8±4,1*
53,8±7,1*
27,3±3,1*
20,3
18,0±2,7
18,7±1,9
22,3±3,5*
25,5±5,4*
46,2±9,1*
63,6±1,3*
20,3
21,5±1,8*
25,9±2,1*
45,9±11,2*
78,0±7,9*
126,1±8,0*
106,5±6,1*
20,3
28,9±6,1*
28,9±5,3*
45,1±1,9*
72,5±12,9*
110,9±10,3*
179,1±35,7*
20,3
17,6±1,4
18,4±1,7
18,9±1,0
17,8±0,0
35,3±2,0*
46,6±0,0*
Потери валового азота в вариантах кормовой добавки, содержащей 0,5–1,0% мочевины в присутствии
биокатализатора, отсутствуют, в варианте с 1,5% мочевины потери азота составляли 25%, в вариантах с 2–
4% мочевины они достигали 40–50% от внесенного азота с мочевиной.
Накопление аммонийного азота в пересчете на 1% внесенной в торф мочевины максимальное в вариантах с дозами мочевины 0,5–1,5%: 6625–6848 мг/кг сырой массы (рис. 2).
Рис. 2. Максимальное накопление аммонийного азота
и водорастворимого органического вещества (Св.р.)
в смесях: верховой торф + х% мочевины + 0,5%
биокатализатора в пересчете на 1% внесенной
мочевины
накопление
параметра, мг/кг
сырой массы
Л.В. КАСИМОВА, А.Н. ПАНОВ, В.А. СИБАГАТОВ
156
8000
6000
4000
2000
0
0,5
1
1,5
2
3
4
Доза мочевины, %
аммонийный азот
водорастворимое органическое вещ ество
Динамика подвижного фосфора. При хранении смесей верхового торфа с разными дозами мочевины в
присутствии биокатализатора отмечено повышение содержания подвижного фосфора в 1,9–3,5 раза относительно содержания его в исходном торфе (табл. 3). Прирост содержания подвижного фосфора составлял
165,5–294,6 мг/кг сырой массы, или 0,42–0,51% на абсолютно сухое вещество (а.с.в.). Максимальное накопление подвижного фосфора наблюдалось в варианте с дозой мочевины 3%: 412мг/кг через 6 суток хранения.
При увеличении срока хранения до 15 суток содержание фосфора снижалось. Доза мочевины (4%) тормозила процесс минерализации фосфорсодержащего органического вещества торфа, что подтверждается меньшими показателями содержания фосфора.
Расчетные данные по оценке активизации фосфора торфа в смесях: верховой торф + х% мочевины +
0,5% биокатализатора (табл. 2) показали, что активация фосфора торфа в опыте составляла 25–51% от его
валового содержания. Максимальный показатель достигнут в варианте смеси торфа с 3% мочевины.
Накопление фосфора в пересчете на 1% внесенной в торф мочевины достигало максимальных величин
при дозе мочевины 0,5% через 12 суток хранения (рис. 3).
Динамика водорастворимого органического вещества. Трансформация органического вещества торфа в смесях: торф +0,5–4% мочевины + 0,5% биокатализатора сопровождалась повышением содержания
водорастворимого органического вещества (Св.р.) при дозе мочевины 0,5% в 2,7 раза, при 1% мочевины – в
5,3 раза, при 1,5% мочевины – в 8,3 раза. Особенно значительное накопление Св.р. (в 10–11 раз) происходило в вариантах с внесением 2–4% мочевины (табл. 3).
Следует подчеркнуть, что выход водорастворимого органического вещества, определяемого по углероду,
от общего содержания органического вещества в торфе, определяемого также по углероду, невелик и не
превышал 4,2% (при С общем в исходном торфе 42,41% на а.с.в.).
Накопление Св.р. в пересчете на 1% внесенной в торф мочевины достигало максимальных величин при
дозе 0,5–2% мочевины: 4274–4609 мг/кг сырой массы (рис. 2).
На рисунке 4 показано изменение водорастворимых гуминовых кислот в исследуемых составах кормовой добавки из верхового торфа.
% от валового
содержания
фосфора в
торфе
Активация фосфора
торфа
% от валового
содержания
азота в торфе
Найдено максимальное содержание подвижного фосфора,% на а.с.в.
% от валового
содержания
азота в торфе
Активация азота торфа
мг/100г а.с.в.
Найдено максимальное содержание аммонийного азота, %
на а.с.в.
Рассчитано суммарное количество аммо-нийного азота, %
на а.с.в.
Введено азота, % на
а.с.в.
Доза мочевины, % на
а.с.в. торфа
Таблица 2. Расчетные данные по оценке активизации азота торфа в смесях: верховой торф + х% мочевины +
0,5% биокатализатора
0*
0,14
0,14
–
–
0,020
–
–
0,5
0,23
0,37
0,60
0,23
26
0,045
0,025
25
1,0
0,46
0,60
0,95
0,35
39
0,050
0,030
30
1,5
0,69
0,83
1,53
0,70
78
0,058
0,038
38
2,0
0,92
1,06
1,81
0,75
83
0,062
0,042
42
3,0
1,38
1,52
2,01
0,49
55
0,071
0,051
51
4,0
1,84
1,98
2,36
0,38
42
0,047
0,027
27
Примечание. * – исходный торф; Содержание валового азота в торфе 0,9%, валового фосфора 0,1% на абсолютно сухое
вещество.
МИНЕРАЛИЗАЦИЯ И ТРАНСФОРМАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА …
Накопление
подвижного
фосфора, мг/кг
сырой массы
Рис. 3. Накопление подвижного фосфора
в смесях: верховой торф + х% мочевины +
0,5% биокатализатора в пересчете на 1%
внесенной мочевины
157
600
500
400
300
200
100
0
0,5
1
1,5
2
3
4
Доза мочевины, %
Таблица 3. Влияние дозы мочевины на содержание подвижного фосфора и водорастворимого
органического вещества в смесях: верховой торф + х % мочевины + 0,5% биокатализатора
№
п/п
Доза
мочевины,
%
Содержание подвижного фосфора (Р2О5)
Содержание водорастворимого органического
вещества (Св.р.)
мг/кг сырой массы
% к исх. торфу
мг/кг сырой массы
% к исх. торфу
Длительность хранения – 3 суток
1.
–**
117,4
100
1607,3
100
2.
0,5
269,3±26,1*
229
2048,3±58,7*
127
3.
1,0
236,1±13,4*
201
2814,3±83,5*
175
4.
1,5
309,8±31,5*
264
3292,3±100,8*
205
5.
2,0
292,6±14,3*
249
4574,7±1213*
285
7.
3,0
402,8±14,9*
343
4591,0±672,9*
286
9.
4,0
248,7±46,1*
212
3897,7±144,0*
242
Длительность хранения – 6 суток
1.
–**
117,4
100
1607,3
100
2.
0,5
272,5±17,3*
232
2211,0±156,2*
138
3.
1,0
282,9±19,1*
241
3355,0±643,5*
209
4.
1,5
355,7±6,0*
303
5163,7±792,7*
321
5.
2,0
340,7±41,7*
290
6566,7±1375*
409
7.
3,0
412,0±9,8*
351
7959,0±982,2*
495
9.
4,0
283,9±41,8*
242
7923,0±1196*
493
Длительность хранения – 9 суток
1.
–**
117,4
100
1607,3
100
2.
0,5
229,2±26,9*
195
1858,0±249,7
116
3.
1,0
238,8±20,0*
203
3288,3±255,1*
205
4.
1,5
305,0±32,7*
260
5095,0±249,8*
317
5.
2,0
373,7±67,3*
318
6165,7±1503,6*
384
7.
3,0
376,9±35,1*
321
6692,7±268,9*
416
9.
4,0
255,7±28,5*
218
6762,0±890,9*
421
Длительность хранения – 12 суток
1.
–**
117,4
100
1607,3
100
2.
0,5
297,4±7,5*
253
2280,7±76,2*
142
3.
1,0
261,3±43,1*
223
4236,3±709,5*
264
4.
1,5
369,6±27,3*
315
6668,3±1552*
415
5.
2,0
383,3±31,3*
327
7558,3±856,7*
470
7.
3,0
376,4±56,8*
321
8059,3±501,2*
501
9.
4,0
312,0±34,4*
266
7901,3±712,6*
492
Длительность хранения –15 суток
1.
–**
117,4
100
1607,3
100
2.
0,5
222,9±21,6*
190
2291,0±259,4*
143
3.
1,0
259,5±20,7*
221
4412,7±660,1*
275
4.
1,5
290,9±35,1*
248
6914,0±379,8*
430
5.
2,0
305,3±20,0*
260
8549,3±622,6*
532
7.
3,0
375,1±27,3*
320
9131,7±556,5*
568
9.
4,0
234,4±24,3*
200
8431,0±595,1*
525
Примечание: * - различия с контролем достоверны, ** – исходный торф.
Л.В. КАСИМОВА, А.Н. ПАНОВ, В.А. СИБАГАТОВ
158
Рис. 4. Накопление водорастворимых гуминовых
кислот в смесях: верховой торф + х % мочевины +
0,5% биокатализатора
При хранении смесей верхового торфа с мочевиной и биокатализатором содержание водорастворимых
гуминовых кислот увеличилось в 2,3-12,4 раза. Максимальное накопление гуминовых кислот обеспечивало
внесение 1,5% мочевины.
Качественные показатели. Качественные показатели кормовой добавки из верхового торфа, содержащей 0,5–4% мочевины и 0,5% биокатализатора, приведены в таблице 4.
Введение мочевины в верховой торф в присутствии биокатализатора повысило практически все качественные показатели: содержание протеина в 1,5–2,1 раза, крахмала в 1,3–2,1 раза, клетчатки на 2,3–7,3%,
сахара в 1,4–2,3 раза, жира на 8–23%, аминокислот до 11%, показатель БЭВ снизился до 11,2% относительно
аналогичных показателей в исходном верховом торфе.
Исследованные составы кормовой добавки отличались от известного углеводно-протеинового корма повышенным содержанием клетчатки: в 1,4–1,9 раза, более высоким содержанием сухих веществ: в 1,8–2,2
раза. Пониженное содержание сырого протеина и сырого жира обусловлены низкотемпературными условиями ее получения: 18–22 °С.
Пониженные качественные показатели кормовой добавки из верхового торфа в присутствии 4% мочевины
и 0,5% биокатализатора относительно известного углеводно-протеинового корма, содержащего 4% мочевины
без биокатализатора [1], обусловлены низкотемпературными условиями её получения: 18–22 °С.
Сопоставление анализируемых показателей в смесях верхового торфа с мочевиной без биокатализатора,
опубликованных в [10], и в смесях верхового торфа с мочевиной и биокатализатором (рис. 5, 6) показало,
что в присутствии биокатализатора – реакция среды выше на 0,2–0,9 ед.рН; содержание аммонийного азота
выше на 6–10% в вариантах с дозой мочевины 1–1,5%; минерализация фосфорсодержащего и трансформация органического вещества торфа протекали более интенсивно, что подтверждается более высоким содержанием: подвижного фосфора в 1,3–2,4 раза во всех исследуемых вариантах; водорастворимого органического вещества на 9–23% в вариантах с дозой мочевины 1–3%; аминокислот на 30% в варианте с 1,5% мочевины; клетчатки на 4,3–9,0% во всех вариантах, с максимальным показателем в варианте с 1,5% мочевины.
Таблица 4. Влияние мочевины на качественные показатели кормовой добавки состава: верховой торф + х%
мочевины + 0,5% биокатализатора
Качественные показатели смесей: верховой торф + х % мочевины + 0,5% биокатализатора, % на сухое вещество
сырой
сырой
клетчатка
сахар
крахмал
NаминоБЭВ
протеин
жир
кислот
0**
49,3
5,6
1,3
28,1
0,5
1,2
130,7
49,0
0,5
54,3
8,1
1,5
31,0
0,5
1,2
76,3
43,2
1,0
55,4
9,7
1,6
31,7
0,7
1,6
94,6
42,7
1,5
54,5
8,9
1,5
33,0
0,8
1,8
132,9
37,8
2,0
53,5
8,9
1,4
32,9
0,9
2,4
137,4
41,7
3,0
54,2
8,5
1,4
30,4
0,9
2,4
141,3
42,6
4,0
54,6
11,6
1,6
35,4
1,1
2,6
145,3
43,0
4,0 [2]
25–30
15,7–20,7
2,7–3,8
19,0–24,6
–***
–***
–***
–***
Примечание: * – различия с контролем достоверны; ** – исходный торф; *** – не определено.
Доза мочевины, % на
а.с.в.
Сухое вещество, %
16000
14000
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
Содержание подвижного
фосфора, мг/кг сырой массы
Максимальные показатели,
мг/кг сырой массы
МИНЕРАЛИЗАЦИЯ И ТРАНСФОРМАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА …
0
0,5
1
1,5
2
3
4
аммонийный азот 2;
Св.р. 1;
500
400
300
200
100
0
0
0,5
1
1,5
2
3
4
Доза мочев ины, % на а.с.в.
Доза мочевины, % на а.с.в.
аммонийный азот 1;
159
Св.р. 2
Рис. 5. Максимальное накопление аммонийного
азота и водорастворимого органического вещества
в смесях: верховой торф + х% мочевины (1) и
верховой торф + х% мочевины + 0,5%
биокатализатора (2)
подв ижный фосфор 1;
подвижный фосфор 2;
аминокислоты 1;
аминокислоты 2
Рис. 6. Максимальное накопление подвижного
фосфора и аминокислот в смесях: верховой торф +
х% мочевины (1) и верховой торф + х% мочевины
+ 0,5% биокатализатора (2)
Выводы
1. Разложение мочевины в смеси с верховым торфом в присутствии биокатализатора при температуре
18–22 °С повысило содержание аммонийного азота в 4–15 раз. Активация азота торфа составила 35–89% от
валового содержания азота в исходном торфе.
2. Минерализация фосфорсодержащего органического вещества торфа повысила содержание подвижного фосфора 1,9–3,5 раза. Активация фосфора торфа составила 25–51%.
3. Трансформация органического вещества торфа сопровождалась накоплением водорастворимого органического вещества в 2,7–8,3 раза, аминокислот – на 2–11%, водорастворимых гуминовых кислот – в 2,3–12,4 раза.
4. Наиболее перспективные составы кормовой добавки: верховой торф + 1,5–2,0% мочевины + 0,5% биокатализатора, отличающиеся высоким содержанием аммонийного азота, подвижного фосфора, водорастворимого органического вещества, накоплением элементов питания в пересчете на 1% внесенной в торф мочевины, в
которых активация азота достигает 83%, фосфора – 42% от их валового содержания в исходном торфе.
Список литературы:
Рекомендации по приготовлению углеводно-протеинового корма из торфа и его использование в рационах крупного рогатого скота. Л., 1981. 10 с.
2. Патент РФ 2050343 МКИ С 05F 11/02. Биокатализатор / Л.В. Касимова, С.Н. Архипова / Опубликовано 20.12.95.
3. ГОСТ 27894.0-88 – ГОСТ 27894.11-88. Торф и продукты его переработки для сельского хозяйства. Методы анализа.
4. Аринушкина Д.Е. Руководство по химическому анализу почв. М., 1970. 350 с.
5. Технический анализ торфа. М., 1992. С. 358–365.
6. Руководство по анализам кормов. М., 1982.
7. ГОСТ 26176-91. Корма, комбикорма. Методы определения растворимых и легкогидролизуемых углеводов.
8. ГОСТ 13496.17-95. Корма. Методы определения каротина.
9. ГОСТ 10846-91. Зерно и продукты его переработки. Метод определения белка.
10. Касимова Л.В., Панов А.Н. Влияние мочевины на процессы минерализации и трансформации органического вещества верхового торфа (Сообщение 1) // Химия растительного сырья. 2008. №3. С. 141–150.
1.
Поступило в редакцию 19 марта 2008 г.
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 161–165.
УДК 622.331:636.086.7
ВЛИЯНИЕ ИЗВЕСТИ НА СВОЙСТВА ВЕРХОВОГО ТОРФА
(СООБЩЕНИИЕ 3)
©
Л.В. Касимова1*, А.Н. Панов2, В.А. Сибагатов1
Сибирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства
и торфа СО Россельхозакадемии, ул. Гагарина, 3, а/я 1668, Томск, 634050
(Россия) Е-mail: sibniit@mail.tomsknet.ru
2
Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН,
пр. Академический, 10/3, Томск, 634055 (Россия) E-mail: panov@imces.ru
1
Введение извести обеспечило нейтральную реакцию среды в кормовой добавке из верхового торфа. Хранение кормовой добавки сопровождалось минерализацией азот- и фосфорсодержащего органического вещества и повышением
содержания аммонийного азота до 57%, подвижного фосфора до 32%. При трансформации органического вещества
торфа накопление водорастворимого органического вещества достигало 21% относительно исходного торфа. Активизация азота и фосфора торфа была на низком уровне: 2–3% от валового их содержания.
Ключевые слова: верховой торф, известь, минерализация, трансформация, торфяная кормовая добавка, качественные
показатели.
Введение
Существует определенный дефицит неорганических элементов в кормовых рационах сельскохозяйственных животных, в том числе кальция. Известно, что минеральные препараты кальция слабо усваиваются в организме, а значительная часть его транзитом выводится из пищеварительного канала, нарушая равновесие симбиотической микрофлоры. Поэтому возникает острая необходимость введения кальция в доступной для усвоения форме. Имеются сведения по использованию извести для переработки трудноперевариваемых кормов, например, соломы. Данная технология предусматривает пропаривание соломы в чане с последующей обработкой ее известковым молоком, что повышает перевариваемость соломы [1], обогащает ее
кальцием. Существует также технология приготовления углеводно-протеинового корма из верхового торфа,
заключающаяся в химической обработке торфа мочевиной совместно с известью (4% в пересчете на сухой
торф) в сочетании с тепловой обработкой – обогревом острым паром [2]. В сообщении 1 приведены результаты исследований по влиянию разных доз мочевины на свойства и качественные показатели кормовой добавки из верхового торфа.
Данная работа посвящена изучению влияния 4% извести в пересчете на абсолютно сухое вещество на
процессы минерализации и трансформации органического вещества верхового торфа, на качество полученной кормовой добавки при температуре 18–22 °С.
Экспериментальная часть
Эксперимент был проведен в СибНИИСХиТ СО Россельхозакадемии. Объектом исследования служил верховой сфагновый торф месторождения «Темное» Томского района Томской области. В верховой торф вносили
4% извести в пересчете на а.с.в. торфа. Масса исследуемых смесей – 5кг торфа с исходной влажностью 50%.
Схема опыта включала следующие варианты:
*Автор,
с которым следует вести переписку.
Л.В. КАСИМОВА, А.Н. ПАНОВ, В.А. СИБАГАТОВ
162
1) верховой торф – контроль;
2) торф + 4% мочевины;
3) торф + 4% извести.
Свойства торфяной кормовой добавки изучали в динамике при хранении в течение пятнадцати суток.
Образцы для анализа отбирали через каждые трое суток. Разложение мочевины и процессы минерализации
азотсодержащего органического вещества отслеживали по изменению содержания N-NH4, которое определяли по ГОСТ 27894.0-88 – ГОСТ 27894.11-88 [3].
Процессы минерализации фосфорсодержащего органического вещества торфа характеризовали по
накоплению подвижного фосфора (P2O5)), определенного по ГОСТ 27894.0-88 – ГОСТ 27894.11-88 [3].
Трансформацию органического вещества оценивали по изменению содержания водорастворимого органического вещества торфа (Св.р.), определяемого по методике Тюрина [4], водорастворимых гуминовых
кислот – по методике [5], аминокислот – по методике [6]. Качество получаемых образцов активированного
верхового торфа оценивали по общепринятым показателям: содержание протеина, жира, сахара, клетчатки,
БЭВ и др. [7-9]. Определение каждого показателя проведено в трехкратной повторности, для статистической
обработки результатов использована MS Excel.
Обсуждение результатов
Хранение кормовой добавки на основе верхового торфа с известью сопровождалось слабой минерализацией и трансформацией органического вещества торфа, что сказалось на накоплении подвижных форм элементов питания, водорастворимого органического вещества, качественных показателях.
Реакция среды. Внесение извести в верховой торф повысило значение рН с 3,2 до 7,3–7,5 в первые трое
суток хранения. При дальнейших сроках хранения значение рН оставалось неизменным (рис. 1). Кормовая
добавка из верхового торфа с известью имеет нейтральную реакцию среды, и ее применение может способствовать росту и развитию симбиотической микрофлоры рубца.
Динамика аммонийного азота. При хранении исследуемой смеси наблюдалось накопление аммонийного
азота за счет минерализации азотсодержащего органического вещества торфа. Максимальное его содержание
(1306 мг/кг сырого торфа) найдено через 12 суток хранения и достигало 57% к исходному торфу (табл. 1).
Важным показателем процесса минерализации азот- и фосфорсодержащего органического вещества является степень активации азота и фосфора торфа, определенная как накопление соответствующего элемента
и выраженная в процентах от его валового содержания в исходном торфе.
8
рН
6
4
2
0
0
3
6
9
12
Длительность хранения, сутки
15
Рис. 1. Влияние извести на реакцию среды верхового
торфа при хранении
Таблица 1. Динамика содержания аммонийного азота в смеси верхового торфа с 4% извести
Содержание аммонийного азота (N-NH4)
Длительность
хранения, сутки
Смесь: торф+4%
мочевины
мг/кг сырой массы
Торф исходный
833±27,56
3
8653±277*
6
14920±291*
9
13323±711*
12
14273±624*
15
10997±795*
*Различия с контролем достоверны
Смесь: верховой торф+4% извести
мг/кг сырой массы
% к исходному торфу
833±27,56
749±107
759±32,8*
558±59,32*
1306±144*
988±92,3*
100
90
91
67
157
119
% от смеси: торф+
4% мочевины
8,7
5,1
4,2
9,2
9,0
ВЛИЯНИЕ ИЗВЕСТИ НА СВОЙСТВА ВЕРХОВОГО ТОРФА …
163
В таблице 2 приведены расчетные данные по оценке активизации азота торфа в исследуемой смеси через
15 суток хранения. Полученные результаты показали, что активизация азота торфа не превышала 2% от его
валового содержания в исходном торфе.
Динамика подвижного фосфора. Изменение содержания подвижного фосфора в смеси верхового торфа
с известью показано в таблице 3.
Введение извести усилило процесс минерализации фосфорсодержащего органического вещества торфа,
что сопровождалось повышением содержания подвижного фосфора до 32% к содержанию его в исходном
торфе. Максимальное накопление фосфора наблюдалось через 6 суток хранения исследуемой смеси.
В таблице 2 приведены расчеты по оценке активации фосфора торфа. Следует отметить, что в смеси верхового торфа с известью активизация фосфора торфа была очень низкой и не превышала 3% от его валового
содержания в исходном торфе.
Динамика водорастворимого органического вещества в торфе. Трансформация органического вещества (ОВ) торфа оценивалась по накоплению водорастворимого органического вещества (Св.р.). В таблице 4
показано изменение содержания Св.р. в смеси верхового торфа с 4% извести. Хранение смеси верхового
торфа с известью сопровождалось повышением содержания Св.р. до 21% к содержанию его в исходном
торфе. Максимальное накопление Св.р. отмечено через 12 суток хранения.
Таблица 2. Расчетные данные по оценке активизации азота и фосфора торфа в смеси верхового торфа с 4%
извести
Вариант опыта
Найдено максимальное
содержание
аммонийного
азота, % на
а.с.в.
0,14
Активация азота торфа
мг/100г а.с.в.
% от валового
содержания
азота в торфе
Найдено максимальное
содержание
подвижного
фосфора,% на
а.с.в.
0,020
Активация фосфора торфа
мг/100 г а.с.в.
% от валового
содержания
фосфора в
торфе
–
–
0,003
3
Верховой торф
–
–
исходный
Верховой торф
0,16
0,02
2
0,023
+ 4% извести
Примечание: содержание валового азота в исходном торфе 0,9%, фосфора 0,1% на а.с.в.
Таблица 3. Динамика содержания подвижного фосфора в смеси верхового торфа с 4% извести
Содержание подвижного фосфора (Р 2О5)
Длительность
компостирования, сутки
Смесь: торф+
4% мочевины
мг/кг сырой массы
Смесь: верховой торф+4% извести
мг/кг сырой массы
Торф исходный
117±21,7
117±21,7
3
249±7,30*
135±35,3
6
284±9,15*
155±11,07*
9
256±12,53*
105±18,04
12
312±5,23*
133±23,5
15
234±11,55*
146±9,3*
Примечание: *различия с контролем достоверны.
% к исходному торфу
100
115
132
89
113
124
% от смеси: торф+
4% мочевины
54
55
41
43
62
Таблица 4. Динамика содержания водорастворимого органического вещества в смеси верхового торфа с 4%
извести
Длительность
хранения, сутки
Содержание водорастворимых органических веществ (Св.р.)
Смесь: торф+4% моСмесь: верховой торф+4% извести
чевины
мг/кг сырой массы
мг/кг сырой массы
% к исходному торфу
% к смеси: торф+
4% мочевины
Торф исходный
1607±175
1607±175
100
–
3
3898±735*
1720±288
107
44
6
7923±84*
1604±156
102
20
9
6762±720*
1616±141
101
24
12
7901±458*
1947±111*
121
25
15
8431±750*
1803±101*
112
21
Примечание: *различия с контролем достоверны.
Л.В. КАСИМОВА, А.Н. ПАНОВ, В.А. СИБАГАТОВ
164
Качественные показатели кормовой добавки из верхового торфа. Известный углеводно-протеиновый
корм, полученный в результате термохимической обработки верхового торфа при введении 4% мочевины (в
пересчете на сухой торф) содержит 25–30% сухих веществ, 19,0–24,6% «сырой клетчатки», 15,7–20,7% «сырого» протеина, 2,7–3,8% «сырого» жира на сухое вещество [2].
В таблице 5 и на рисунке 2 приведены качественные показатели исследованных кормовых добавок из
верхового торфа через 15 суток хранения.
Введение извести в верховой торф повысило содержание сырого жира в 2 раза, сахара в 2,2 раза, крахмала
в 2,5 раза, БЭВ – на 12 %, снизило содержание сырого протеина на 24%, клетчатки на 40%, азота аминокислот
в 4 раза, влажность продукта 12,5% относительно аналогичных показателей в исходном верховом торфе.
Исследованный состав кормовой добавки с известью по содержанию клетчатки не уступал известному
углеводно-протеиновому корму, отличался более высоким содержанием сухих веществ (на 25–50%), но пониженным содержанием сырого протеина (в 3,5–4,6 раза), сырого жира, что обусловлено низкотемпературными условиями получения кормовой добавки: 18–22 °С.
Сопоставление данных по максимальному накоплению аммонийного азота, подвижного фосфора, водорастворимого органического вещества, в том числе гуминовых кислот, в вариантах смесей верхового торфа
с 4% мочевины и верхового торфа с 4% извести показало, что введение извести в торф снизило интенсивность протекания процессов минерализации азот- и фосфорсодержащего органического вещества, трансформации органического вещества торфа до водорастворимого органического вещества, разрушения гуминового комплекса до водорастворимых гуминовых кислот. Содержание аммонийного азота составляло 9,2%,
фосфора 62%, водорастворимого органического вещества 44%, водорастворимых гуминовых кислот 6% от
аналогичных показателей в смеси верхового торфа с 4% мочевины (табл. 1, 3, 4).
Таблица 5. Качественные показатели кормовой добавки состава: верховой торф + 4% извести
Сухое вещество, %
Торф исходный
Торф + 4% мочевины
Торф+4% извести
50,0
54,6
37,5
0,90
2,28
0,88
Содержание
показателя,%
6
5
4
3
2
1
0
Торф исх
Торф+4%
извести
торф+4%
мочевины
Варианты опыта
сахар
крахмал
Содержание показателя,
%
Состав смеси
Содержание валового азота, % на а.с.в.
Содержание водорастворимых гуминовых кислот, % в
экстракте
0,023
0,29
0,019
N-аминокислот,
мг/кг
130,7
166,5
31,2
60
50
40
30
20
10
0
Торф исх
Торф+4%
извести
торф+4%
мочевины
Варианты опыта
сырой жир
клетчатка
С общий
БЭВ
сырой протеин
Рис. 2. Качественные показатели кормовых добавок из верхового торфа
Выводы
Введение извести обеспечило нейтральную реакцию среды в кормовой добавке из верхового торфа.
Минерализация азотсодержащего органического вещества торфа сопровождалась повышением содержания аммонийного азота на 57% к показателю в исходном торфе или до 1306 мг/кг сырой массы.
ВЛИЯНИЕ ИЗВЕСТИ НА СВОЙСТВА ВЕРХОВОГО ТОРФА …
165
Минерализация фосфорсодержащего органического вещества торфа обеспечила повышение содержания
подвижного фосфора на 32% к показателю в исходном торфе или до 155 мг/кг сырой массы.
При трансформации органического вещества торфа накопление водорастворимого органического вещества достигало 1950 мг/кг сырой массы или до 21% относительно содержания его в исходном торфе.
Активизация азота и фосфора торфа была на низком уровне: 2–3% от валового их содержания.
Качественные показатели кормовой добавки из верхового торфа с 4% извести: рН=7,3–7,5, 37,5% сухого
вещества, 31,2 мг/кг азота аминокислот, 4,5% сырого протеина, 2,6% сырого жира, 20,1% клетчатки, 3,0%
крахмала, 1,1% сахара, 31,2% БЭВ, 0,9% валового азота.
Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Боярский Л.Г., Дзарданов В.Д. Производство и использование кормов в промышленном животноводстве. М., 1980.
157 с.
Рекомендации по приготовлению углеводно-протеинового корма из торфа и его использование в рационах крупного рогатого скота. Л., 1981. 10 с.
ГОСТ 27894.0-88 – ГОСТ 27894.11-88. Торф и продукты его переработки для сельского хозяйства. Методы анализа.
Аринушкина Д.Е. Руководство по химическому анализу почв. М., 1970. 350 с.
Технический анализ торфа. М., 1992. С. 358–365.
Руководство по анализам кормов. М., 1982.
ГОСТ 26176-91. Корма, комбикорма. Методы определения растворимых и легкогидролизуемых углеводов.
ГОСТ Р50466-93. Корма. Комбикорма, комбикормовое сырье. Методы определения азота и сырого протеина.
ГОСТ 10846-91. Зерно и продукты его переработки. Метод определения белка.
Поступило в редакцию 7 апреля 2008 г.
После переработки 2 июля 2008 г.
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 167–169.
Переработка и применение
УДК 661.47: 268.46
ЭКСТРАКТЫ БУРЫХ ВОДОРОСЛЕЙ ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ РАЦИОНА
ПИТАНИЯ ПРИРОДНЫМИ МИНЕРАЛЬНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ
©
Н.В. Коровкина1*, Н.А. Кутакова2*, Н.И. Богданович2
ФГУП Северный филиал Полярного научно-исследовательского института
морского рыбного хозяйства и океанографии им. Н.М. Книповича,
ул. Урицкого,17, Архангельск, 163002 (Россия) E-mail_techlab@sevpinro.ru
2
Архангельский государственный технический университет, наб. Северной
Двины,17, Архангельск, 163002 (Россия) E-mail: lesochim@agtu.ru
1
Исследован химический состав экстрактов бурых водорослей фукус пузырчатый и аскофиллум узловатый (Fucus
vesiculosus (L), Ascophyllum nodosum (L) Le Jolis) после спиртового экстрагирования с целью получения биологически
активных йодсодержащих веществ. Полученные результаты позволяют сделать вывод о возможности их использования
в качестве йодсодержащего комплекса для обогащения рациона питания в йоддефицитных районах.
Ключевые слова: водоросли, экстракт, химический состав, йоддефицит, биологически активные вещества, микроэлементы, макроэлементы, минеральные вещества.
Введение
Бурые водоросли являются ценными продуктами питания, содержащими комплекс биологически активных
веществ (в том числе йода). Обычно водоросли используют в виде салатов или в сушеном, измельченном виде
как добавка к пище. Однако для восполнения жизненно важного организму запаса микроэлементов нужно
включить в рацион питания очень большое количество водорослей, поэтому из водорослей извлекают субстанции или комплексы в более усваиваемом виде и с определенной биологической активностью.
В настоящее время проблема йоддефицита стоит очень остро, существуют огромные эндемические районы и
области, где люди страдают от нехватки йода в организме и на фоне этого развиваются тяжелые заболевания,
связанные с эндокринной системой. Известно, что решение проблемы йоддефицита не всегда достигается нормализацией функции щитовидной железы при нормальном содержании йода в плазме крови и моче, выработка
гормона трийодтиронина может быть снижена при недостатке ферментов, микроэлементов, витаминов. Поэтому
необходим комплексный подход к решению этой проблемы, т.е. создание пищевых продуктов, обогащенных не
только йодом, но и комплексом микроэлементов, витаминов, полисахаридов и других нутриентов [1]. Лучшая
форма обеспечения населения стабильным йодом и рядом других микроэлементов – это употребление в йоддефицитных регионах морских водорослей, особенно препаратов и пищевых продуктов из них.
Экспериментальная часть и обсуждение результатов
Для исследования состава использовали экстракты бурых водорослей: фукус пузырчатый и аскофиллум
узловатый (Fucus vesiculosus (L), Ascophyllum nodosum (L) Le Jolis) после спиртового экстрагирования.
Анализ химического состава экстрактов водорослей F. vesiculosus и A. nodosum показал, что они содержат 40,2…43,0% минеральных веществ, 19,1…17,3% маннита и 0,07…0,19% йода соответственно. Проведенные исследования элементного состава фукоидов и продуктов их переработки выявили, что экстракт
наиболее богат такими микро- и макро элементами, как K, Na, Fe, Zn, Cu. (табл. 1, 2).
*
Автор, с которым следует вести переписку.
Н.В. КОРОВКИНА, Н.А. КУТАКОВА, Н.И. БОГДАНОВИЧ
168
Таблица 1. Состав макроэлементов в экстракте после спиртового экстрагирования
Характеристика
пробы
A. nodosum
K
2,600,14
Макроэлементы, г/кг (на сухую массу)
Na
Ca
P
Cl
3,400,27
2,100,14
0,150,01
4,000,34
Mg
0,800,01
Таблица 2. Состав микроэлементов экстракта после спиртового экстрагирования
Характеристика
пробы
A. nodosum
Fe
10,100,83
Микроэлементы, мг/кг (на сухую массу)
Zn
Cu
Mn
16,701,22
2,000,15
1,200,09
Co
0,040,01
Минеральные вещества играют огромную роль в организме. Микроэлементы образуют с гормонами, витаминами, аминокислотами и ферментами внутрикомплексные соединения, способствуя их активности в
биохимических процессах [2].
Как макро-, так и микроэлементы находятся в организме в строго определенных концентрациях в сбалансированном состоянии и соотношении, отклонения в сторону уменьшения или увеличения от нормы вызывают ряд заболеваний, в том числе и эндемический зоб [3]. Так, совместный прием солей меди и йода при
профилактических мероприятиях зоба оказывает в 2 раза больший эффект, чем сам йод [4]. Недостаток кобальта и цинка также усугубляет йодную недостаточность.
Необходимо подчеркнуть, что в продуктах переработки фукоидов сосредоточены не только перечисленные биологически активные вещества, но и липидные компоненты (из F. vesiculosus в экстракт перешло 35%
липидов, из A. nodosum – 14% липидов от первоначального содержания в сырье), витамины жирорастворимые, пигменты, извлекающиеся в процессе спиртового экстрагирования водорослей, фармакологическое
действие которых основано на их способности снижать содержание холестерина в крови и повышать концентрацию в плазме фосфолипидов, а также предотвращать жировую инфильтрацию сердечных сосудов [5].
Проведенные биологические испытания свидетельствуют, что пищевые продукты на основе исследуемых экстрактов фукоидов обладают выраженными противорадионуклидными свойствами и существенным
образом влияют на обмен йода в организме, а также не оказывают токсического, иммунотоксического и аллергенного действий на организм [6].
Следовательно, актуальной задачей является вовлечение малоиспользуемых морепродуктов для приготовления биологически полноценных продуктов питания и лечебно-профилактических препаратов.
Известно, что в рациональном здоровом питании населения особая роль отводится созданию принципиально новых, сбалансированных по составу продуктов, обогащенных функциональными компонентами, что
отражено в постановлении Правительства РФ №917 от 10 августа 1998 г. «Концепция государственной политики в области здорового питания населения России на период до 2005 г.». В России, как и в других странах, отмечается устойчивая тенденция повышения интереса к потреблению пищевых продуктов, созданных
на основе экологически безопасного сырья. Получило признание и находит широкое применение в пищевой
промышленности растительное сырье – лекарственные травы, плоды, ягоды, водоросли [7].
В последние годы разработаны и реализуются пищевые биологически активные добавки из водорослей
в натуральном виде, однако их применение в пищевых продуктах ограничено вследствие наличия специфического водорослевого запаха, вкуса и цвета, поэтому для приготовления лечебно-профилактических безалкогольных напитков использовали местные ягоды – бруснику, клюкву, шиповник и траву мяту [8].
Натуральное растительное сырье позволяет создавать новые пищевые продукты функционального
назначения, например, тонизирующие, антистрессовые или диетические напитки. Перед нами стояла задача
максимального использования полезных свойств фукоидов Белого моря и продуктов их переработки и в том
числе содержащегося в них йода. Поэтому на основании экстрактов из фукоидов была создана рецептура
обогащенных йодом безалкогольных напитков серии «Альговит», разработаны нормативные документы и
получено заключение СЭС.
Разработанные нами напитки серии «Альговит» сбалансированы по содержанию йода (0,01 мг%), содержат макро- и микроэлементы (калий – 2,5 мг%, кальций – 0,3 мг%, железо – 0,01 мг%), а также комплекс
витаминов и биологически активных веществ, присутствующих в северных ягодах. Кроме того, присутствие
в растительном сырье природных консервантов позволяет повысить срок хранения безалкогольных напитков до 30 суток и более [9].
ЭКСТРАКТЫ БУРЫХ ВОДОРОСЛЕЙ ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ …
169
Например, в состав безалгокольного напитка «Альговит брусничный», кроме экстракта фукоидов, который является природным консервантом, входит брусничный экстракт. Брусника содержит уникальные вещества: бензойную кислоту, которая подавляет развитие болезнетворных бактерий, и гликозид арбутин,
расщепляющийся в организме человека до гидрохинона, дезинфицирующий мочеполовую систему, они
также являются полноценными источниками витаминов С, В1, В2 и каротина [10].
В основе разработанной схемы производства безалкогольных напитков (рис.) лежат следующие основные технологические процессы: 1 – варка сахарного сиропа горячим способом; 2 – инвертирование; 3 – купажирование холодным способом; 4 – фильтрация; 5 – разведение и розлив в горячем виде.
Блок-схема производства безалкогольных напитков «Альговит»
Заключение
Проведенные исследования показали, что экстракты фукоидов можно рекомендовать для производства
безалкогольных витаминизированных напитков, обогащенных экстрактом бурых водорослей, или как самостоятельную пищевую добавку для обогащения рациона питания природными минеральными веществами.
Список литературы
Щелкунов Л.Ф., Дудкин М.С., Корзун В.Н. Пища и экология. Одесса, 2000. 517 с.
Каталымов М.В. Микроэлементы и микроудобрения. М.; Л., 1965. 166 с.
Велданова М.В. Дефицит йода и эндемический зоб – взаимосвязь, следствие и сложные причины // Мед. науч. и
учеб.-метод. журн. 2001. №1. С. 182–197.
4. Коломейцева М.Г., Неймарк И.И. Зоб и его профилактика. М., 1963. 176 с.
5. Артюхова С.А., Богданов В.Д., Дацун В.М. Технология продуктов из гидробионтов. М., 2001. 496 с.
6. Коровкина Н.В., Богданович Н.И., Кутакова Н.А. Исследование состава бурых водорослей Белого моря с целью их
дальнейшей переработки // Химия растительного сырья. 2007. №1. С. 59–64.
7. Домарецкий В.А. Производство концентратов, экстрактов и безалкогольных напитков: справочник. Киев, 1990. 248 с.
8. Лифляндский В.Г., Закревский В.В., Андронова М.Н. Лечебные свойства пищевых продуктов. М., 1999. 544 с.
9. Поздняковский В.М., Помозова В.А., Кисилева Т.Ф., Пермякова Л.В. Экспертиза напитков. Новосибирск, 2000. 334 с.
10. Цапаева И.Э., Губина М.Д., Позняковский В.М. Экспертиза дикорастущих ягод и травянистых растений. Новосибирск, 2002. 180 с.
1.
2.
3.
Поступило в редакцию 3 июня 2008 г.
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 171–176.
УДК 54:630.8:664
ВЫДЕЛЕНИЕ ПЕКТИНА ИЗ НЕТРАДИЦИОННОГО РАСТИТЕЛЬНОГО
СЫРЬЯ И ПРИМЕНЕНИЕ ЕГО В КОНДИТЕРСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
©
А.А. Ефремов1*, Т.А. Кондратюк2
Сибирский федеральный университет, пр. Свободный, 79, Красноярск,
660041 (Россия) E-mail: aefremov@sfu-kras.ru
2
Красноярский государственный торгово-экономический институт,
ул. Л. Прушинской, 2, Красноярск, 660075 (Россия)
1
Из коры лиственницы сибирской кислотным гидролизом выделен пектин, исследованы его физико-химические и
желирующие свойства.
Ключевые слова: лиственница, пектин, кондитерские изделия.
Введение
Пектиновые вещества широко распространены в природе: они встречаются в плодах, соках, корнях,
стеблях большинства растений. Сырьем для получения пектина традиционно служат свекловичный жом,
яблочные выжимки, корочки цитрусовых [1] и др.
Наибольшей ценностью по своей студнеобразующей способности обладают пектиновые вещества, выделенные из яблок (10–15% пектинов), корочек цитрусовых (20–35% пектинов), подсолнечника (15–25 % пектинов) и свеклы (10–20% пектинов). При правильном ведении технологических процессов они дают студни,
обладающие необходимой прочностью.
Менее ценные в этом отношении пектины черной смородины, крыжовника, рябины, айвы, абрикоса,
персика, сливы, клюквы. Они дают студни, обладающие меньшей прочностью.
Количественное содержание пектина в плодах и растениях колеблется в довольно широких пределах 0,8–
28% к сухой массе растительного сырья. Желирующий пектиноводный концентрат, полученный из яблочных выжимок, содержит 10–16% сухих веществ, свекловичный жом содержит 10% пектина, но он имеет
невысокое качество.
Пектины (Е 440) – сложные полисахариды. По существующей номенклатуре пектиновыми веществами называются встречающиеся в растениях производные углеводов, которые состоят из остатков D-галактуроновой кислоты, а их соли – нормальными или кислыми пектатами. Пектиновые кислоты, часть карбоксильных групп которых в различной степени этерифицирована и нейтрализована, называются пектинами.
Пектин широко применяется в различных областях народного хозяйства. Так, например, возможно использование пектина для технических целей: для шлихтования тканей, проклеивания бумаг, загустителей
в косметике, производстве красок и т.д. [2].
Пектин применяют в медицине как средство для выведения из организма человека солей тяжелых металлов. Благоприятное воздействие оказывают пектиновые вещества против вредного влияния ионизирующих
излучений. Кроме того, пектин применяется для приготовления заменителей крови.
Однако основное применение пектин находит в пищевой промышленности, где он используется в качестве загущающих веществ для производства джемов, желе, мармелада; в хлебопечении – для предотвращения черствления хлебобулочных изделий; при производстве соусов и мороженого в качестве эмульгирую*
Автор, с которым следует вести переписку.
172
А.А. ЕФРЕМОВ, Т.А. КОНДРАТЮК
щего агента; для увеличения вязкости замутненных овощных соков, очень эффективно предотвращая распад
суспензии; для стабилизации кисломолочных продуктов [3]; при консервировании для предотвращения коррозии оловянных консервных банок и т. д.
Основные поставщики пектинов на мировом рынке – Herbstreith&Fоx KG (Германия), Copenhagen pectin
A.S. (Дания), New Foods Industry SPA (Италия), Obipektin A.G. (Швейцария), Pomosin GmbH (Германия), Sapa
Dafa Associes (Франция) [4]. В настоящее время все сырье в Россию импортируют, цена пектина сегодня 13–
14€ за 1 кг.
Учитывая, что в настоящее время производство пектина в России отсутствует, получение относительно
дешевых пектиновых веществ позволило бы решить в какой-то степени эту проблему.
Несмотря на то, что пектин выделяют из традиционного сырья, для его получения может использоваться
и нетрадиционное сырье.
Кора лиственницы сибирской, являясь в настоящее время обременительным отходом при лесозаготовках, может служить альтернативным источником получения пищевого пектина – дефицитного продукта для
отечественной пищевой промышленности.
Проведенный анализ литературных источников [5, 6] показал следующее. Содержание пектиновых веществ в коре лиственницы на высоте 1,3 м в среднем составляет 4–5% (колебания 3–10%). В коре ствола
находятся 8–9% пектиновых веществ. Особенно много пектиновых веществ обнаружено в лубе (11–16%),
значительное содержание пектинов – в коре (7%). Собственно в древесине пектинов немного (0,5%), причем
хвойные породы содержат пектинов меньше, чем лиственные. Наибольшее их количество находится в коре
молодых частей дерева, составляющих отходы лесозаготовок. Установлено, что содержание пектинов с возрастом дерева уменьшается. Содержание пектиновых веществ увеличивается по высоте ствола от комля к
вершине.
Пектин, вырабатывается по различным производственным схемам, в которых, как правило, имеются три
основные операции: извлечение пектина из подготовленного сырья, его очистка, выделение и сушка.
До сих пор нет еще достаточно точных методов выделения пектинов из растительных материалов и их
очистки от сопутствующих углеводов, поэтому строение пектинов окончательно не установлено. По современным взглядам, пектиновые вещества представляют собой коллоидный комплекс полисахаридов кислого
характера, состоящий из арабинана, галактана и так называемой. пектиновой кислоты.
Молекулярная масса пектинов колеблется от 3000 до 300 000. Пектины различных источников отличаются друг от друга по свойствам. Лучше других изучены пектины плодов и овощей, пектины древесины и
коры изучены меньше.
Таким образом, цель работы состоит в том, чтобы выделить пектин из нетрадиционного растительного
сырья, оценить его свойства и возможность применения в пищевой промышленности.
Экспериментальная часть
Кора лиственницы сибирской подвергалась кислотному гидролизу – экстрагированию с применением
1,1% HCl в течение 1–2 ч при температуре 60–70 °С. Для осаждения пектина из солянокислой вытяжки
в качестве осадителя был применен этиловый спирт, так как пектин нерастворим в спирте. После отделения
пектинового осадка спирт направляется на дистилляцию. Полученный чистый спирт можно повторно использовать в производстве.
Максимальный выход пектина с одновременным сохранением его желирующих свойств достигается при
оптимальной сбалансированности основных экстракционных параметров: рН гидролизующего агента, температуры и длительности экстракции.
Попутно пектиновым веществам в коре лиственницы определялись вещества, экстрагируемые горячей
водой (60 °С). Между ними имеется линейная прямо пропорциональная связь. Следовательно, анализ коры
на содержание в ней пектиновых веществ сводился к определению количества водоэкстрактивных веществ
(при 60 °С), что дает большую экономию времени.
Качество полученного продукта контролируется по следующим показателям: степень этерификации, молекулярная масса, содержание D-галактуроновой кислоты и т.д., а также на соответствие пектина критериям
чистоты согласно законодательству о пищевых добавках, европейским нормам, положениям Объединенного
комитета Всемирной организации здравоохранения и Продовольственной и сельскохозяйственной организации (WHO/РАО). Применение пектинов в качестве пищевых добавок разрешено во всех странах. В соот-
ВЫДЕЛЕНИЕ ПЕКТИНА ИЗ НЕТРАДИЦИОННОГО …
173
ветствии с рекомендациями JECFA допустимая концентрация пектина как пищевой добавки не ограничена.
В соответствии с «Гигиеническими требованиями по применению пищевых добавок» СанПиН 2.3.2.1293-03
(прил. 3, разд. 3.6) пектин применяют в пищевых продуктах согласно ТИ. Рекомендуемое суточное потребление пектиновых веществ в рационе взрослого человека составляет 5–6 г.
Растворы пектиновых веществ отличаются значительной вязкостью. Это является важным показателем,
так как между вязкостью и желирующей способностью пектина существует определенная зависимость.
Измерение вязкости было проведено в капиллярном вискозиметре типа ВПЖ-2 с внутренним диаметром
капилляра 1,31 мм. Расчеты проведены по формуле

tKg
,
9,807
где К – постоянная вискозиметра (0,2948 мм2/с2); t – время истечения жидкости, с; g – ускорение свободного падения, м/с2; η – вязкость раствора, Н/м2.
Вязкость пектиновых растворов зависит от молекулярной массы пектиновых веществ. Для определения
молекулярной массы был применен вискозиметрический метод. Вязкость растворов линейных ВМС связана
с их концентрацией и молекулярным весом формулой Штаудингера:
(   о )
о
 К м СМ , или
 уд
С
 КмМ ,
где η – вязкость раствора; ηо – вязкость растворителя; С – концентрация, выраженная в молях/л; Км – постоянная для данного полимера; М – молекулярный вес полимера.
Известно, что пектины не являются однородными по составу и свойствам. Для выяснения фракционного
состава выделенных из коры лиственницы пектиновых веществ было проведено их фракционирование с использованием стеклянной колонки длиной 0,8 м и сахарозы в качестве сорбента. Элюирование проводилось
смесью этилового спирта и воды, взятых в различных соотношениях, начиная с соотношения 1 : 1. Каждая последующая фракция извлекалась смесью, содержащей меньше спирта и больше воды, чем предыдущая.
Решающее значение для практического применения пектина в кондитерской промышленности имеет его
студнеобразующая способность. Необходимое для образования студня количество пектина зависит от количества воды, сахара, кислоты. Поэтому были проведены соответствующие эксперименты для изучения
влияния влажности пектиновых студней, количества дегидратирующего агента и концентрации водородных
ионов на показатели студнеобразования пектина, выделенного из коры лиственницы.
Пектин проверялся на желирующую способность увариванием с сахаром с последующим определением
качества получаемых студней на приборе Валента ( в соответствии с ГОСТами).
На основе пектина из коры лиственницы проведены опытные варки конфет на желейной основе. Для получения мармеладного студня были использованы пектин (до 1%) с содержанием сухих веществ 55–80%,
сахар (7–10 частей на 1 часть пектина) и лимонная кислота. Компоненты смешивались при температуре 60–
90 °С, перемешивались в течение 2 мин, затем было внесено оставшееся рецептурное количество сахара, и
далее процесс проведен в соответствии с технологической инструкцией. При последующем медленном
охлаждении в течение 20–120 мин образовывался студень.
Качество полученного мармелада оценивали следующими способами: кислотность – титрованием щелочью; желирующую способность – после уваривания с сахаром и выдержки во времени (25–30 мин) – по
определению прочности студня на приборе Валента.
В уваренных мармеладных массах определялось содержание сухих веществ – рефрактометром, кислотность – титрованием щелочью, РВ – феррицианидным методом, а также качество образующихся после
охлаждения студней.
Обсуждение результатов
В результате кислотного гидролиза из коры лиственницы сибирской были выделены пектиновые вещества. Сухой пектин имеет вид однородного серовато-белого порошка, обладает слабокислым вкусом, не
А.А. ЕФРЕМОВ, Т.А. КОНДРАТЮК
174
имеет постороннего привкуса и запаха. По органолептическим свойствам он не уступает яблочному. Водный 1% раствор этого пектина имеет рН от 3,0 до 3,2.
Фракция пектиновых веществ коры лиственницы по весу составляет 2–7% от абсолютно сухой навески
коры, что достаточно для промышленного выделения.
Физико-химические показатели пектинов, выделенных из коры лиственницы сибирской и традиционного сырья, приведены в таблице 1.
Как показывают данные таблицы, выделенный из коры лиственницы пектин обладает удовлетворительным студнеобразованием. Проведенные вычисления молекулярной массы пектина, выделенного из коры
лиственницы сибирской, показали, что эта величина соответствует значению 14130. Следует отметить, что с
увеличением молекулярной массы возрастает желирующая способность пектина.
Полноценный пектин обладает большой гидрофильностью и растворим в воде при комнатной температуре. Растворимость его увеличивается при повышении степени этерификации метиловым спиртом и
уменьшении величины молекулы. По результатам проведенных экспериментов обнаружено, что пектин,
выделенный из коры лиственницы сибирской, растворим в воде почти полностью, доля нерастворенных
веществ (пектовых кислот, полностью лишенных метоксильных групп) составляет не более 10%. Пектиновые кислоты растворяются в воде с образованием растворов, отличающихся большой вязкостью, которая
зависит прежде всего от степени полимеризации молекул, а также от сил взаимодействия между молекулами пектиновых веществ и молекулами воды. Абсолютная вязкость растворов пектина увеличивается с повышением концентрации пектина. Как показывают проведенные исследования, в водных растворах пектина
(без сахара и с сахаром) при переходе от очень малых концентраций пектина (0,03%) к более высоким (1%)
их вязкость возрастает (в 1,5–2 раза).
На желирующую способность пектина оказывает влияние его химическое строение, а именно степень этерификации пектина, которая, в свою очередь, зависит от количества замещенных карбоксильных групп. Обнаружено, что в пектине, выделенном из коры лиственницы, остатки метилового спирта содержат не более 50%
карбоксильных групп (содержание метоксильных групп 5,1%), т.е. это низкоэтерифицированный пектин.
Содержание в выделенном из коры лиственницы сибирской пектине до 0,3% ацетильных групп не оказывает существенного влияния на его студнеобразующую способность.
Фракционный состав пектиновых веществ, выделенных из коры лиственницы, представлен 6 фракциями.
Результаты фракционирования приведены на рисунках 1 и 2.
По приведенным данным можно сделать вывод, что каждая последующая фракция пектина отличалась
от предыдущей более высокой молекулярной массой, и вместе с тем, в каждой последующей фракции увеличивалась вязкость растворов.
Таблица 1. Физико-химические показатели пектина
Показатели
Влажность, %
Активная кислотность 1% раствора пектина
Содержание пектина по пектату Са, %
Степень этерификации, %
Содержание свободных карбоксильных групп, %
Содержание, %
метоксильных групп
ацетильных групп
Внутренняя вязкость
Средняя молекулярная масса
Содержание общей золы, %
Растворимость, %
Прочность 15%-ного сахаропектинового студня, кПа
Содержание свободных минеральных кислот
Содержание свинца
Содержание мышьяка, мг/кг
свекловичный
1,20
3,0
72,0
40,0
45,6
Пектин
яблочный
11,9
3,2
60,4
73,9
17,6
лиственничный
13,5
3,2
60,6
43,2
32,6
5,5
8,0
2,2
28000
1,2-1,7
90,0
56,7
Отсут
Отсут
50
7,4
0,4
3,1
35480
3,4
90,0
60,0
Отсут
Отсут
50
5,1
0,3
3,5
14130
3,5
90,0
69,3
Отсут
Отсут
<50
Ðè ñ.1. È çì åí åí è å ì î ë åê óë ÿðí î é ì àññû â Рис.2. Количественное содержание фракций
ВЫДЕЛЕНИЕ ПЕКТИНА ИЗ НЕТРАДИЦИОННОГО …
175
ðåçóë üòàòå ô ðàê öè î í è ðî âàí è ÿ ï åê òè í à, пектина, выделенного из коры лиственницы
âû äåë åí í î ãî è ç ê î ðû ë è ñòâåí í è öû
сибирской
14000
содержание, %
Молекулярная масса
30
12000
10000
8000
6000
4000
2000
25
20
15
10
5
0
0
1
2
3
4
5
6
фракции
Рис. 1. Изменение молекулярной массы в результате
фракционирования пектина, выделенного из коры
лиственницы
1
2
3
4
5
6
фракции
Рис. 2. Количественное содержание фракций
пектина, выделенного из коры лиственницы
сибирской
Пектин традиционно применяется в кондитерском производстве для изготовления мармеладных масс,
поэтому было важно проанализировать данный вид сырья, полученного из коры лиственницы, на предмет
пригодности использования при приготовлении мармелада.
Мармелад обладает энергетическими свойствами, главное из которых – утоление голода. А высокая желирующая способность пектинов, их свойство собирать, словно губка, и обволакивать вредные химические
вещества, имеющиеся в организме, позволяют считать мармелад не только питательным, но и одновременно дезинфицирующим средством.
Предварительно, перед увариванием, пектин был помещен в ванну с проточной водой температурой 15–
25 °С для промывания и замачивания, которое длилось 1–3 ч. При замачивании происходит набухание пектина. Набухший студнеобразователь быстрее растворяется при уваривании сиропа.
В результате проведенных экспериментов обнаружено, что при концентрации пектина в растворе 0,6–1%
количество сахара должно составлять 65%.
В образовании пектинового студня кислота играет важную роль. Было изучено влияние лимонной кислоты на студнеобразование пектина (табл. 2).
Как видно из таблицы, оптимум рН, при котором образуется наиболее прочный студень влажностью
21%, соответствует 3,36. Важно отметить, что количество добавляемой лимонной кислоты зависит от содержания сахара в студне.
Отформованный мармелад имеет повышенную влажность, нежную, липкую консистенцию. Для придания этим изделиям товарного вида их подвергли сушке. Основные изменения, которые претерпел мармелад
в процессе сушки, следующие:
1. Влажность мармелада уменьшилась с 29–31% (начальная влажность) до 22–25%;
2. Прирост РВ вследствие инверсии сахарозы составил 50–100% к первоначальному содержанию их в
мармеладе;
3. Содержание кислоты и рН значительно изменилось;
4. Пектиновые вещества гидролизуются (при сушке мармелада количество метоксильных групп уменьшилось до 1,1% массы пектина);
5. Изделия уменьшились в объеме;
6. На поверхности изделий вследствие кристаллизации сахарозы образовалась корочка.
В результате проведенной опытной варки конфет на желейной основе с использование пектина, полученного из коры лиственницы сибирской, экспертами признано хорошее качество продукта. Пектиносодержащий мармелад считается более полезным, чем агарный. У мармелада из пектина излом полупрозрачный, слегка мутноватый, не стеклянный, а на агаре – прозрачный и стекловидный. Консистенция мармелада
на пектине студнеобразная, плотная, поддающаяся резке ножом. По вкусу «свежий» мармелад отличается от
«полежавшего». Он нежнее и ароматнее. Поэтому, хотя срок его хранения и три месяца, самый вкусный
мармелад – не старше месяца.
А.А. ЕФРЕМОВ, Т.А. КОНДРАТЮК
176
Таблица 2. Влияние рН на студнеобразование пектина
Количество добавленной
лимонной кислоты, г на
200 г мармеладной смеси
0,1
0,3
0,5
0,7
1,0
Влажность, %
рН
21,0
23,2
20,4
22,0
22,8
3,36
3,21
3,12
3,10
3,03
Содержание
редуцирующих
сахаров, %
44,4
47,2
51,8
55,7
57,5
Прочность студня Рс·104, Па
Время образования студня, ч
0,37
0,21
0,26
0,22
0,17
1,1–1,2
0,5–0,6
1,0–1,1
0,5–0,6
0,5–0,6
Следует отметить, что согласно нормативным документам срок годности сухого пектина составляет два
года. Он должен храниться в сухом месте, быть защищен от прямых солнечных лучей и длительного воздействия тепла, емкости должны быть плотно закрыты.
Заключение
Таким образом, из коры лиственницы сибирской в лабораторных условиях выделен пектин в чистом виде. Проведенные расчеты показали, что из 1 т абсолютно сухой коры в среднем можно получить 40–50 кг
пектина. Несмотря на то, что из коры лиственницы удалось выделить до 7% пектина, что несколько меньше,
чем из основного свекловичного или яблочного сырья, можно констатировать, что по основным характеристикам он вполне пригоден для кондитерского производства.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что использование многотоннажного отхода деревообрабатывающей промышленности – коры лиственницы сибирской – позволяет:
– получить пищевой пектин из непищевого сырья;
– уменьшить до некоторой степени остроту проблемы использования коры;
– расширить ассортимент сырья для производства пищевого пектина.
Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Бузина, Г.В., Кибрик Э.Д., Парфененко В.В Производство свекловичного пектина. М., 1974. C. 1–26.
Технология кондитерских изделий. М., 1978. 446 с.
Сарафанова Л.А. Применение пищевых добавок. Технические рекомендации. 6-е изд., испр. и доп. СПб., 2005.
200 с.
Справочник по товароведению продовольственных товаров / под ред. Т.Г. Родиной. М., 2003. 608 с.
Иванова Н.В., Остроухова Л.А. Бабкин В.А. и др. Комплекс мономерных фенольных соединений коры лиственницы
// Химия растительного сырья. 1999. №4. С. 5–7.
Пермякова Г.В. Пектин из коры лиственницы // Изучение и пути использования древесной коры. Красноярск, 1985.
С. 80–82.
Walter R.H. et al. The Chemistry and Technology of Pectin. Academic Press Inc., Harcourt Brace Jovanovich, Publishers,
1991.
Valet R., Schoon A. Herstellung und Anwendung von Handelspektin // Internationale Zeitschrift fur LebensmittelTechnologie und Verfahrenstechnik. 1983. №3.
Neukom H., Pilnik W. et al. Gelier-und Verdickungsmittel in Lebens-mitteln // Gelling and Thickening Agents in Foods.
Forster Verlag AG, Zurich, 1980.
Weiss H.-O. Niederveresterte Pektine: Eigenschaften, Neuent-wicklungen, Anwendungen // Die Industrielle Obst-und Gemusever-arbeitung. 1979. №9.
Кочеткова А.А., Колесное А.Ю. Научно-техническое сотрудничество в области производства и использования пектина // Пищевая промышленность. 1992. №6.
Фоке Г.Ф., Асмуссен Р., Фишер К., Эндресс X-У. Затраты и рентабельность переработки яблочных выжимок // Пищевая промышленность. 1992. №7
Кочеткова А.А. Некоторые аспекты применения пектина // Пищевая промышленность. 1992. №7.
Производственное объединение «Хербстрайт унд Фоке КГ» (ФРГ): многолетний опыт в области получения и применения пектина // Пищевая промышленность. 1992. №8
Колесное А.Ю. Методы оценки и качества сухих яблочных выжимок // Пищевая промышленность.1992. №10.
Поступило в редакцию 21 апреля 2007 г.
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 177–179.
УДК 664.858 : 547.973
ИССЛЕДОВАНИЕ АНТИОКСИДАНТНЫХ СВОЙСТВ ЖЕЛЕЙНОГО
МАРМЕЛАДА
©
П.Н. Саввин*, В.М. Болотов
Воронежская государственная технологическая академия, пр. Революции, 19,
Воронеж, 394000 (Россия) Е-mail: koh@vgta.vrn.ru, pashkasavvin@yandex.ru
В работе исследована суммарная антиоксидантная активность желейного мармелада на цитрусовом пектине, приготовленного с использованием различных красителей. Показано, что применение концентратов экстрактов выжимок ягод в качестве
красящих веществ вместо синтетических красителей позволяет повысить антиоксидантную активность мармелада в 2–3 раза.
Ключевые слова: мармелад, антоцианы, антиоксидантная активность, натуральные красители.
Введение
Рациональное питание является важнейшей составной частью здорового образа жизни, оно помогает сохранить здоровье и реализовать резерв долголетия организма. Обеспечение нормальной жизнедеятельности
возможно не только при условии снабжения организма необходимым количеством энергии, но и при соблюдении сложных соотношений между многочисленными факторами питания.
В последнее время серьезное внимание уделяется так называемому оксидативному стрессу – окислительному повреждению биологических молекул, которое генерируется в основном свободными радикалами.
Онкологические заболевания, атеросклероз, болезнь Паркинсона, ряд воспалительных заболеваний, катаракта, сердечно-сосудистые заболевания и процессы старения все чаще ассоциируют с последствиями свободнорадикального окисления [1].
Минимизация источников свободных радикалов и укрепление естественных антиоксидантных механизмов обеспечиваются за счет употребления в пищу продуктов, содержащих вещества, обладающие ингибирующими свойствами [2].
Исследования последних лет выявили, что использование биологически активных веществ растительного
происхождения в их природной композиции обеспечивает широкий спектр фармакологического влияния. Особый упор при этом необходимо делать на использование местного сырья растительного происхождения, обладающего наиболее усвояемыми нутриентами и обеспечивающего укрепление неспецифического иммунитета и
антиоксидантной защиты человеческого организма. Последний фактор напрямую связан с перекисным окислением липидов, участвующих в образовании клеточных мембран, и защитными функциями организма.
В связи с этим использование натуральных пищевых красителей вместо синтетических при производстве
пастило-мармеладных изделий может оказать дополнительный защитный эффект. Он вызван тем, что вместе с натуральными колорантами в продукт вносятся витамины, органические кислоты и биофлавоноиды,
которые обладают антиоксидантной активностью.
В работе приведены результаты оценки антиоксидантной активности желейного мармелада, окрашенного различными натуральными и синтетическими красителями.
*
Автор, с которым следует вести переписку.
П.Н. САВВИН, В.М. БОЛОТОВ
178
Экспериментальная часть
Объектами исследований были образцы мармелада, приготовленного с использованием натуральных антоциановых красителей из черники (Vaccinium myrtillus), черной смородины (Ribes rubrum) и винограда
(Vitis labrusca, V. vinifera), для сравнения приготавливали мармелад без красителя и с синтетическим красителем кармуазином (Е-122). Последний в настоящее время широко применяется для окрашивания в красный
цвет различных кондитерских изделий. Согласно данным Интернет сайта http://www.aferizm.ru этот краситель запрещен в ряде стран (Австрии, Норвегии, Швеции), а потребительские организации Австралии включили его в группу опасных пищевых аллергенов, особенно для страдающих бронхиальной астмой.
Используемые антоциановые красители являются безопасными для здоровья человека. Они представляют собой концентраты экстрактов выжимок соответствующих ягод, полученные бескислотной обработкой
сырьевого источника этиловым спиртом [3].
Эти концентраты имеют сложный химический состав, представленный в основном различными антоцианами. Основные компоненты красителей представлены в таблице 1. Структурные формулы некоторых антоцианов, а также кармуазина приведены ниже.
N
NaO3S
HO
O
OH
N
SO3Na
Êàðì óàçèí (àçî ðóáèí )
Car - óãëåâî äí û é î ñòàòî ê
X1
OH
O
Car
OH
X2
Àí òî öèàí
Äåëüô èí èäèí : Õ1 - Î Í , Õ2 - Î Í
Öèàí èäèí : Õ 1 - Í , Õ2 - Î Í
Ï åòóí èäèí : Õ 1 - Î ÑÍ 3, Õ2 - Î Í
Ï åî í èäèí : Õ1 - Î ÑÍ 3, Õ2 - Í
Ì àëüâèäèí : Õ 1 - Î ÑÍ 3, Õ2 - Î ÑÍ
3
Для определения антиоксидантной активности нами использован прибор «ЦветЯуза-01-АА», который
позволяет проводить прямые количественные измерения антиоксидантной активности исследуемых проб,
причем, варьируя полярность и величины приложенных потенциалов, можно определять не только суммарную антиоксидантную активность, но и активность отдельных классов органических соединений.
Прибор работает следующим образом: насос постоянно прокачивает растворитель, забирая его из емкости,
через всю систему. Поток растворителя направляет определенную дозу исследуемого вещества в ячейку детектора. В ячейке детектора на поверхности рабочего электрода происходит электрохимическое окисление молекул исследуемого вещества, что способствует возрастанию электрического тока между двумя электродами.
Сигнал регистрируется в виде дифференциальных выходных кривых. С помощью специального программного обеспечения производится расчет площадей или высот пиков анализируемого и стандартного веществ [7].
При анализе предварительно строили калибровочный график по стандартному веществу в координатах
«концентрация стандарта – сигнал прибора». В качестве стандарта в работе использовали рутин (кверцетин3-рутинозид).
Исследование проводили при следующих параметрах: потенциал окисления – +1,30 В, расход элюента
1,200 мл/мин.
Расчет суммарной антиоксидантной активности (САОА, мг/г) исследуемого образца проводили по формуле
ÑÀÎÀ 
ÑÀ  V  N ,
m  1000
где СА – величина антиоксидантной активности рутина по калибровочному графику, мг/дм3; V – объем раствора
анализируемой пробы, см3; m – навеска анализируемого вещества, г; N – разбавление анализируемого образца.
Среднестатистическое отклонение последовательных измерений анализируемых проб не превышало 3%.
Таблица 1. Качественный состав антоцианов натуральных красителей
Наименование
красителя
Смородиновый
Черничный
Виноградный
Основные компоненты
Дельфинидин-3,5-диглюкозид, цианидин-3,5-диглюкозид, дельфинидин-3-рутинозид, цианидин-3-рутинозид, дельфинидин-3-глюкозид, цианидин-3-глюкозид
Дельфинидин-3-арабинозид, петунидин-3- арабинозид, цианидин-3-арабинозид, мальвидииин-3-арабинозид, пеонидин-3-арабинозид
Дельфинидин-3-глюкозид, цианидин-3-глюкозид, петунидин-3-глюкозид, пеонидин-3глюкозид, мальвидииин-3-глюкозид
Ссылка
[4], [5]
[5]
[6]
ИССЛЕДОВАНИЕ АНТИОКСИДАНТНЫХ СВОЙСТВ …
179
Обсуждение результатов
В результате эксперимента была определена суммарная антиоксидантная активность мармелада, приготовленного с применением натуральных антоциановых красителей различной природы и в различных дозировках, а также мармелада с использованием синтетического красителя кармуазина. Результаты представлены в таблице 2.
Мармелад, приготовленный с применением синтетического красителя кармуазина, обладает такой же
АОА, как мармелад без красителя.
Таблица 2. Антиоксидантная активность мармелада с натуральным красителем (стандарт – рутин)
Наименование красителя, используемого
для изготовления мармелада
Контроль (без красителя)
Черничный красный
Черничный красный
Черносмородиновый красный
Черносмородиновый красный
Виноградный
Дозировка красителя, кг/т
АОА, мг/100 г
–
0,25
1,00
0,50
1,00
1,00
2,7
4,3
6,9
4,4
4,6
4,0
Выводы
На основании проведенных исследований можно сделать вывод: концентраты экстрактов выжимок ягод
черники, черной смородины и винограда можно использовать не только как красящие вещества при производстве кондитерских изделий, но и как ценный источник антиоксидантов.
Таким образом, применение данных красителей в производстве продуктов питания, в частности пастиломармеладных изделий, позволит использовать эти продукты для профилактики свободнорадикальных патологий.
Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Прида А.И., Иванова Р.И. Природные антиоксиданты полифенольной природы (Антирадикальные свойства и перспективы использования) // Пищевые ингридиенты. Сырье и добавки. 2004. №2. С. 76–78.
Комарова И.Г. Производство молочных продуктов повышенной пищевой и биологической ценности // Молочная
промышленность. 1986. №5.
Пат. 2228344 РФ. Способ получения антоцианового красителя из растительного сырья / А.П. Один, А.Д. Хайрутдинова, В.М. Болотов // Бюл. №13.
Рудаков О.Б., Хайрутдинова А.Д., Один А.П., Болотов В.М. Фракционный состав антоциановых красителей из растительных экстрактов и контроль над ними методом ВЭЖХ // Вестник ВГУ. Серия: Химия. Биология. Фармация.
2004. №1. С. 85–93.
Дайнека В.И., Григорьев А.М. Определение антоцианов методом высокоэффективной жидкостной хроматографии.
Некоторые закономерности удерживания // Журнал аналитической химии. 2004. Т. 59. №3. С. 305–309.
Папунидзе Г., Джапаридзе И., Ванидзе М., Каландия А., Зоидзе М. Черника обыкновенная Аджарии // Пищевая
промышленность. 2006. №1. С. 78–78.
Яшин Л.Я., Черноусова Н.И. Определение содержания природных антиоксидантов в пищевых продуктах и БАДах //
Пищевая промышленность. 2007. №5. С. 28–30.
Поступило в редакцию 7 апреля 2008 г.
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 181–184.
УДК 674.697
ОЗДОРОВЛЕНИЕ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ
ПОМЕЩЕНИЙ ЗЕЛЕНЫМИ РАСТЕНИЯМИ
©
А.В. Рогов, В.А. Рогов, Р.А. Степень*
Сибирский государственный технологический университет, пр. Мира, 82,
Красноярск, 660049 (Россия) E-mail: re@sibstu.кts.ru
Показана возможность оздоровления рекреаций промышленных предприятий летучими выделениями молодняков
сосны. Установлено, что эффективность оздоровления воздушной среды существенно возрастает при их сочетании с
искусственной ионизацией атмосферы.
Ключевые слова: антимикробная активность, сосна, эфирное масло, терпеноиды
Введение
Известно, что загрязнение атмосферы в помещениях, как правило, выше, чем вне него. Снижение уровня
запыленности и обсемененности достигается разными путями: вентилированием, дезинфекцией, размещением растений, санацией биологически активными веществами. Однако такие действия в связи со статичностью процессов или отсутствием активного начала малоэффективны. Даже при лучшем из этих способов –
распылении эфирного масла – в связи с окислением его некоторой части ухудшаются экологические свойства среды. С учетом этого оздоровление целесообразнее проводить нативными выделениями растений.
Существенное понижение массы поступающего и, главное, «свежего» по сравнению с эфирным маслом активного вещества серьезно сокращает образование окисленных летучих соединений. Приводятся сведения,
что некоторые из них, в частности окисленный 3-карен, весьма опасны для здоровья [1].
Экспериментальная часть
В данном сообщении обсуждается возможность использования для оздоровительных целей производственных помещений куртины 7-летнего сосняка. Его летучим выделениям свойственны значительная антимикробная активность, способность подавлять многие виды паразитарных грибов, вирусов, простейших
[2]. Они также служат активаторами биосинтеза витамина С в организме млекопитающих [3].
Размещение растений на производственных площадях – распространенный прием в оздоровительных
мероприятиях, который наряду с основной задачей решает вопросы дизайна. Для усиления эффекта выделяющиеся растениями летучие вещества целесообразно дополнять искусственной ионизацией [4]. Придание
заряда таким компонентам воздуха в значительной мере способствует их проникновению внутрь организма
и участию биологических веществ в метаболических процессах.
Оптимальным вариантом размещения насаждений в производственных условиях с целью оздоровления
среды служат межцеховые рекреации (переходы). Благодаря их присутствию помимо снижения интенсивности воздействия на человека шума, повышенной температуры здесь меньше примесей, способствующих
окислению нативных экзометаболитов.
При постановке опытов моделировали условия, характерные для рекреаций деревообрабатывающих
предприятий. Источниками летучих метаболитов служили 5 семилетних деревцев сосны. Их действие усиливалось путем работы электроэффлювильной установки, генерирующей униполярные аэроионы. Обсеме*
Автор, с которым следует вести переписку.
А.В. РОГОВ, В.А. РОГОВ, Р.А. СТЕПЕНЬ
182
ненность среды анализировали на расстоянии 1,5 м от деревцев на высоте 1 м с использованием в качестве
питательной среды нескольких видов препаратов агара. Оздоровительный эффект действия санации и ионизации проверяли по изменению биомассы линейных мышей в течение 2 мес.
Обсуждение результатов
Экспериментально найдено, что 1 г охвоенных побегов молодняка сосны в среднем ежечасно выделяет в
атмосферу 1,25 мкг летучих фитоорганических веществ. Вклад терпеноидных соединений составляет около
80% от массы органической эмиссии [5]. Кроме того, эти соединения улетучиваются из стволовой части,
неохвоенных побегов, корней. Суммарное количество фитоорганических продуктов, выделяемых молодняком сосны в летний период, ориентировочно оценивается в 22,5 г/га в ч. С учетом благоприятных условий,
ухода и обеспечения удобрениями их выход в рекреации может возрасти вдвое.
При размере куртины 200–250 м2 и объема рекреации 5053 м3 концентрация летучих веществ в ее воздушной среде составит 0,90–1,10 мг/м3. Такие значения наблюдаются в теплые (20–25 °С) августовские дни
под пологом спелых сосновых насаждений [6]. Фактическое содержание этих соединений будет несколько
иным в связи с направленным движением потока воздуха в рекреации и постоянным медленным осаждением анализируемых соединений под действием силы тяжести. Кроме того, в подвергнувшихся ионизации
веществах больше заряженных молекул, в связи с чем они действеннее по сравнению с обычными экзометабилитами лесного воздуха.
Важную роль при создании благоприятной среды в рекреации играет компонентный состав активирующих атмосферу препаратов. В этом качестве летучие выделения намного эффективнее эфирного масла. Об
этом свидетельствуют компонентные составы сравниваемых препаратов (табл. 1).
Эфирное масло почти в 1,5 раза беднее летучих выделений монотерпеновыми углеводородами, богаче в
4 раза кислородсодержащими и в 6 раз – сесквитерпеноидными соединениями. Повышенное содержание
монотерпенов, обладающих значительным комплексом существенных в экологическом отношении свойств,
полезно для организма [7].
Напротив, увеличение вклада кислородсодержащих продуктов, характеризующихся усиленной бактерицидной активностью, и сесквитерпеноидов, опасных для живых существ, может оказаться вредным. В связи
с этим даже при исключении окисления терпеноидов применение экзометаболитов растений предпочтительнее по сравнению с эфирным маслом. Кроме того, возможно, что важную роль при оздоровлении играют находящиеся в следовых количествах в выделениях компоненты, которых может не быть в масле.
Таблица 1. Компонентный состав эфирного масла терпеноидных летучих выделений сосны
Компоненты
Эфирное масло
Сантен
2,2
Трициклен
1,2
α - Пинен
27,4
Камфен
6,4
β- Пинен
2,9
Мирцен
2,1
Всего монотерпеновых углеводородов
Фенхон
2,8
Изофенхон
1,5
Фенхол
0,8
γ-Терпинеол
4,2
Камфора
2,5
Всего кислородсодержащих соединений
Лонгофилен
1,2
Кариофиллен
4,1
ε-Муролен
1,1
Всего сесквитерпеноидных соединений
Летучие
терпеноиды
6,4
2,5
30,2
10,7
2,5
2,7
Компоненты
Эфирное масло
3-Карен
Лимонен + βфелландрен
γ-Терпинен
Терпинолен
7,9
Летучие
терпеноиды
7,5
6,9
6,2
0,6
0,7
1,2
0,4
58,5
2,9
1,8
–
8,3
2,4
27,2
1,6
1,7
3,2
12,9
79,7
2,4
0,5
5,2
2,0
0,5
14,9
0,2
0,2
0,2
2,1
1,1
0,5
0,5
1,2
1,0
Изоборнеол
Борнеол
х
Борнилацетат
Терпенилацетат
1,0
0,4
0,1
β-Гумулен
β-Бизаболен
α-Муролен
ОЗДОРОВЛЕНИЕ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ …
183
Под действием летучих выделений сосны (санация) и искусственной ионизации существенно возрастает
бактериостатичность атмосферы, что показано в модельных опытах с использованием агаровых сред. Она
дополнительно усиливается при их совместном действии на воздушную среду (табл. 2).
Из таблицы видно, что санирование и ионизация существенно снижают численность микроорганизмов
в воздушной среде. Стафилококковая инфекция в большей мере снижается под действием ионизации, общая
обсемененность – при обработке биологически активными веществами. Их совместное действие усиливает
эффективность обоих факторов, значительно сокращая обсемененность воздушной среды.
Об оздоровительном эффекте сочетанного действия летучих фитоорганических выделений растений и
ионизации воздуха свидетельствуют фиксируемые привесы животных [8] (табл. 3).
Полученные данные согласуются с результатами опытов Е.С. Лахно и Л.А. Томашевской [3] с морскими
свинками, которые содержались под пологом древесных насаждений.
Кроме повышения бактериостатичности размещение сосны в рекреации обогащает воздух кислородом и
улучшает психоэмоциональное настроение персонала.
Таблица 2. Изменение обсемененности атмосферы под влиянием ионизации и санации
Вид микроорганизмов,
питательная среда
Стафилококковые бактерии, ЖСА (1)
Общее микробное число:
МПА (2)
кровяной агар (3)
1
2
3
1
2
3
Число колоний
до обработки
после обработки
Ионизация
6,8
2,4
14,6
11,8
7,9
2,9
Обработка летучими выделениями (санация)
7,1
4,4
13,9
3,1
8,5
3,9
Совместное действие ионизации и санации
6,5
2,0
15,5
7,8
8,1
2,5
Снижение обсемененности,
%
64,7
19,2
63,3
38,0
77,7
54,1
69,2
81,9
69,1
Таблица 3. Изменчивость биомассы при ионизации и фитоионизации
Период наблюдений
Начало эксперимента
После 1-го месяца:
биомасса, г
привес, %
После 2-х месяцев:
биомасса, г
привес, %
ионизация
152,8±8,8
Биомасса животных, г
фитоионизация
145,0±6,2
контроль
147,9±8,8
169,2±6,7
10,7
152,5±6,5
5,2
180,4±8,7
22,0
186,1±7,1
21,8
180,5±14,0
24,5
171,0±11,9
15,6
Выводы
1. Исследовано влияние санации биологически активными веществами и ионизации воздушной среды
помещений с целью ее оздоровления.
2. Показано, что численность стафилококков существенно снижается при ионизации, общее количество
микроорганизмов – при санации, их общее воздействие значительно снижает бактериостатичность воздушной среды.
3. Установлено увеличение биомассы животных при обоих видах обработки атмосферы закрытых помещений.
Список литературы
1.
Полтавченко Ю.А. Эфирные масла сибирских видов семейства сосновых, их состав и медицинское значение // Изучение препаратов растительного и синтетического происхождения. Томск, 1978. С. 99–100.
184
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
А.В. РОГОВ, В.А. РОГОВ, Р.А. СТЕПЕНЬ
Исидоров В.А. Летучие выделения растений. СПб., 1994. 264 с.
Лахно Е.С., Томашевская Л.А. О влиянии летучих фитонцидов древесных растений на содержание аскорбиновой
кислоты в органах морских свинок // Фитонциды, их биологическая роль и значение для медицины и народного хозяйства. Киев, 1967. С. 311–312.
Рогов В.А. Влияние отрицательных ионов и летучих терпеноидов на очистку воздушной среды производственных
помещений деревообрабатывающих комбинатов. М., 2002. 223 с.
Степень Р.А., Репях С.М. Летучие терпеноиды сосновых лесов. Красноярск, 1998. 406 с.
Степень Р.А., Репях С.М. Запасы терпеноидных соединений в сосновых лесах Красноярской лесостепи // Сибирский экологический журнал. 2005. №1. С. 113–116.
Кинтя П.К., Фадеев Ю.М., Акимов Ю.А. Терпеноиды растений. Кишенев, 1972. 151 с.
Нетеса В.А, Вставская Ю.А., Степень Р.А. Влияние фитоаэрации пихтовым маслом на организм // Переработка
растительного сырья и утилизации отходов. Красноярск, 1995. С. 143–148.
Поступило в редакцию 25 января 2008 г.
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 185–186.
Краткие сообщения
УДК 676.024.45
О ПРОЦЕССЕ ЖИДКОФАЗНОГО ГЛУБИННОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ
МИКРООРГАНИЗМОВ
©
В.В. Еременко, П.П. Кормилец, З.Н. Власенко, А.П. Руденко*
Сибирский государственный технологический университет, пр. Мира, 82,
Красноярск (Россия) Е-mail: mapt@sibstu.kts.ru
Приведены результаты исследований распределения концентраций модельного субстрата в рабочем объеме емкостного аппарата с ротором геликоидного типа и аппарата стандартной конструкции. Как оказалось, емкостной аппарат обеспечивает более равномерное перемешивание. При этом равновесное состояние наступает раньше, чем в аппарате стандартной конструкции.
Ключевые слова: аппарат емкостной, культивирование глубинное, микроорганизмы.
Важной задачей современной биотехнологии является разработка и совершенствование методов культивирования различных микроорганизмов. Традиционный метод глубинного культивирования в жидких средах в
аппаратах с механическими перемешивающими устройствами, как известно, является универсальным для выращивания микробиологических объектов. Большинству микроорганизмов для максимального накопления
биомассы или выхода определенного целевого продукта требуются строго определенные условия. Неоднородность условий (в первую очередь концентрации питательного субстрата) в рабочем объеме культиватора может существенно снизить эффективность промышленного процесса [1–3]. В этом случае не вызывает существенных возражений утверждение об актуальной необходимости использования в этих условиях конструкции аппарата, обеспечивающего максимальную гомогенность среды по всему рабочему объему, что, в свою
очередь, позволяет существенно увеличить выход целевого продукта.
В промышленности для обеспечения процесса вынужденного перемешивания используют механическую
энергию вращающегося органа в аппаратах данного функционального назначения. Траектории потоков суспензии или линии тока в проточной полости аппаратов для перемешивания под действием мешалки могут
иметь следующие конфигурации: а) радиальные линии тока – в проточной полости аппаратов с турбинными
мешалками с прямыми лопатками и с вертикальными отражательными перегородками на боковой внутренней поверхности корпуса; б) осевые линии тока – в проточной полости аппаратов с пропеллерными или
турбинными с наклонными лопатками.
В аппаратах для перемешивания суспензий с использованием турбинных или пропеллерных мешалок без установки на внутренней боковой поверхности корпуса вертикальных отражательных перегородок по осевой линии сверху
вниз имеет место образование при перемешивании центральной вихревой воронки [4, 5]. Наличие центральной вихревой воронки, прогрессирующей при увеличении окружной скорости вращения мешалки до уровня нахождения мешалки, как правило, резко снижает эффективность процесса перемешивания рабочей суспензии.
Все созданные системы для перемешивания в жидкой фазе до настоящего времени представляют собой сосуд
цилиндрической формы для помещения суспензии и механическое устройство для создания турбулентности.
Аппарат стандартной конструкции обеспечивает, по утверждению авторов [4, 5], достаточно интенсивное перемешивание для большинства суспензий, используемых в производственных процессах в различных отраслях
промышленности. Данный аппарат снабжен турбинной мешалкой с шестью прямыми ровными лопатками.
Что же касается процесса перемешивания, то в настоящий момент сохранился значительный разрыв
между теорией и практикой, заключающийся в отсутствии аналитических зависимостей, позволяющих достаточно достоверно производить расчеты полей скоростей и давлений в проточной полости перемешивающих аппаратов. Это, в свою очередь, исключает наличие необходимых представлений о реальном режиме
движения суспензии, что мешает выполнить оптимизацию процесса перемешивания в отношении производимых на его осуществление энергетических затрат.
Продуктивно используя результаты предварительно выполненных теоретических и экспериментальных исследований, авторы разработали принципиально новый многофункциональный емкостной аппарат [6] для выполнения следующих операций: а) равномерное распределение питательной среды по всему объему аппарата; б)
исключение пенообразования в жидкой среде; в) увеличение качественных показателей готового продукта.
*
Автор, с которым следует вести переписку.
В.В. ЕРЕМЕНКО, П.П. КОРМИЛЕЦ, З.Н. ВЛАСЕНКО, А.П. РУДЕНКО
186
В конструкции данного многофункционального емкостного аппарата в качестве перемешивающего органа использован ротор геликоидного типа. Пространственное выполнение корпуса ротора представляет собой
геометрическое построение косого геликоида. Применение ротора геликоидного типа в отличие от всех существующих до настоящего времени конструкций перемешивающих органов позволяет прогнозировать
гидродинамическую картину движения потоков суспензии в проточной полости емкостного аппарата.
Наряду с прогнозированием, что не менее важно, реально появляется инструмент управления потоком
суспензии в проточной полости аппарата. Характер движения потока суспензии в проточной полости емкостного аппарата способствует исключению вероятности появления застойных зон как стационарного, так
и динамического типа. Этому обстоятельству в значительной степени способствует максимальное увеличение степени циркуляции суспензии в проточной полости емкостного аппарата. Выполнение этого условия
при одновременном требовании минимальных энергозатрат может быть реализовано конструктивно только
путем совместного профилирования корпуса аппарата и пространственной геометрии ротора [6–8].
Данная конструкция аппарата создает реальную возможность гидродинамического управления потоком
суспензии, добиваясь путем полного исключения застойных зон равномерности концентрации при условии
достижения требуемой производительности при минимально возможных энергозатратах.
Результаты выполненных экспериментальных исследований, сравнительный анализ распределения взвешенных веществ в рабочем объеме емкостного аппарата с ротором геликоидного типа и аппарата стандартной конструкции того же объема показали, что емкостной аппарат с ротором геликоидного типа обеспечивает более равномерное распределение модельного субстрата по всему рабочему объему в сравнении с аппаратом стандартной
конструкции (рис.). Не менее важным является и тот факт, что равновесное состояние в емкостном аппарате достигается быстрее, чем в аппарате стандартной конструкции.
В работе использовали раствор модельного субстрата –
смесь растворимого (амилозы) и нерастворимого крахмала
(амилопектина). Навеска модельного субстрата составила 5 г/л.
Отбор проб проводили по всему объему аппарата через 0.5, 5,
10, 15, 20 и 25 мин. Измерение концентрации крахмала проводили колориметрическим методом – окрашивали крахмал рабочим раствором Люголя, затем измеряли оптическую плотность
окрашенной пробы (λ = 565 нм, L = 10 мм) [3].
Представленное на рисунке изменение среднеквадратичного отклонения концентрации в точках выборки по
времени определяется выражением

2

SS 2 ,

где σ – среднеквадратичные отклонения; ν – количество
степеней свободы выборки, SS 2 
( x  xi ) 2 .
2

Дисперсия (среднеквадратичные
отклонения) концентрации модельного
субстрата по объему аппарата
i 1
Выводы
1. При анализе опытных данных выявлено, что перемешивание модельного субстрата в емкостном аппарате с ротором геликоидного типа происходит более качественно. Данное улучшение перемешивания объясняется тем, что при проектировании данного аппарата выполнялось совместное профилирование корпуса
аппарата и ротора геликоидного типа.
2. В проточной полости емкостного аппарата практически отсутствуют застойные зоны благодаря оригинальному построению конструкции проточной полости аппарата, что способствует равномерному распределению концентрации модельного субстрата.
Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
А. с. №1042349 (СССР) Штамм Streptomyces griseoruber 3-79 № 314 продуцент антибиотика для борьбы со слизистым бактериозом капусты / К.А. Тулемисова, Е.Ф. Игина, Е.Т. Никитина / 16.05.1983. 8 с.
Dumroese R.K., James R.L., Wenny D.L. Interaction among Streptomyces griseoviridis, Fusarium root disease, and Douglas-fir seedlings // New Forest. 1998. V. 15. Р. 181–191.
Громовых Т.И., Тюльпанова В.А., Гукасян В.М., Шмарловская С.В. Методы выделения, изучения и культивирования микроорганизмов. Красноярск, 2002. 152 с.
Holland F.A. Chem. Eng. 1962. V. 69. №19.
Холланд Ф., Чапман Ф. Химические реакторы и смесители для жидкофазных процессов. М., 1974. 209 с.
Руденко А.П., Гордеева Л.С., Кушнир К.В. Профилирование отдельных конструктивных элементов корпуса реактора // Проблемы химико-лесного комплекса: сб. науч. тр. КГТА. Красноярск, 1995. С. 81.
Руденко А.П., Гордеева Л.С. Теоретические основы разработки методики профилирования корпусных элементов
реактора // Проблемы химико-лесного комплекса: сб. науч. тр. КГТА. Красноярск, 1996. Ч. 2. С. 23.
Руденко А.П., Кушнир К.В. Определение основных размеров аппаратов с роторами геликоидного типа // Использование и восстановление ресурсов Ангаро-Енисейского региона: сб. науч. тр. Всерос. науч.-прак. конф. Красноярск,
1991. Т. 2. С. 149–151.
Поступило в редакцию 15 февраля 2008 г.
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 187.
Хроника
IV ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «НОВЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ В ХИМИИ
И ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ»
21–23 апреля 2009 г. в Барнауле состоится IV Всероссийская конференция «Новые достижения в химии и
химической технологии растительного сырья». Конференция посвящена обсуждению основных направлений развития науки в области химии растительного сырья.
Научные направления работы конференции:
1. Строение и свойства основных компонентов и тканей в процессах химической переработки растительного сырья.
2. Состав, строение и свойства низкомолекулярных веществ, в том числе физиологически активных, выделенных из растительного сырья.
3. Усовершенствование действующих и создание новых технологий химической переработки растительных материалов. Химия и технология целлюлозы и бумаги.
4. Экология и химическая переработка растительного сырья.
Организаторами конференции выступили Алтайский государственный университет, Сибирский государственный технологический университет, Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН.
В научный организационный комитет входят известные ученые: профессор Ю.Д. Алашкевич (Красноярск);
профессор В.А. Бабкин (Иркутск); профессор Н.Г. Базарнова (Барнаул) – председатель; профессор
К.Г. Боголицин (Архангельск); профессор И.Н. Ковернинский (Москва); профессор Б.Н. Кузнецов (Красноярск); член корреспондент РАН Э.Е. Нифантьев (Москва); академик РАН Ю.С. Оводов (Сыктывкар); академик
РАН Г.В. Сакович (Бийск); профессор Р.З. Пен (Красноярск); профессор В.И. Рощин (Санкт-Петербург).
К началу работы конференции планируется издание сборника материалов конференции.
Координаты для контактов:
656049, Барнаул, пр. Ленина, 61, АГУ, ХФ.
Оргкомитет конференции «Новые достижения в химии
и химической технологии растительного сырья»,
E-mail: conf@chemwood.asu.ru
тел./факс (3852) 367388, тел. (3852) 369537
http://www.chem.asu.ru/conf-2009/
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 189–192.
ПРАВИЛА ДЛЯ АВТОРОВ ЖУРНАЛА
«ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ»
Общие положения
В журнале «Химия растительного сырья» публикуются оригинальные научные сообщения, обзоры, краткие сообщения и письма в редакцию, посвященные химии процессов, происходящих при глубокой химической переработке как растительного комплекса в целом, так и отдельных его компонентов, созданию принципиально новых эффективных технологических процессов комплексной переработки растительного сырья
или усовершенствованию действующих.
В журнале предусмотрены следующие разделы:

Состав, структура и свойства биомассы дерева (Образование, анатомическое, морфологическое и
субмикроскопическое строение и свойства лигноуглеводной матрицы; Состав, строение, свойства и химические превращения макромолекулярных углеводных комплексов (целлюлоза, гемицеллюлозы); Химия и физикохимия лигнина и лигноподобных соединений; Состав, строение и свойства низкомолекулярных экстрактивных веществ, выделенных из растительного сырья).

Состав, структура и свойства компонентов недревесного растительного сырья (однолетние растения, водоросли, торф).

Фундаментальные исследования превращения компонентов растительного сырья в технологических процессах получения целлюлозных материалов (Теория процессов делигнификации и производства целлюлозы и волокнистых полуфабрикатов; Физико-химическая модификация растительных биополимеров и лигносодержащих материалов).

Превращения компонентов биомассы дерева в физико-химических и микробиологических процессах
(Превращения биополимеров растительного происхождения в условиях экстремальных воздействий
(СКФТ, ионные жидкости, низкоэнтальпийная плазма и др.); Модификация древесины и ее компонентов в условиях физико-механических и температурных воздействий; Гидролиз растительного
сырья и продукты на его основе; Превращения древесины и ее компонентов при биологическом и
микробиологическом воздействиях).

Физиологически активные соединения на основе растительного сырья.

Современные химические и физико-химические методы анализа, изучения свойств и контроля технологических процессов комплексной химической переработки биомассы растительного сырья и их компонентов.

Химия и технология целлюлозно-бумажных материалов из древесины и недревесного сырья, органических и минеральных волокон.

Экологические проблемы технологических процессов комплексной химической переработки биомассы растительного сырья.

Проблемы образования в области химии и технологии растительного сырья.
Одно из основных направлений политики журнала – публикация оригинальных статей, удовлетворяющих стандартам высокого научного качества.
Приветствуются статьи дискуссионного характера.
В журнале публикуется информация о прошедших конференциях, школах и других событиях отечественной и международной научной жизни.
Периодичность выхода – 4 раза в год.
Представление статей
В журнал «Химия растительного сырья» принимаются для опубликования статьи, в том числе обзорные,
краткие сообщения и письма в редакцию. Помещение «Краткого сообщения» не является препятствием для
опубликования в дальнейшем изложенного в нем материала в виде развернутой статьи.
Статья представляется в редакцию журнала в электронном виде по электронной почте (E-mail:
journal@chemwood.asu.ru). Файл статьи должен быть подготовлен в формате Microsoft Word или rtf. Статья
190
ПРАВИЛА ДЛЯ АВТОРОВ …
также может быть предоставлена на дискете по почте. Для пересылки материалов статьи можно использовать популярные архиваторы rar, zip и др.
Язык
Рабочими языками журнала являются русский и английский. Статья на русском языке обязательно должна
иметь перевод на английский язык заглавия, аннотации, ключевых слов, транскрипцию фамилий авторов.
Порядок рассмотрения статьи
После получения статья рецензируется, затем редколлегия дает заключение о целесообразности опубликования представленного сообщения.
Структура статьи
Следует придерживаться следующей структуры статьи:
1. УДК.
2. Заглавие статьи. Если публикация является серийным сообщением, она должна иметь подзаголовок и
подстрочное примечание, указывающее, где опубликовано предыдущее сообщение.
3. Инициалы и фамилии авторов.
4. Организация, где выполнена работа, почтовый адрес, город, почтовый индекс, страна.
5. Адрес электронной почты (E-mail).
6. Аннотация статьи (до 100 слов).
Статья должна включать следующие разделы:
– введение;
– экспериментальную часть;
– обсуждение результатов;
– выводы;
– список литературы в порядке цитирования.
Структура обзорной статьи отличается только в своей содержательной части. Все ее разделы отражают
замысел автора.
Структура краткого сообщения в содержательной части не регламентируется.
Приложение к статье
К файлу статьи должны быть приложены:
1. Сведения о каждом авторе, включающие: фамилию, имя, отчество; место работы; должность; адрес
электронной почты (E-mail); почтовый адрес; телефон, факс. Обязательно должно быть указано, с кем из
авторов нужно вести переписку.
2. Название статьи и реферат на английском языке.
3. Ключевые слова (на русском и английском языках).
4. Акт экспертизы организации (по установленной форме), в которой выполнена работа.
Указания к подготовке оригинала статьи
Заголовки. Заголовки не печатаются прописными (заглавными) буквами.
Таблицы. Таблицы располагаются по тексту. Каждая таблица должна иметь тематический заголовок и, если
их несколько, порядковый номер (без знака №), на который дается ссылка в тексте (табл. 1), или: в таблице 1. Все
графы в таблице должны иметь краткие заголовки в именительном падеже единственного или множественного
числа. Произвольное сокращение слов не допускается. Упоминаемые в заголовках граф величины должны сопровождаться указанием единиц измерения в сокращенной форме, установленной стандартом. Пропуск в графах
при отсутствии данных обозначается тремя точками, при отсутствии явления – знаком тире.
Рисунки. Рисунки представляются отдельно в виде файлов в любом графическом формате. Текстовых
надписей на рисунках следует избегать, заменяя их цифровыми обозначениями, расшифровка которых приводится в подписях к рисункам. Подпись к рисунку обязательна. На осях ординат обязательно указываются откладываемые величины и отделяемые запятой единицы их измерения. Рекомендуется избегать графиков с
большими свободными участками, не занятыми кривыми. По возможности числовые деления на осях координат следует начинать не с нуля, а ограничивать теми значениями, в пределах которых рассматривается функциональная зависимость. В тексте на каждый рисунок дается ссылка без знака № (рис. 3) или: на рисунке 3.
Помещение одного и того же материала в виде рисунков и таблиц недопустимо.
Фотографии должны быть четкими, контрастными, с большим количеством полутонов, хорошо проработанные в деталях.
Математические и химические формулы. При подготовке текста для создания математических формул
следует пользоваться встроенным формульным редактором Microsoft Equation. Для подготовки химических
формул, схем химических реакций можно воспользоваться специальными химическими редакторами,
ПРАВИЛА ДЛЯ АВТОРОВ …
191
например ChemWindow, ISIS или др. Если такой возможности нет, то схемы химических реакций следует
оформлять как рисунки и представлять в виде графических файлов.
При использовании символов греческого или латинского алфавита следует пользоваться специализированным шрифтом Symbol, входящим в базовую поставку MS Windows. При написании структурных формул
органических соединений особое внимание следует обращать на то, чтобы валентные связи находились точно напротив соответствующих обозначений атомов или групп. Это же касается обозначений зарядов ионов,
знаков радикала и т.п.
Названия видов. Названия видов приводятся на латинском языке, в скобках указываются высшие таксоны (семейства), к которым относятся объекты исследования. Авторов таксонов следует называть один раз
при первом упоминании таксонов в тексте статьи. Названия (латинские) таксонов печатаются курсивом.
В разделе «Экспериментальная часть» должны содержаться сведения об исследованном природном или
интродуцированном объекте с обязательным указанием латинского названия, по возможности – синонимов
и сводок, по которым они приводятся. Латинские названия должны быть приведены по новейшим источникам со ссылкой на них.
Например: В роде Schizonepeta (Bentham) Briq. (syn.: Nepeta sect. Schizonepeta Benth.) семейства
Lamiaceae содержится три вида. Южная часть Сибири является северной границей ареала двух видов этого
рода – S. multifida (L.) Briq. (syn.: Nepeta multifida L., N. lavandulaceae L. fil.) и S. annua (Pallas) Schischkin
(syn.: Nepeta annua Pallas, N. multifida L. fil., N. botrioides Sol.).
При исследовании природного материала должны быть приведены данные о географическим пункте и
сроках (год, месяц, фенофазы) сбора материала или проведенных работ, кратком описании местообитаний
или условий выращивания видов, методике сбора материала, об указании числа повторностей; месте хранения гербарного образца с указанием международного кода хранилища.
Если химические анализы проводились с материалами, собранными не автором статьи, обязательно
приводятся данные о таксономисте, определявшем материал, и месте, откуда этот материал поступил.
Например: Изученные нами образцы эфирного масла были получены из надземной массы S. annua и
S. multifida (табл. 1). Образцы представляют собой мелкоизрубленную надземную часть растений собранных
в фазе «конца цветения – начала плодоношения». Образцы были определены П.И. Ивановым. Гербарные
образцы хранятся в коллекциях Центрального сибирского ботанического сада СО РАН (NS).
Номер
образца
География, экология, дата сбора сырья и получения эфирного масла
Schizonepeta annua
Республика Алтай, Онгудайский р-н, по левому берегу р. Бол. Яломан, по сухим мелкоA
щебнистым степям. 31.07.99.
Выход масла, %*
0,53
Аннотация. В аннотации необходимо указать предмет исследования, четко сформулировать цель работы
и привести краткие выводы. Обязательно предоставление аннотации на английском языке.
Реферат. В реферате приводятся фамилии и инициалы авторов, название статьи. Необходимо указать
предмет исследования, четко сформулировать цель работы. В реферате должны быть изложены теоретические предпосылки, методы исследования, приведены конкретные результаты работы. В конце реферата даются выводы, рекомендации и т.п. Обязательно предоставление реферата на английском языке.
Благодарности. Все благодарности за помощь в работе помещаются в конце статьи, а за финансовую
поддержку – в начале.
Порядок оформления списка литературы
Список цитируемой литературы оформляется в соответствии с библиографическими правилами в порядке упоминания источника в тексте. Ссылки на литературу в тексте даются цифрами, заключенными в квадратные скобки. Каждый номер ссылки должен относиться только к одному источнику.
1. Для монографий:
– фамилии и инициалы всех авторов;
– полное название (по титульному листу, без сокращений);
– указание, что книга является переводом, и сведения о языке оригинала;
– сведения о повторности издания, а также его характеристика (исправленное, дополненное, стереотипное и т.д.);
– место издания (полностью, сокращаются лишь Москва – М., Ленинград – Л., Санкт-Петербург –
СПб. При наличии двух мест издания указывают оба, отделяя точкой с запятой, например, Москва ;
Новосибирск);
– год издания;
192
ПРАВИЛА ДЛЯ АВТОРОВ …
–
общее количество страниц в книге; если цитируется узкий вопрос, конкретные страницы указывают
в тексте: [15, с. 123].
Примеры:
1. Каррер П. Курс органической химии: Пер. с нем. 2-е изд., стереотип. Л., 1962. 1216 с.
2. Brauns F.E., Brauns D.A. The chemistry of lignin. New York ; London, 1960. 804 p.
2. Для статьи в сборнике:
– фамилии и инициалы всех авторов статьи;
– название статьи (после названия ставятся два откоса – //);
– название сборника (без сокращений);
– место издания;
– год издания;
– страницы, на которых напечатана статья.
Примеры:
1. Семечкина А.Ф., Шорыгина Н.Н. Разделение продуктов восстановительной деструкции лигнина с помощью хроматографии на колонке // Современные методы исследования в химии лигнина. Архангельск,
1970. С. 26–28.
2. Pear I.A., Beyer D.L. Oxidation of alkali lignin // Lignin strukture and reactions. Washington, 1966. P. 145–149.
3. Для названия в журнале и продолжающемся издании:
– фамилии и инициалы всех авторов статьи;
– название статьи (после названия ставятся два откоса – //);
– название журнала или продолжающегося издания;
– место издания для продолжающегося издания;
– год издания;
– том;
– номер или выпуск;
– страницы, на которых напечатана статья.
Примеры:
1. Грибова Е.А., Баврина Ю.П. Анализ карбонильных соединений титрованием в неводной среде // Заводская лаборатория. 1973. Т. 39. №8. С. 945–948.
2. Чочиева А.Ф., Чочиева М.М., Антоновский С.Д. Влияние способов очистки и сушки арабиногалактана
на его свойства // Химия и технология бумаги: межвуз. сб. науч. тр. Вып. 4. Л., 1976. С. 125–133.
4. Диссертации и авторефераты диссертаций:
Примеры:
1. Россинская Г.А. Исследование термической деструкции соединений, моделирующих структурные
элементы макромолекулы лигнина : дис. ... канд. хим. наук. Рига, 1975. 170 с.
2. Россинская Г.А. Исследование термической деструкции соединений, моделирующих структурные
элементы макромолекулы лигнина : автореф. дис. ... канд. хим. наук. Рига, 1975. 33 с.
5. Авторское свидетельство и патент:
– номер авторского свидетельства или патента и страна приоритета;
– название авторского свидетельства или патента;
– фамилии и инициалы всех авторов;
– год выпуска, номер и страница бюллетеня.
Примеры:
1. А.с. 351847 СССР. Способ выделения дигидрокверцетина / Тюкавкина Н.А., Антонова Г.Ф. // БИ.
1975. №10. С. 153.
Главный редактор – профессор, доктор хим. наук
Адрес редакции:
656049, г. Барнаул, пр. Ленина, 61, АлтГУ,
Базарнова Наталья Григорьевна
Редакция журнала «Химия растительного сырья». e-mail: bazarnova@chemwood.asu.ru
Тел. (3852) 367388, факс (3852) 367388
Ответственный секретарь – доцент, канд. хим. наук
E-mail journal@chemwood.asu.ru
Маркин Вадим Иванович
http://chem.wood.ru/
e-mail: markin@chemwood.asu.ru
http://www.chem.asu.ru/chemwood/
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 193–194.
АВТОРСКИЙ УКАЗАТЕЛЬ №4 (2008)
Алексеева Л.И.
Алешина Л.А.
Анашенков С.Ю.
Афанасьев Н.И.
Бабкин В.А.
Богданов М.В.
Богданович Н.И.
Боголицын К.Г.
Бойцова Т.А.
Болотов В.М.
Борисова Т.В.
Бровко О.С.
Бутылкина А.И.
Величко Н.А.
Вешняков В.А.
Власенко З.Н.
Вураско А.В.
Высокогорский В.Е.
Гамаюрова В.С.
Герчиков А.Я.
Гостищев И.А.
Дейнека Л.А.
Дейнека В.И.
Донцов А.Г.
Дрикер Б.Н.
Елькина Е.А.
Еременко В.В.
Ефремов А.А.
Жарикова Г.Г.
Зилфикаров И.Н.
Ибрагимов Т.А.
Иванов В.А.
Иванова С.З.
Игнатов А.С.
Кайгородов К.Л.
Камакина Н.Д.
Карпова Е.В.
Касимова Л.В.
Ковтун Т.Н.
Козлов В.А.
Кондратюк Т.А.
Коренман Я.И.
Кормилец П.П.
65
15
105
29
59, 83
147
167
5, 147
29
177
101
29
51
125
47
185
15
141
129
59
69
69
69
119
15
119
185
171
113
95
95
101
83
109
89
47
15
153, 161
23
41
171
79
185
Коровкина Н.В.
Кривонос О.И.
Крикунова Н.И.
Кудрявцева Л.А.
Кузнецов Б.Н.
Кузнецова И.А.
Кутакова Н.А.
Ларионов Н.С.
Левданский В.А.
Левин Б.Д.
Макаревич Н.А.
Медведева Н.И.
Мелех Н.В.
Мелкадзе Р.Г.
Мельникова Е.И.
Мишарина Т.А.
Момотова М.В.
Мухамеджанова М.Ю.
Мухутдинова С.М.
Нефедов А.А.
Никифорова Т.Е.
Нифталиев С.И.
Ноздрунова А.А.
Оленников Д.Н.
Остроухова Л.А.
Паламарчук И.А.
Панов А.Н.
Плаксин Г.В.
Плынская Ж.А.
Поварницына Т.В.
Полежаева Н.И.
Попова Н.Р.
Рогов А.В.
Рогов В.А.
Родионова М.В.
Рощин В.И.
Руденко А.П.
Рудниченко Е.С.
Саввин П.Н.
Сафиуллин Р.Л.
Сибагатов В.А.
Сиротин А.А.
Сорокопудов В.Н.
167
141
113
129
51
147
167
147
51, 55
101
29
113
15
133
79
113
101
35
113
137
41
79
141
95
59
29
153, 161
141
125
5
137
5
181
181
41
105
185
79
177
59
153, 161
69
69
194
Степанов А.С.
Степанова Т.А.
Степень Р.А.
Сысоева М.А.
Тарабанько В.Е.
Терегулова А.Н.
Теренина М.Б.
Тетерюк Л.В.
Торопова А.А.
Тураев А.С.
Федоров С.В.
Федорова Т.Е.
Фогт В.П.
75
75
109, 181
129
89
59
113
65
95
35
83
83
75
Хабаров Ю.Г.
Хабибрахманова В.Р.
Хайруллина В.Р.
Хайтметова С.Б.
Хакимова Ф.Х.
Хведелидзе В.Г.
Ходжакова Д.А.
Челбина Ю.В.
Челпанова Т.И.
Чернышев А.К.
Шомуротов Ш.A.
Шубаков А.А.
Якупова Л.Р.
47
129
59
35
23
133
35
89
119
141
35
119
59
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №3. С. 195–201.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
АЛЕКСЕЕВА
Людмила Ивановна
АЛЕШИНА
Людмила Александровна
АНАШЕНКОВ
Сергей Юрьевич
АФАНАСЬЕВ
Николай Иванович
БАБКИН
Василий Анатольевич
БОГДАНОВ
Михаил Владиславович
БОГДАНОВИЧ
Николай Иванович
БОГОЛИЦЫН
Константин Григорьевич
БОЙЦОВА
Татьяна Александровна
БОЛОТОВ
Владимир Михайлович
БОРИСОВА
Татьяна Владимировна
БРОВКО
Ольга Степановна
БУТЫЛКИНА
Анна Ильинична
ВЕЛИЧКО
Надежда Александровна
Институт биологии Коми НЦ УрО РАН
Старший научный сотрудник
167982, Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 28 (Россия)
Тел. (8212) 21-67-14, факс (8212) 24–01–63 Е-mail: alexeeva@ib.komisc.ru
Петрозаводский государственный университет
185910, Петрозаводск, пр. Ленина, 33 (Россия)
Санкт-Петербургская лесотехническая академия
Аспирант кафедры химии древесины, физической и коллоидной химии
194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5 (Россия)
Тел. (812) 552-77-24 E-mail: anasserge@yandex.ru
Институт экологических проблем Севера РАН
Главный научный сотрудник, доктор химических наук
163061, Архангельск, наб. Северной Двины 23 (Россия)
Тел. 28-55-40, факс 28-76-36, E-mail: lignin@arh.ru
Иркутский институт химии СО РАН
Заведующий лабораторией химии древесины, профессор,
доктор химических наук
664033, Иркутск, ул. Фаворского, 1 (Россия)
Тел./факс: (3952) 51-14-27, E-mail: babkin@irioch.irk.ru
Архангельский государственный технический университет
Доцент кафедры теоретической и прикладной химии,
163002, Архангельск, наб. Северной Двины, 17 (Россия)
Тел./факс: (8182) 21-89-48, E-mail: fishim@agtu.ru
Архангельский государственный технический университет
Зав. кафедрой, профессор, доктор технических наук
163002, Архангельск, наб. Северной Двины,17, (Россия)
Тел. (8182) 21-61-76 факс (8182) 28-76-14, E-mail_lesochim@agtu.ru
Архангельский государственный технический университет
Заведующий кафедрой теоретической и прикладной химии, профессор,
доктор химических наук
163002, Архангельск, наб. Северной Двины, 17 (Россия)
Тел./факс: (8182) 65-38-49, E-mail: bogolitsyn@agtu.ru
Институт экологических проблем Севера РАН
Старший научный сотрудник, кандидат химических наук
163061, Архангельск, наб. Северной Двины 23 (Россия)
Тел. 28-55-40, факс 28-76-36, E-mail: tboitsova@yandex.ru
Воронежская государственная технологическая академия
Заведующий кафедрой органической химии, профессор,
доктор технических наук
394000, Воронеж, пр. Революции, 19 (Россия)
Тел. (4732) 55-36-11, Е-mail: koh@vgta.vrn.ru
Сибирский государственный технологический университет
Доцент, кандидат технических наук
660049, Красноярск, пр. Мира, 82 (Россия)
E-mail: Manastik@mail.ru
Институт экологических проблем Севера РАН
Старший научный сотрудник, кандидат химических наук
163061, Архангельск, наб. Северной Двины, 23 (Россия)
Тел. 28-55-40, факс 28-76-36, E-mail: tboitsova@yandex.ru
Институт химии и химической технологии СО РАН
Научный сотрудник
660036, Красноярск, Академгородок (Россия)
Тел. (3912) 49-48-93, E-mail: makievs-kaya@icct.ru
Сибирский государственный технологический университет
Профессор кафедры химической технологии древесины и биотехнологии
660049, Красноярск, пр. Мира, 82 (Россия)
Тел. (3912) 46-41-58, E-mail: nvn@sibstu.kts.ru
196
ВЕШНЯКОВ
Вячеслав Александрович
ВЛАСЕНКО
Захар Николаевич
ВУРАСКО
Алеся Валерьевна
ВЫСОКОГОРСКИЙ
Валерий Евгеньевич
ГАМАЮРОВА
Валентина Семеновна
ГЕРЧИКОВ
Анатолий Яковлевич
ГОСТИЩЕВ
Игорь Александрович
ДЕЙНЕКА
Виктор Иванович
ДЕЙНЕКА
Людмила Александровна
ДОНЦОВ
Андрей Геннадиевич
ДРИКЕР
Борис Нутович
ЕЛЬКИНА
Елена Андрияновна
ЕРЕМЕНКО
Владимир Викторович
ЖАРИКОВА
Галина Григорьевна
ЗИЛФИКАРОВ
Ифрат Назимович
ИБРАГИМОВ
Тимур Алгасанович
Архангельский государственный технический университет
Аспирант кафедры технологии ЦБП
162002, Архангельск, наб. Северной Двины, 17 (Россия)
Тел .(8182) 21-61-43, факс: (8182) 28-76-14, E-mail: khabarov@agtu.ru
Сибирский государственный технологический университет
Аспирант
660049, Красноярск, пр. Мира 82 (Россия)
Тел. 3912) 66-04-20, E-mail: mapt@sibstu.kts.ru
Уральский государственный лесотехнический университет
Доцент кафедры ХД и ТЦБП, кандидат технических наук
620100, Екатеринбург, Сибирский тракт, 37, УГЛТУ, ИЭФ (Россия)
Тел. (343) 262-97-64 Е-mail: Vurasko_а@mizarpro.com
Омский государственный аграрный университет
644008, Омск, Институтская площадь, 2 (Россия)
Профессор кафедры биологической химии, доктор медицинских наук
Тел. (3812) 65-16-66, E-mail: vve-bio@mail.ru
Казанский государственный технологический университет им. С.М. Кирова
Профессор кафедры пищевой биотехнологии, доктор химических наук
420015, Республика Татарстан, Казань, ул. К. Маркса, 68 (Россия)
Тел. (843) 231-41-65, Е-mail: ramven@rambler.ru
Башкирский государственный университет
Профессор кафедры физической химии и химической экологии,
доктор химических наук
450076, Уфа, ул. Фрунзе, 32 (Россия)
Тел. (3472) 73-67-01 E-mail: gerchikov@inbox.ru
Белгородский государственный университет
Магистрант биолого-химического факультета
308015, Белгород, ул. Победы, 85 (Россия)
Белгородский государственный университет
Доцент кафедры общей, неорганической и аналитической химии,
кандидат химических наук
308033, Белгород, а/я 95 (Россия)
E-mail: deineka@bsu.edu.ru
Белгородский государственный университет
Доцент кафедры общей, неорганической и аналитической химии,
кандидат химических наук
308033, Белгород, а/я 95 (Россия)
E-mail: deineka@bsu.edu.ru
Институт биологии Коми НЦ УрО РАН
Научный сотрудник, кандидат химических наук
167610, Республика Коми, Сыктывкар, ГСП, ул. Коммунистическая, 28 (Россия)
Уральский государственный лесотехнический университет
Профессор кафедры ОН и АХ, доктор технических наук
620100, Екатеринбург, Сибирский тракт, 37, УГЛТУ, ИЭФ (Россия)
Тел. (343) 262-97-62
Институт физиологии Коми НЦ УрО РАН
167982, Республика Коми, Сыктывкар, ГСП, ул. Первомайская, 50 (Россия)
Тел./Факс: (8212) 24-10-01; E-mail: shubakov@physiol.komisc.ru
Сибирский государственный технологический университет
Аспирант
660049, Красноярск, пр. Мира, 82 (Россия)
Тел. 3912) 66-04-20, E-mail: mapt@sibstu.kts.ru
Российская экономическая академия им. Г.В. Плеханова
Лаборатория микробиологии и микологии, профессор, доктор биол. наук
115998, Москва, Стремянный пер., 36, корп. 2 (Россия)
Тел. (495) 237-94-98, E-mail: micolab.zarikova@rea.ru
Закрытое акционерное общество «Вифитех»
Начальник лаборатории отдела контроля качества,
доктор фармацевтических наук
142279, п. Оболенск, Московская обл., корпус № 84 ГНЦ ПМБ (Россия)
Тел. (496-7) 36-00-76, E-mail: dagfarm@mail.ru
ГОУ ВПО «Пятигорская государственная фармацевтическая академия»
Аспирант
357532, Пятигорск, пр. Калинина, 11, (Россия)
Тел.: (879-3) 32-93-32, E-mail: aloefarm@mail.ru
197
ИВАНОВ
Владислав Андреевич
ИВАНОВА
Светлана Захаровна
ИГНАТОВ
Андрей Сергеевич
КАЙГОРОДОВ
Константин Леонидович
КАМАКИНА
Наталья Дмитриевна
КАРПОВА
Елена Викторовна
КАСИМОВА
Любовь Владимировна
КОВТУН
Татьяна Николаевна
КОЗЛОВ
Владимир Александрович
КОРЕНМАН
Яков Израильевич
КОРМИЛЕЦ
Павел Павлович
КОРОВКИНА
Наталья Владимировна
КРИВОНОС
Оксана Ивановна
КРИКУНОВА
Наталья Ивановна
КУДРЯВЦЕВА
Людмила Андреевна
Сибирский государственный технологический университет
Аспирант
660049, Красноярск, пр. Мира, 82 (Россия)
E-mail: Manastik@mail.ru
Иркутский институт химии СО РАН
Лаборатория химии древесины, старший научный сотрудник,
кандидат химических наук
664033, Иркутск, ул. Фаворского, 1 (Россия)
Тел./факс: (3952) 51-14-27, E-mail: babkin@irioch.irk.ru
Сибирский государственный технологический университет
Аспирант
660049, Красноярск, пр. Мира 82 (Россия)
E-mail: sibstu.kts.ru
Красноярск, Институт химии и химической технологии СО РАН
Младший научный сотрудник
660036, Красноярск, Академгородок (Россия)
Тел. (3912) 49-48-97, факс: (3912) 43-93-42, E-mail: veta@icct.ru
Архангельский государственный технический университет
Доцент кафедры технологии ЦБП
162002, Архангельск, наб. Северной Двины, 17 (Россия)
Тел. (8182) 21-61-43, факс: (8182) 28-76-14, E-mail: khabarov@agtu.ru
Новосибирский институт органической химии СО РАН
Научный сотрудник, кандидат хических наук
630090, Новосибирск, пр. Лаврентьева, 9 (Россия)
Тел. (383) 330-78-64 E-mail: karpovae@nioch.nsc.ru
Сибирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства и торфа
СО Россельхозакадемии
Зав. лабораторией биологически активных веществ
634050, Томск, ул. Гагарина 3, а/я 1668 (Россия)
Тел. (382-2) 53-33-90, факс: (382-2) 51-50-93, Е-mail:sibniit@ mail.tomsknet.ru
Пермский государственный технический университет
Профессор кафедры технологии целлюлозно-бумажного производства, кандидат
технических наук
614113, Пермь, ул. Ласьвинская, 18 (Россия)
Тел./факс (342) 255-36-24, E-mail: tcbp@pstu.ac.ru
Ивановский государственный химико-технологический университет,
Профессор кафедры химии и технологии высокомолекулярных соединений,
доктор химических наук
153000, Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7 (Россия)
Тел. (0932) 41-38-19, E-mail: laki@isuct.ru
Воронежская государственная технологическая академия
Профессор кафедры аналитической химии, доктор химических наук
394000, Воронеж, пр. Революции, 19 (Россия)
Тел. (473) 55-07-62,E-mail: korenman@vgta.vrn.ru
Сибирский государственный технологический университет
Аспирант
660049, Красноярск, пр. Мира 82 (Россия)
Тел. 3912) 66-04-20, E-mail: mapt@sibstu.kts.ru
ФГУП Северный филиал Полярного научно-исследовательского института морского рыбного хозяйства и океанографии им. Н.М. Книповича
Младший научный сотрудник
163002, Архангельск, ул. Урицкого,17 (Россия)
Тел. (8182) 64-34-63, E-mail: techlab@sevpinro.ru
Институт проблем переработки углеводородов СО РАН
644040, Омск, ул. Нефтезаводская, 54 (Россия)
Тел. (3812) 67-04-11, E-mail: oksana@ihcp1.oscsbras.ru
Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН
Научный сотрудник лаборатории флейвохимии
119334, Москва, ул. Косыгина, 4 (Россия)
Тел. (495) 939-73-43, E-mail: kric@mail.ru
Институт органической и физической химии имени А.Е. Арбузова
Казанского научного центра РАН
Зав.лабораторией «Высокомолекулярные организованные среды»,
кандидат физико-математических наук
420083, Республика Татарстан, Казань, ул. Арбузова, 8 (Россия)
198
КУЗНЕЦОВ
Борис Николаевич
КУЗНЕЦОВА
Ирина Андреевна
КУТАКОВА
Наталья Алексеевна
ЛАРИОНОВ
Николай Сергеевич
ЛЕВДАНСКИЙ
Владимир Алексадрович
ЛЕВИН
Борис Давидович
МАКАРЕВИЧ
Николай Анатольевич
МЕДВЕДЕВА
Ирина Борисовна
МЕЛЕХ
Наталья Васильевна
МЕЛКАДЗЕ
Реваз Георгиевич
МЕЛЬНИКОВА
Елена Ивановна
МИШАРИНА
Тамара Арсеньевна
МОМОТОВА
Марина Вячеславовна
МУХАМЕДЖАНОВА
Муяссархон Юсуфджановна
МУХУТДИНОВА
Светлана Мансуровна
НЕФЕДОВ
Андрей Алексеевич
НИКИФОРОВА
Татьяна Евгеньевна
Институт химии и химической технологии СО РАН
Первый заместитель директора, профессор, доктор химических наук
660036, Красноярск, Академгородок (Россия)
Тел. (3912) 49-48-94, E-mail: inm@icct.ru
Архангельский государственный технический университет
Студентка
163002, Архангельск, наб. Северной Двины, 17 (Россия)
Тел./факс: (8182) 21-89-48, E-mail: fishim@agtu.ru
Архангельский государственный технический университет
Доцент, кандидат технических наук
163002, Архангельск, наб. Северной Двины,17 (Россия)
Тел. (8182) 21-61-76 факс (8182) 28-76-14, E-mail_lesochim@agtu.ru
Архангельский государственный технический университет
Аспирант кафедры теоретической и прикладной химии
163002, Архангельск, наб. Северной Двины, 17 (Россия)
Тел./факс: (8182) 21-89-48, E-mail: nikolay.larionov@gmail.com
Институт химии и химической технологии СО РАН
Ведущий научный сотрудник, кандидат химических наук
660036, Красноярск, Академгородок (Россия)
Тел. (3912) 49-55-84, E-mail: lva@icct.ru
Сибирский государственный технологический университет
Профессор, доктор технических наук
660049, Красноярск, пр. Мира, 82 (Россия)
E-mail: Manastik@mail.ru
Институт экологических проблем Севера РАН
Главный научный сотрудник, доктор химических наук
163061, Архангельск, наб. Северной Двины, 23 (Россия)
Тел. 28-55-40, факс 28-76-36, E-mail: lignin@arh.ru
Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН
Младший научный сотрудник лаборатории флейвохимии
119334, Москва, ул. Косыгина, 4 (Россия)
Тел. (495) 939-73-43
Петрозаводский государственный университет
185910, Петрозаводск, пр. Ленина, 33 (Россия)
Кутаисский научный центр НАН Грузии
Директор, профессор, доктор технических наук
Кутаиси (Грузия)
E-mail: revmelk@rambler.ru
Воронежская государственная технологическая академия
Доцент кафедры технологии молока, кандидат технических наук
394000, Воронеж, пр. Революции, 19 (Россия)
Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН
Зав. лаборатории флейвохимии, доктор химических наук
119334, Москва, ул. Косыгина, 4 (Россия)
Тел. (495) 939-73-43, E-mail: tmish@rambler.ru
Красноярский государственный аграрный университет
Магистрант
Институт биоорганической химии АН РУз.
Старший научный сотрудник
700125, Ташкент, ул. Х. Абдуллаева, 83 (Узбекистан)
Тел. 162-35-40, факс 162-70-63, E-mail: mukhamedjanovam_@mail.ru
Российская экономическая академия им. Г.В. Плеханова
Аспирант лаборатории микробиологии и микологии
115998, Москва, Стремянный переулок, 36, корп. 2 (Россия)
Тел. (495) 237-94-98, E-mail: cvetmi@mail.ru
Сибирский государственный технологический университет
Доцент кафедры неорганической и физической химии,
кандидат химических наук
660049, Красноярск, пр. Мира, 82 (Россия)
Тел. (3912) 27-35-42, E-mail: chem@sibstu.kts.ru
Ивановский государственный химико-технологический университет,
Доцент кафедры технологии пищевых продуктов и биотехнологии, кандидат
химических наук
153000, Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7 (Россия)
Тел. (0932) 41-38-19, E-mail: nikiforоvа@isuct.ru
199
НИФТАЛИЕВ
Сабухи Илич
НОЗДРУНОВА
Анастасия Алексеевна
ОЛЕННИКОВ
Даниил Николаевич
ОСТРОУХОВА
Людмила Андреевна
ПАЛАМАРЧУК
Ирина Анатольевна
ПАНОВ
Александр Николаевич
ПЛАКСИН
Георгий Валентинович
ПЛЫНСКАЯ
Жанна Александровна
ПОВАРНИЦЫНА
Татьяна Васильевна
ПОЛЕЖАЕВА
Наталья Ивановна
ПОПОВА
Наталья Радиевна
РОДИОНОВА
Марина Владимировна
РОГОВ
Вадим Алексеевич
РОЩИН
Виктор Иванович
РУДЕНКО
Анатолий Павлович
Воронежская государственная технологическая академия
Заведующий кафедрой общей и неорганической химии, профессор,
доктор химических наук
394000, Воронеж, пр. Революции, 19 (Россия)
Омский государственный аграрный университет
644008, Омск, Институтская площадь, 2 (Россия)
Аспирант кафедры биологической химии
Тел. (3812) 65-16-66, E-mail: Nozdrunova@mail.ru
Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН
Старший научный сотрудник лаборатории медико-биологических исследований,
кандидат фармацевтических наук
670047, Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6 (Россия)
Тел. (301-2) 43-34-63, E-mail: oldaniil@rambler.ru
Иркутский институт химии СО РАН им. А.Е. Фаворского
Старший научный сотрудник лаборатории химии древесины,
кандидат химических наук
664033, Иркутск, ул. Фаворского, 1 (Россия)
Тел./факс (3952) 51-14-27, E-mail: l_ostrouhova@irk.ru
Институт экологических проблем Севера РАН
Научный сотрудник
163061, Архангельск, наб. Северной Двины, 23 (Россия)
Тел. 28-55-40, факс 28-76-36, E-mail: lignin@arh.ru
Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН
Старший научный сотрудник, кандидат биологических наук
634055, Томск, пр. Академический, 10/3 (Россия)
Тел. (382-2) 49-19-07, факс (382-2) 49-19-50, E-mail: panov@imces.ru
Институт проблем переработки углеводородов СО РАН
Доктор химических наук
644040, Омск, ул. Нефтезаводская, 54 (Россия)
Тел. (3812) 67-04-11, E-mail: plaksin@ ihcp1.oscsbras.ru
Сибирский государственный технологический университет
Аспирант кафедры химической технологии древесины и биотехнологии
660049, Красноярск, пр. Мира, 82 (Россия)
Тел. (3912) 27-36-54, E-mail: Jannetta-83@mail.ru
Архангельский государственный технический университет
Аспирантка кафедры теоретической и прикладной химии
163002, Архангельск, наб. Северной Двины, 17 (Россия)
Тел./факс: (8182) 21-89-48, E-mail: fishim@agtu.ru
Сибирский государственный технологический университет
Доцент кафедры неорганической и физической химии,
кандидат химических наук
660049, Красноярск, пр. Мира, 82 (Россия)
Тел. (3912) 27-65-97, E-mail: piv-80@mail.ru
Архангельский государственный технический университет
Профессор кафедры теоретической и прикладной химии,
163002, Архангельск, наб. Северной Двины, 17 (Россия)
Тел./факс: (8182) 21-89-48, E-mail: fishim@agtu.ru
Ивановский государственный химико-технологический университет,
Аспирант
153000, Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7 (Россия)
Тел. (0932) 41-38-19
Сибирский государственный технологический университет
Заведующий кафедрой безопастности жизнедеятельности, профессор,
доктор технических наук
660049, Красноярск, пр. Мира, 82 (Россия)
Тел. (3912) 27-87-89, 27-22-72, E-mail: bgd@sibstu.kts.ru
Санкт-Петербургская лесотехническая академия
Заведующий кафедрой химии древесины, физической и коллоидной химии,
доктор химических наук, профессор
194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5 (Россия)
Тел. (812) 552-77-24 E-mail: kaf.chemdrev@mail.ru
Сибирский государственный технологический университет
Заведующий кафедрой технологии конструкционных материалов и машиностроения, профессор, доктор технических наук
660049, Красноярск, пр. Мира, 82 (Россия)
Тел. 3912) 66-04-20, E-mail: mapt@sibstu.kts.ru
200
РУДНИЧЕНКО
Елена Сергеевна
САВВИН
Павел Николаевич
САФИУЛЛИН
Рустам Лутфуллович
СИБАГАТОВ
Виктор Александрович
СИРОТИН
Александр Андреевич
СОРОКОПУДОВ
Владимир Николаевич
СТЕПАНОВ
Алексей Сергеевич
СТЕПАНОВА
Татьяна Алексеевна
СТЕПЕНЬ
Роберт Александрович
СЫСОЕВА
Мария Александровна
ТАРАБАНЬКО
Валерий Евгеньевич
ТЕРЕГУЛОВА
Айгуль Накиповна
ТЕРЕНИНА
Маргарита Борисовна
ТЕТЕРЮК
Людмила Владимировна
ТОРОПОВА
Анюта Алексеевна
ТУРАЕВ
Аббасхан Сабирханович
Воронежская государственная технологическая академия
Аспирант кафедры аналитической химии
394000, Воронеж, пр. Революции, 19 (Россия)
Тел. (473) 55-07-62,E-mail: korenman@vgta.vrn.ru
Воронежская государственная технологическая академия
Аспирант
394000, Воронеж, пр. Революции, 19 (Россия)
Тел. (4732) 55-36-11, Е-mail: pashkasavvin@yandex.ru
Институт органической химии Уфимского научного центра РАН
450054, Уфа, пр. Октября, 71 (Россия)
Тел. (3472) 35-55-60, E-mail: kinetic@anrb.ru
Сибирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства и торфа
СО Россельхозакадемии
Старший научный сотрудник, кандидат сельскохозяйственных наук
634050, Томск, ул. Гагарина 3, а/я 1668 (Россия)
Тел. (382-2) 53-33-90, факс: (382-2) 51-50-93, Е-mail:sibniit@mail.tomsknet.ru
Белгородский государственный университет
Профессор кафедры ботаники и преподавания ботаники,
кандидат биологических наук
308015, Белгород, ул. Победы, 85 (Россия)
Тел./факс (4722) 30-12-76 E-mail: sirotin@bsu.edu.ru
Белгородский государственный университет
Заместитель директора по научной работе Ботанического сада БелГУ,
профессор кафедры фармацевтической химии и фармакогнозии,
доктор сельскохозяйственных наук
308015, Белгород, ул. Победы, 85 (Россия)
Тел./факс (4722) 30-12-76 E-mail: sorokopudov@bsu.edu.ru
Дальневосточный государственный медицинский университет
Старший научный сотрудник ЦНИЛ, кандидат фармацевтических наук
680000, Хабаровск, ул. Муравьева-Амурского, 35 (Россия)
Дальневосточный государственный медицинский университет
Заведующая кафедрой фармакогнозии и ботаники, профессор,
доктор фармацевтических наук
680000, Хабаровск, ул. Муравьева-Амурского, 35 (Россия)
Сибирский государственный технологический университет
Профессор, доктор биологических наук
660049, Красноярск, пр. Мира, 82 (Россия)
E-mail: sibstu.kts.ru
Казанский государственный технологический университет им. С.М. Кирова
Доцент кафедры пищевой биотехнологии, кандидат химических наук
420015, Республика Татарстан, Казань, ул. К. Маркса, 68 (Россия)
Тел. (843) 231-41-73, Е-mail: ramven@rambler.ru
Красноярск, Институт химии и химической технологии СО РАН
Заведующий лабораторией, доктор химических наук
660036, Красноярск, Академгородок (Россия)
Тел. (3912) 49-48-97, факс: (3912) 43-93-42, E-mail: veta@icct.ru
Институт органической химии Уфимского научного центра РАН
450054, Уфа, пр. Октября, 71 (Россия)
Тел. (3472) 35-54-96, E-mail: kinetic@anrb.ru
Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН
Старший научный сотрудник лаборатории флейвохимии,
кандидат химических наук
119334, Москва, ул. Косыгина, 4 (Россия)
Тел. (495) 939-73-43, E-mail: tmish@rambler.ru
Институт биологии Коми НЦ УрО РАН
Старший научный сотрудник
167982, Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 28 (Россия)
Тел. (8212) 24-50-12, факс (8212) 24-01-63 Е-mail: teteryuk@ib.komisc.ru
Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН
Младший научный сотрудник лаборатории безопасности биологически
активных соединений, кандидат биологических наук
670047, Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6 (Россия)
Тел. (301-2) 43-34-63, E-mail: annator2008@mail.ru
Институт биоорганической химии АН РУз.
Ведущий научный сотрудник
700125, Ташкент, ул. Х. Абдуллаева, 83 (Узбекистан)
Тел. 162-35-40, факс 162- 70-63, E-mail: abbaskhan@mail.ru
201
ФЕДОРОВ
Сергей Владимирович
ФЕДОРОВА
Татьяна Евгеньевна
ФОГТ
Валентина Петровна
ХАБАРОВ
Юрий Германович
ХАБИБРАХМАНОВА
Венера Равилевна
ХАЙИТМЕТОВА
Саида Бакижановна
ХАЙРУЛЛИНА
Вероника Радиевна
ХАКИМОВА
Фирдавес Харисовна
ХВЕДЕЛИДЗЕ
Варден Георгиевич
ХОДЖАКОВА
Дина Асадуллаевна
ЧЕЛБИНА
Юлия Вячеславовна
ЧЕЛПАНОВА
Тамара Ивановна
Чернышев
Андрей Кириллович
ШОМУРАТОВ
Шавкат Абдуганиевич
ШУБАКОВ
Анатолий Александрович
ЯКУПОВА
Люция Рифгатовна
Иркутский институт химии СО РАН
Лаборатория физической химии, младший научный сотрудник
664033, Иркутск, ул. Фаворского, 1 (Россия)
Тел./факс: (3952) 42-49-54, E-mail: serfed@irioch.irk.ru
Иркутский институт химии СО РАН
Лаборатория химии древесины, старший научный сотрудник,
кандидат химических наук
664033, Иркутск, ул. Фаворского, 1 (Россия)
Тел./факс: (3952) 51-14-27, E-mail: babkin@irioch.irk.ru
Дальневосточный государственный медицинский университет
Старший преподаватель кафедры фармакогнозии и ботаники
680000, Хабаровск, ул. Муравьева-Амурского, 35 (Россия)
Тел. (4212) 32-64-26 E-mail: fogt79@mail.ru
Архангельский государственный технический университет
Профессор кафедры технологии ЦБП
162002, Архангельск, наб. Северной Двины, 17 (Россия)
Тел (8182) 21-61-43, факс: (8182) 28-76-14, E-mail: khabarov@agtu.ru
Казанский государственный технологический университет им. С.М. Кирова
Ассистент кафедры пищевой биотехнологии
420015, Республика Татарстан, Казань, ул. К. Маркса, 68 (Россия)
Тел. (843) 231-42-99 доп. код 4472, Е-mail: ramven@rambler.ru
Институт биоорганической химии АН РУз.
Младший научный сотрудник
700125, Ташкент, ул. Х. Абдуллаева, 83 (Узбекистан)
Тел. 162-35-40, факс 162- 70-63, E-mail: khayimetova@mail.ru
Башкирский государственный университет
Доцент кафедры физической химии и химической экологии,
кандидат химических наук
450076, Уфа, ул. Фрунзе, 32 (Россия)
Тел. (3472) 73-67-27 E-mail:Veronika1979@yandex.ru
Пермский государственный технический университет
Заведующая кафедрой технологии целлюлозно-бумажного производства,
профессор, доктор технических наук
614113, Пермь, ул. Ласьвинская, 18 (Россия)
Тел./факс (342) 255-36-24, E-mail: tcbp@pstu.ac.ru
Кутаисский научный центр НАН Грузии
Зав. отделом пищевых продуктов и биопрепаратов, профессор,
доктор технических наук
Кутаиси (Грузия)
E-mail: revmelk@rambler.ru
Институт биоорганической химии АН РУз.
Аспирант
700125, Ташкент, ул. Х. Абдуллаева, 83 (Узбекистан)
Тел. 162-35-40, факс 162- 70-63, E-mail: dinaxon@rambler.ru
Красноярск, Институт химии и химической технологии СО РАН
Младший научный сотрудник
660036, Красноярск, Академгородок (Россия)
Тел. (3912) 49-48-97, факс: (3912) 43-93-42, E-mail: veta@icct.ru
Институт физиологии Коми НЦ УрО РАН
167982, Республика Коми, Сыктывкар, ГСП, ул. Первомайская, 50 (Россия)
Тел./Факс: (8212) 24-10-01; E-mail: shubakov@physiol.komisc.ru
Омская государственная медицинская академия
Профессор кафедры детской хирургии, доктор медицинских наук
644099, Омск, Ленина, 12 (Россия)
Тел. (3812)36-16-72, E-mail: vve-bio@mail.ru
Институт биоорганической химии АН РУз
Младший научный сотрудник
700125, Ташкент, ул. Х. Абдуллаева, 83 (Узбекистан)
Тел. 162-35-40, факс 162- 70-63, E-mail: shsha@mail.ru
Институт физиологии Коми НЦ УрО РАН
167982, Республика Коми, Сыктывкар, ГСП, ул. Первомайская, 50 (Россия)
Тел./Факс: (8212) 24-10-01; E-mail: shubakov@physiol.komisc.ru
Институт органической химии Уфимского научного центра РАН
450054, Уфа, пр. Октября, 71 (Россия)
Тел. (3472) 35-54-96, E-mail: kinetic@anrb.ru
ОПЕЧАТКИ
В номере №3 (2008) печатной версии журнала «Химия растительного сырья»,
в статье «АНАТОЛИЙ ПЕТРОВИЧ КАРМАНОВ», была допущена опечатка.
Первое предложение второго абзаце напечатано:
«Карманов Анатолий Петрович родился 10 сентября 2008 г. в Сыктывкаре»;
Должно быть:
«Карманов Анатолий Петрович родился 10 сентября 1948 г. в Сыктывкаре».
Редакция приносит свои извинения Анатолию Петровичу Карманову и читателям журнала.
В электронной версии журнала (chem.wood.ru) статья представлена в исправленном варианте.
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 203–204.
CONTENTS
REVIEWS
Popova N.R., Bogolitsyn K.G., Povarnitsyna T.V. CATALYTIC OXIDATION OF LIGNIN SUBSTANCES
OVER POLYOXOMETALATES AS A CATALYST .......................................................................................... 5
BIOPOLYMERS OF PLANTS
Vurasko A.V., Driker B.N., Karpova E.V., Alechina L.A., Melekh N.V. PROPERTIES OF CELLULOSE
FIBERS OBTAINED IN ALKALINE PULPING WITH ANTHRAQUINONE, PROCESSED
IN A ULTRASONIC FIELD ............................................................................................................................... 15
Khakimova F.Kh., Kovtun T.N. YOUNG BIRCH WOOD BISULFITE DELIGNIFICATION ......................... 23
Palamarhuk I.A., Makarevich N.A., Boitsova T.A., Brovko O.S., Afanasiev N.I. THE COOPERATIVE
INTERACTION IN THE SYSTEM OF LIGNOSULFONATE – CHITOSAN .................................................. 29
Turaev A.S., Sh.A. Shomurоtov, Mukhamedjanova M., Khaytmetova S.B., Khodjakova D.A. SYNTHESIS
AND RHEOLOGICAL PROPERTIES OF WATER SOLUTIONS OF COMPLEXES
CARBOXYMETHYLCELLULOSE WITH HYDRAZIDE OF ISONICOTINIC ACID .................................... 35
Nikiforova T.E., Kozlov V.A., Rodionova M.V. ADSORPTION OF COPPER IONS BY THE MODIFIED
PROTEIN-CELLULOSE COMPLEX OF DISTILLERY GRAINS .................................................................... 41
Veshnyakov V.A., Khabarov Yu.G., Kamakina N.D. COMPARISON OF REDUCING COMPOUNDS
DETERMINATION METHODS: BERTRAND’S METHOD, EBULLIOSTATICAL
AND PHOTOMETRICAL METHODS ................................................................................................................ 47
Levdansky V.A., Butylkina A.I., Kuznetsov B.N. OPTIMIZATION OF THE PROCESS
OF ANTHOCYANIDIN DYES OBTAINING FROM ABIES AND LARCH BARK ........................................ 51
LOW-MOLECULAR WEIGHT COMPOUNDS
Levdansky V.A. QUERCETIN FROM LARCH WOOD AT «EXPLOSIVE» AUTOHYDROLYSIS
CONDITIONS IN THE PRESENCE OF BISULFITE MAGNESIUM .............................................................. 55
Hairullina V.R., Yakupova L.R., Safiullin R.L., Teregulova A.N., Ostrouhova L.A., Babkin V.A.
DETEMINATION OF ANTIOXIDANT ACTIVITIES OF QUERCETIN AND DIHYDROQUERCETIN
IN BINARY COMPOSITION CONSISTANCE.................................................................................................. 59
Alekseeva L.I., Teteryk L.V. PHENOLIC COMPOUNDS THYMUS TALIJEVII KLOK. ET SCHOST.. ........ 65
Deineka L.A., Deineka V.I., Gostishchev I.A., Sorokopudov V.N., Sirotin A.A. DETERMINATION OF
SQUALENE IN SEEDS OF SOME AMARANTHACEAE PLANTS ................................................................... 69
Fogt V.P., Stepanov A.S., Stepanova T.A. USE OF METHODS HPTLC AND HPLC IN DEVELOPMENT OF
ANTIDIABETIC EXTRACT ............................................................................................................................... 75
Rudnichenko E.S., Korenman Ya.I., Melnikova E.I., Niftaliev S.I. THE AMINO ACIDS AND
CARBOHYDRATES ANALYSIS OF MILK-PLANT EXTRACT .................................................................... 79
Ivanova S.Z., Fedorova T.E., Fedorov S.V., Babkin V.A. STILBENES FROM OF LARIX GMELINII
BARK ................................................................................................................................................................... 83
Tarabanko V.E., Chelbina Yu.V., Kaygorodov K.L. A STUDY OF VANILLIN EXTRACTION BY MONOOCTYLAMINE AND TRIBUTYL PHOSPHATE .............................................................................................. 89
Olennikov D.N., Zilfikarov I.N., Toropova A.A., Ibragimov T.A. CHEMICAL COMPOSITION OF Callisia
fragrans Wood. JUICE AND ITS ANTIOXIDATIVE ACTIVITY (IN VITRO) ................................................. 95
Ivanov V.A., Momotova M.V., Borisova Т.V., Levin B.D. OPTIMIZATION OF PROCESS EXTRACTION
IRIDOIDS FROM A BARK OF A GUELDER-ROSE ORDINARY. ............................................................... 101
Anashenkov S.U., Roschin V.I. WATER-ALKALINE EXTRACTION OF WOOD GREENS.
2. INFLUENCE OF CONCENTRATION OF ALKALI AND TIME EXTRACTION IN ROTARY
PULSATION THE DEVICE ON THE YELD EXTRACTIVE SUBSTANCES ............................................... 105
Ignatov A.S., Stepen R.A. THE RECEIVING OF ETHEREAL OIL AT BRACKETITION OF CONIFEROUS
WOOD WASTES .............................................................................................................................................. 109
204
Misharina Т.А., Muhutdinova S.M., Zarikova G.G., Теrеnina М.B., Krikunova N.I. CHANGES
OF VOLATILE COMPOUNDS COMPOSITION DURING STORAGE OF DRY WHOLE MUSHROOM
(BOLETUS EDULIS) ......................................................................................................................................... 113
Shubakov A.A., Dontsov A.G., Chelpanova T.I., El'kina E.A. ISOLATION AND PURIFICATION OF
POLYGALACTURONASES FROM ASPERGILLUS NIGER AND PENICILLIUM DIERCKXII ............... 119
Plynskaja Z.A., Velichko N.A. INFLUENCE OF REGULATORS OF GROWTH ON PROCESSES OF
SYNTHESIS OF SECONDARY SUBSTANCES IN CULTURE IN VITRO EPHEDRA MONOSPERMA C.. 125
Sisoeva M.A., Habibrahmanova V.R., Gamaiourova V.S., Kudryavtseva L.A. RESEARCH OF THE
COLLOIDAL CHAGA WATER EXTRACTS. VIII. THE SIZES OF THE DISPERSED PHASES
PARTICLES THAT ARE FORMING IN COLLOIDAL SYSTEMS AFTER TREATMENT
OF CHAGA WATER EXTRACT BY ORGANIC SOLVENTS ....................................................................... 129
Melkadze R.G., Khvelidze V.G. LIPOID COMPLEX OF THE TEA LEAF...................................................... 133
Polezhaeva N.I., Nefedov A.A. INVESTIGATION OF THERMAL OXIDIZING DESTRUCTION
KINETICS OF COMPOSITION BASED ON MODIFIED WITH COLOPHONY POLYESTER ROSIN
AND BETULIN ................................................................................................................................................. 137
PEAT AND PRODUCTS OF ITS PROCESSING
Nozdrunova А.A., Krivonos O.I., Vysokogorsky V.E., Plaksin G.V., Chernyshev A.K. CHEMICAL
COMPOSITION AND OXIDIZING CHARACTERISTICS OF SAPROPELS THERMAL PROCESSING
LIQUIDS............................................................................................................................................................. 141
Larionov N.S., Bogolitsyn K.G., Bogdanov M.V., Kuznetsova I.A. SORPTION OF D- AND P-METALS ONTO
HIGH-BOG PEAT .............................................................................................................................................. 147
Kasimova L.V., Panov A.N., Sibagatov B.A. MINERALIZATION AND TRANSFORMATION
OF HIGH-MOOR PEAT ORGANIC MATTERS IN APPLYING UREA AND BIOCATALYST .................. 153
Kasimova L.V., Panov A.N., Sibagatov B.A. THE EFFECT OF LIME ON PROPERTIES
OF HIGH-MOOR PEAT ..................................................................................................................................... 161
PROCESSING AND APPLICATION
Korovkina N.V., Kutakova N.A., Bogdanovich N.I. EXTRACTS BROWN SEAWEEDS
FROM ENRICHMENT RATION FEED MINERAL SUBSTANCES .............................................................. 167
Efremov A.A., Kondratyuk T.A. ALLOCATION OF PECTINES FROM NONCONVENTIONAL
VEGETATIVE RAW MATERIALS AND ITS APPLICATION IN CONFECTIONERY PRODUCTION .... 171
Savvin P.N., Bolotov V.M. JELLY MARMALADE ANTIOXIDATIC PROPERTIES RESEARCH .............. 177
Rogov A.V., Rogov V.A., Stepen R.A. IMPROVEMENT OF AIR ENVIRONMENT OF INDUSTRIAL
PREMISES BY GREEN PLANTS ..................................................................................................................... 181
SHORT REPORTS
Eryomenko V.V., Kormiletz P.P., Vlasenko Z.N., Rudenko A.P. ON THE PROCESS OF DEEP-WATER
FLOW-PHASE CULTIVATION OF MICROORGANISMS BY ..................................................................... 185
CHRONICLE
IV ALL-RUSSIAN CONFERENCE «NEW ACHIVEMENTS IN CHEMISTRY AND CHEMISTRY
TECHNOLOGIES OF RAW MATERIALS» ..................................................................................................... 187
STANDING RULES FOR THE AUTHORS JOURNAL «THE CHEMISTRY OF PLANT
RAW MATERIALS» ......................................................................................................................................... 189
AUTOR INDEX №4 (2008) ............................................................................................................................... 193
DATA ON AUTHORS ....................................................................................................................................... 195
205
Popova N.R., Bogolitsyn K.G., Povarnitsyna T.V. CATALYTIC OXIDATION OF LIGNIN SUBSTANCES
OVER POLYOXOMETALATES AS A CATALYST
Literature review on the catalysis of delignification processes over polyoxometalates has been made. Mechanism
of the action of the catalytic systems under oxidation of lignin substances has been reviewed.
Vurasko A.V., Driker B.N., Karpova E.V., Alechina L.A., Melex N.V. PROPERTIES OF CELLULOSE FIBERS
OBTAINED IN ALKALINE PULPING WITH ANTHRAQUINONE, PROCESSED IN A ULTRASONIC FIELD
We are lead alkaline cooking of wood of a pine, a birch and a composition at a ratio a pine of 70% and a birch of
30% at presence anthraquinone, processed in an ultrasonic field. It is established, that application processed anthraquinone results in increase in speed delignification, an output of technical cellulose, to decrease in duration mill and
to improvement of physicomechanical parameters. It is established by methods of FTIR-spectroscopy and X-ray
diffraction scan researches, that the received positive effects are caused by the raised maintenance pentosans, instead
of structural changes of cellular walls.
Khakimova F.Kh., Kovtun T.N. YOUNG BIRCH WOOD BISULFITE DELIGNIFICATION
Peculiarities of young and adult birch wood bisulfite delignification and intensity of this processes at the various
pulping stages are investigated. Changing of young and adult birch wood submicroscopic capillaries volume and
changing of evenness of compared wood samples delignification at pulping stage are investigated for more complete
description of delignification processes.
Palamarhuk I.A., Makarevich N.A., Boitsova T.A., Brovko O.S., Afanasiev N.I. THE COOPERATIVE INTERACTION IN THE SYSTEM OF LIGNOSULFONATE – CHITOSAN
The interaction of lignosulfonates – water-soluble derivatives of natural polymer – lignin and chitosan obtained
deacetylation of polysaccharides of chitin has been studied. The reactions were shown to proceed following the
mechanism of electrostatic interaction between sulfo-groups of lignosulfonates and amino-groups of polybase.
These reactions have the cooperative character.
Turaev A.S., Sh.A. Shomurоtov, Mukhamedjanova M., Khaytmetova S.B., Khodjakova D.A. SYNTHESIS AND
RHEOLOGICAL PROPERTIES OF WATER SOLUTIONS OF COMPLEXES CARBOXYMETHYLCELLULOSE WITH HYDRAZIDE OF ISONICOTINIC ACID
Synthesis of a complex hydrazide of isonicotinic acid (HINA) and sodium carboximethilcellulose (Na-CMC) is investigated. The complex is received by modifying Na-CMC and chemical linkage of the modified polymeric matrix
with HINA. Structural parameters of a complex are appreciated. Rheological properties of water solutions of Na-CMC
and complex of modified carboxymethylcellulose with hydrazide of isonicotinic acid have been investigated.
It is shown, that the strength of structure of complex of modified Na-CMC and the viscosity has been more than
these parameters of initial Na-CMC. The dependence of structural parameters for temperature and the shearing
stress is estimated. It is shown, that the flow of these systems has been characterized as pseudoplastical flow.
Nikiforova T.E., Kozlov V.A., Rodionova M.V. ADSORPTION OF COPPER IONS BY THE MODIFIED PROTEIN-CELLULOSE COMPLEX OF DISTILLERY GRAINS
Researches carried out in last years showed the big attention given to the use of natural materials, representing an
agriculture waste, such as sorbents for heavy metal ions removal from water solutions of the various natures. Interest
is shown now to research of sorption properties of such products of a plant origin, as wood sawdust, short linen
fiber, grapes stalks and pits, beet pulp, Jerusalem artichoke stalks, mustard and linen oil-cakes, various kinds of a
moss, rice, corn or wheat bran, wastes of tea production etc.
Using the protein-cellulose complex of distillery grains (PCCDG) for treatment of water and water-organic solutions is
advantageous as the given sorbent is characterized by stable structure, absence of traces of pesticides and pathogenic microbes and represents a biodegradable waste from alcohol production, characterized by its availability and cheapness.
Important advantage of PCCDG as a sorbent is the presences of sorption-active groups which are exist in the
structure of cellulose and protein component of a complex.
The purpose of this work was the chemical modifying of PCCDG by the sodium monochloracetate for receiving
new effective sorbent, capable to take out copper ions from water solutions and strongly connect them by means of
formation of chelate sorption centers. It is established, that treatment of PCCDG by the sodium monochloracetate
leads to increase in sorption degree of copper ions from water solution by 35 and reaches 97%. High sorption degree of
modified PCCDG is explained by transformation of amino groups in polychelate sorption centers – mono-, di- and
tricarboxymethyl substituted amines (immobilized complexons), capable strongly connect and keep copper ions in chelate structures on a sorbent surface.
206
IR-spectra of initial and modified PCCDG samples testify to changes in the substratum structure, caused by formation during chemical modifying of new bonds as a result of introduction in biopolymer structure new functional
groups - polychelate sorption centers.
Veshnyakov V.A., Khabarov Yu.G., Kamakina N.D. COMPARISON OF REDUCING COMPOUNDS DETERMINATION METHODS: BERTRAND’S METHOD, EBULLIOSTATICAL AND PHOTOMETRICAL METHODS
Reducing compounds determination methods (Bertrand’s method, ebulliostatical and new photometrical methods) have been compared. Reducing compounds concentrations was determinate by these methods in a few wood
hydrolyzates and some liquids of sulfite pulping industry. It is showed that these methods produce near results and
photometrical methods is easier and needs less reagent consumptions.
Levdansky V.A., Butylkina A.I., Kuznetsov B.N. OPTIMIZATION OF THE PROCESS OF ANTHOCYANIDIN
DYES OBTAINING FROM ABIES AND LARCH BARK
The influence of hydrochloric acid concentration and time out treatment on the yields of anthocyanidins dyes
from abies and larch bark was studied. The optimum process conditions, ensuring the maximal yield of anthocyanidins have been defined.
Levdanskii V.A. QUERCETIN FROM LARCH WOOD AT «EXPLOSIVE» AUTOHYDROLYSIS CONDITIONS IN THE PRESENCE OF BISULFITE MAGNESIUM
The influence of temperature and time of treatment of larch sawdust by overheated steam at conditions of «explosive»
autohydrolysis in the presence of bisulfite magnesium on the yields of quercetin and quercetin dihydrate was studied.
It was established that the highest degree of quercetin dihydrate conversion into quercetin was reached with larch
sawdust preliminary impregnated by bisulfite magnesium and following treatments by steam at temperature 210–
220 °С, pressure 3,4 МПа, during 200–250 s.
Hairullina V.R., Yakupova L.R., Safiullin R.L., Teregulova A.N., Ostrouhova L.A., Babkin V.A. DETEMINATION OF ANTIOXIDANT ACTIVITIES OF QUERCETIN AND DIHYDROQUERCETIN IN BINARY COMPOSITION CONSISTANCE
Antioxidant properties of fine-qualified quercetin (QU) as well as dihydroquercetin (DHQ) and QU, isolated
from wood of Siberian larch (Larix sibirica Ledeb), have been studied by the example of a modeling reaction of
chain-radical oxidation of 1,4-dioxane. The quantitative characteristics of antioxidant activities of these flavonoids
have been determined in the form of the effective rate constants fkIn,. QU and DHQ interference in binary composition consistence has been studied. It has been established that binary compositions, containing QU and DHQ in all
proportions of components, reveal antioxidant activities synergism; and at the same time the maximum inhibitory
effect reveals composition with DHQ content of 22 %.
Alekseeva L.I., Teteryk L.V. PHENOLIC COMPOUNDS THYMUS TALIJEVII KLOK. ET SCHOST.
Brought given on the chemical composition of plants Thymus talijevii Klok. et Schost. In the plant Thymus talijevii are olic compounds, in particular, thimol, carvacrol, luteolin, apigenin, caffeic and gallic acids.
Deineka L.A., Deineka V.I., Gostishchev I.A., Sorokopudov V.N., Sirotin A.A. DETERMINATION OF SQUALENE IN SEEDS OF SOME AMARANTHACEAE PLANTS
It has been shown that reversed-phase HPLC with RI detection permits the simultaneous determination of plant
seed squalene and triglycerides with a simple sample handling as well as identity assurance by the relative retention
analysis and chromatographic “fingerprint” methods. A comparison of squalene accumulation in seeds of some Amaranthaceae plants proved A. retroflexus to be relatively rich source of the substance.
Fogt V.P., Stepanov A.S., Stepanova T.A. USE OF METHODS HPTLC AND HPLC IN DEVELOPMENT OF
ANTIDIABETIC EXTRACT
Standardization of an extract is supposed to be carried out under the contents of flavonoids. In this connection the
purpose - using modern methods of research to prove a way of reception of an extract under the contents of flavonoids
was put. For achievement of an object in view it was necessary to compare complex BAS of the extracts received with
application as a solvent of 40 and 70 per cent ethanolic spirit to estimate the contents of flavonoids in an extract received on technology offered to manufacture, and also to compare it on flavonoid structure with infusion.
In experiment methods high performance thin layer chromatography (HPTLC) and high performance liquid
chromatography (HPLC) were used.
Application of method HPTLC has allowed confirming presence at 40 and 70 per cent extracts of 18 substances,
from them 13 are flavonoids. The part of substances managed to be identified. By results of HPLC the quantitative
contents rutin and hyperoside in researched extracts is designed and comparison by the named criterion from 40 per
cent is carried out by an extract received by a method repercolation with level-by-level loading of raw material in
apparatus. For comparison of componential structure of biologically active complex of infusion and an extract, the
207
same series received from raw material, were compared integrated chromatography structures of water and ethanolwater extraction. Essential distinctions in chromatography picture infusion and an extract it was not observed.
Thus, qualitative and quantitative comparative analysis of complex of flavonoids of extraction on 40 and 70 per
cent were carried out and rationality of application of a method repercolation in manufacture of an antidiabetic extract under the contents of hyperoside is shown. Advantage of an extract before infusion under the contents of rutin
and hyperoside in a preparation is shown.
Rudnichenko E.S., Korenman Ya.I., Melnikova E.I., Niftaliev S.I. THE AMINO ACIDS AND CARBOHYDRATES ANALYSIS OF MILK-PLANT EXTRACT
The purpose of the work was to get milk-plant extract from tubers yakon.
The extraction an amino acids and carbohydrates from natural sweetener yakon is studied. The true milk solution
is implied as and for the first time. The influencing factors such as pH extragent, the degree of raw material reducing
to fragrans, temperature, the extraction length the volume ratio of sold and liquid phases are optimized by mathematics planning methods of experimental. It was determined that optimal factors for food substances extracting out
of yakon were: temperature 60 °C, extracting duration 60 min, volume correlation between solid and liquid phases
1 : 6, extragent’s pH 4,4, degree of raw material reducing to fragrans 2 mm.
The amino acids and carbohydrates composition of milk-plant extract is studied. Amino acids composition was determined by the capillary electrophoresis method. Carbohydrates composition was determined by the method of Bertran.
Ivanova S.Z., Fedorova T.E., Fedorov S.V., Babkin V.A. STILBENES FROM OF LARIX GMELINII BARK
Stilbene compounds – astringenin, astringenin – 3'-O--D-glucopyranoside and piceid have been isolated from inner
bark (phloem) of Larix gmelinii (Rupr.) Rupr. for the first time. The stilbenes have been identified by spectroscopic methods (UV, NMR 1H and 13C). Astringenin have been identified in other bark (rhytidome) by analytical method (TLC).
Tarabanko V.E., Chelbina Yu.V., Kaygorodov K.L. A STUDY OF VANILLIN EXTRACTION BY MONOOCTYLAMINE AND TRIBUTYL PHOSPHATE
The extraction of vanillin by octylamine and by tributylphosphate was studied in а water-heptane system. The
distribution coefficients were found to increase with the octylamine and tributylphosphate concentration and to attain values up to 600 and 110 correspondingly. The slopes of the logarithmic dependence of distribution coefficients
versus octylamine and tributylphosphate concentration are close one another and equal to 1,50,2. In the organic
phase vanillin molecule reacts with octylamine by both phenolic and carbonyl groups forming the Shiff base
RN=CH-Ar-OH…NH2R. Stripping vanillin with the solutions of sodium hydrosulfite is studied and the equilibrium
constant of the vanillin-bysulfite derivative formation is estimated.
Olennikov D.N., Zilfikarov I.N., Toropova A.A., Ibragimov T.A. CHEMICAL COMPOSITION OF CALLISIA
FRAGRANS WOOD. JUICE AND ITS ANTIOXIDATIVE ACTIVITY (IN VITRO)
Chemical composition of Callisia fragrans Wood. juice is investigated. It is established the presence of carbohydrates (polysaccharides and free glucose), ascorbic acid, amino acids, phenolic acids (gallic, caffeic, chicoric,
ferulic), flavonoids (quercetin, kaempferol), coumarins (umbelliferon, scopoletin), antraquinons (aloe-emodine),
triterpenic compounds (β-sitosterol) and choline. With application of DPPH-method the antiradical activity caused
by presence coumarins, phenolic acids and ascorbic acid is revealed, and also ability of juice C. fragrans to linkage
of ions Fe2+, molecules NO, radicals О2•- and inactivation of Н2О2 is found out.
Ivanov V.A., Momotova M.V., Borisova Т.V., Levin B.D. OPTIMIZATION OF PROCESS EXTRACTION IRIDOIDS FROM A BARK OF A GUELDER-ROSE ORDINARY.
The object of research is the crushed bark of a guelder-rose ordinary. The purpose of work – is investigated influence of technology factors on process of extraction of iridoids and extractives substances from a bark. During
work the optimum conditions, providing the maximal degree of extraction iridoids are found.
Anashenkov S.U., Roschin V.I. WATER-ALKALINE EXTRACTION OF WOOD GREENS. 2. INFLUENCE
OF CONCENTRATION OF ALKALI AND TIME EXTRACTION IN ROTARY PULSATION THE DEVICE ON
THE YELD EXTRACTIVE SUBSTANCES
The data on influence of the charge of alkali and duration or frequency rate of processing on quality of wateralkaline processing of wood greens of fir-trees Picea abies (L.) Karst in the rotary pulsation device are resulted. Optimization of process extraction under the plan of Box – Wilson is carried out.
Ignatov A.S., Stepen R.A. THE RECEIVING OF ETHEREAL OIL AT BRACKETITION OF CONIFEROUS
WOOD WASTES
Dynamics of going and structure of ethereal oil of cedar sawdust and fir bark in an interval 100–180 ºC is investigated. It is shown, that half of his volume at 130–180 °C is allocated first 9 min.
208
Мisharina Т.А., Muhutdinova S.M., Zarikova G.G., Теrеnina М.B., Krikunova N.I. CHANGES OF VOLATILE
COMPOUNDS COMPOSITION DURING STORAGE OF DRY WHOLE MUSHROOM (BOLETUS EDULIS)
Drying is a simple, effective and the time honored way of preserving mushrooms. The changes in volatile compounds
composition have been found during storage of dry foodstuffs which are result the loss at evaporation, oxidation and various chemical reactions. The aim of the present work was to study the changes of composition of volatile components of
dry whole mushroom (Boletus edulis) during storage. The composition of aroma compounds in fresh and storage for 140
days dry mushroom was studied by the capillary gas chromatography and chromatography – mass spectrometry methods.
More than 150 compounds in the wide range of concentration were found in the flavour concentrates of mushrooms; about
40 of them were identified. It was found that the aroma of dry mushroom is formed by volatile compounds arising from
the enzymic and oxidative destruction of unsaturated fatty acids and from the reaction between amino acids and sugars
(Maillard reaction). As a result of these processes the aliphatic and heterocyclic sulphur- , nitrogen- and oxygen containing
odorants were synthesized. The content of these compounds increased during storage of dry mushroom. This means that
Maillard reaction is continued during storage and accompanied increasing of mushroom flavor.
Shubakov A.A., Dontsov A.G., Chelpanova T.I., El'kina E.A. ISOLATION AND PURIFICATION OF POLYGALACTURONASES FROM ASPERGILLUS NIGER AND PENICILLIUM DIERCKXII
Using adsorption chromatography on different carriers, polygalacturonases were isolated and purified from the
culture filtrates of Aspergillus niger and Penicillium dierckxii with specific activities 262,6 and 63,6 U/mg proteins,
respectively. Using electrophoresis in PAAG, two isoforms of enzyme were detected in the culture filtrate of P
dierckxii. One of them only is retained in the final purified polygalacturonase.
Plynskaja Z.A., Velichko N.A. INFLUENCE OF REGULATORS OF GROWTH ON PROCESSES OF SYNTHESIS OF SECONDARY SUBSTANCES IN CULTURE IN VITRO EPHEDRA MONOSPERMA C.
It is entered into culture in vitro Ephedra monosperma C. - a producer alkaloid ephedrine. Four are selected callus
the lines described by stable qualitative and quantitative properties. Influence of hormonal structure of environment on
process of growth and accumulation alkaloids in calluses to culture Ephedra monosperma C. is investigated.
It is revealed that on environments containing BАP the fabric was characterized by more friable structure, yellow
color, there were accumulation alkaloids. At presence 2,4-D without citokinine, there was an oppression of growth; the
fabric grew old and perished. On the environments containing NUК and BAP, there was an increase of rates of growth
of culture, the fabric was characterized by more dense structure and simultaneous accumulation of a biomass alkaloids.
Sisoeva M.A., Habibrahmanova V.R., Gamaiourova V.S., Kudryavtseva L.A. RESEARCH OF THE COLLOIDAL CHAGA WATER EXTRACTS. VIII. THE SIZES OF THE DISPERSED PHASES PARTICLES THAT ARE
FORMING IN COLLOIDAL SYSTEMS AFTER TREATMENT OF CHAGA WATER EXTRACT BY ORGANIC SOLVENTS
There were organized processing of the chaga water extract by organic solvents and were determined the sizes of
the particles dispersed phase in formed colloidal systems. It was shown that this treatment can reduce the size of the
particles in formed colloidal system or enlarge the stability of the more large particles, in contrast with present in
chaga water extract.
Melkadze R.G., Khvelidze V.G. LIPOID COMPLEX OF THE TEA LEAF
It is investigated a lipoid complex of a tea leaf (Tea sinensis L.), cultivated in subtropics of Georgia. Extractions
air-dry raw material trichloroethylene with the subsequent removal of solvent in vacuum at temperature up to 60 °С
oil – 3,5–4,0 % from weight of raw material achieve an output up to 95 % thermolabile components.
It is established, that a lipoid complex of tea oil is submitted mainly from palmitic, palmitoleine, stearin, oleic,
linoleic and linolenic fat acids which total maintenance in a lipide complex reaches up to 91–96%. The parity of
quantities of the nonsaturated and sated fat acids makes 2,2–2,4.
Are investigated the maintenance carotenes, chlorophylls and pheophytins, extraction oil.
From tocopherols are allocated (+) and  tocopherols. It is established, that from allocated tocopherols in extractions oil of a tea leaf prevails a tocopherol, which maintenance reaches 1,20–1,25мg/g from their total of 1,7–1,8 mg.
At storage extraction oil within one year (20 °С) it is not marked any significant changes of its componential
structure. The conclusion about expediency of use lipoid complex of a tea leaf is made as the additive to foodstuff,
medicinal and cosmetic means.
Polezhaeva N.I., Nefedov A.A. INVESTIGATION OF THERMAL OXIDIZING DESTRUCTION KINETICS
OF COMPOSITION BASED ON MODIFIED WITH COLOPHONY POLYESTER ROSIN AND BETULIN
The results of thermal oxidizing kinetics investigation of compositions based on modified with colophony polyester rosin and betulin were shown. It was shown that thermal destruction of betulin is occur in the temperature
209
range from 260 to 460 °С and the investigated composition is stable under the investigated experimental conditions
of thermal oxidizing destruction.
Nozdrunova А.A., Krivonos O.I., Vysokogorsky V.E., Plaksin G.V., Chernishev A.K. CHEMICAL COMPOSITION AND OXIDIZING CHARACTERISTICS OF SAPROPELS THERMAL PROCESSING LIQUIDS
It is established that antioxidant characteristics of sapropels thermal processing liquids are caused by the presence in their structure of two basic groups of the substances capable to slow down free radical oxidation reactions:
proton donors (phenols and nitrogen-containing heterocyclic compounds) and compounds with nonsaturated bonds
(—С=С—, —С—, =С— ). The interrelation of oxidizing and antioxidizing activity of fractions of thermal sapropels
processing liquids with antioxidants is revealed.
Larionov N.S., Bogolitsyn K.G., Bogdanov M.V., Kuznetsova I.A. SORPTION OF D- AND P-METALS ONTO
HIGH-BOG PEAT
Sorption capacity and properties of the high-bog peat towards Cd2+ и Pb2+ was studied in equilibrium conditions.
Influence of the main factors (duration of the contact between phases, solutions’ concentrations, temperature) was
investigated. It was shown that high-bog peat has a high sorption capacity towards d- and p-metals, and it is a chemical sorption, that takes place within the reacting system.
Kasimova L.V., Panov A.N., Sibagatov B.A. MINERALIZATION AND TRANSFORMATION OF HIGHMOOR PEAT ORGANIC MATTERS IN APPLYING UREA AND BIOCATALYST
Content variation of mineral nitrogen, mobile phosphorus, water-soluble organic matter, humid acids, and aminoacids were studied during storage of mixtures (the high-moor peat, 0,5–4,0% urea and 0,5% biocatalyst) for 15
days. Mineralization of the peat organic matter was accompanied activation of the nitrogen by 83% and phosphorus
by up to 51% of their general content in the starting peat. The content of water-soluble organic matter increased 2,7–
8,3 times, humid acids 2,3–12,4 times, and aminoacids up to 11% during transformation of the peat organic matter.
Kasimova L.V., Panov A.N., Sibagatov B.A. THE EFFECT OF LIME ON PROPERTIES OF HIGH-MOOR PEAT
Lime gave the neutral response of conditions in high-moor peat food agent. Storage of the peat food agent accompanied by the mineralization of nitrogen and phosphorus organic matter and by the increase of ammonium nitrogen and
mobile phosphorus content by 57 and 32%, respectively. The content of water-soluble organic matter reached 21% of
the starting peat. Activization of the peat nitrogen and phosphorus was low (2–3% of their general content).
Korovkina N.V., Kutakova N.A., Bogdanovich N.I. EXTRACTS BROWN SEAWEEDS FROM ENRICHMENT
RATION FEED MINERAL SUBSTANCES.
Investigate chemical composition extracts brown seaweeds after spirituous extraction with the purpose of obtaining biological active substances. Obtain results allow draw conclusion possibility them employment in the prophylaxis iodinedefecit.
Efremov A.A., Kondratyuk T.A. ALLOCATION OF PECTINES FROM NONCONVENTIONAL VEGETATIVE RAW MATERIALS AND ITS APPLICATION IN CONFECTIONERY PRODUCTION
Pectines are evolved by acid hydrolysis from a bark of a larch Siberian and its physico-chemical and gelling
properties are investigated.
Savvin P.N., Bolotov V.M. JELLY MARMALADE ANTIOXIDATIC PROPERTIES RESEARCH
The object of our research is total antioxidatic activity of jelly marmalade on citron pectin base, prepared with
the use of different food dyes. The application of concentrated berries extracts as food colours instead of synthetic
ones is shown to increase marmalade antioxidatic activity in 2-3 times
Rogov A.V., Rogov V.A., Stepen R.A. IMPROVEMENT OF AIR ENVIRONMENT OF INDUSTRIAL PREMISES BY GREEN PLANTS
The using of flying connections of pine young-trees is effective for improvement of air environment of industrial
premises. Their activity grows at a combination to air ionization.
Eryomenko V.V., Kormiletz P.P., Vlasenko Z.N., Rudenko A.P. ON THE PROCESS OF DEEP-WATER FLOWPHASE CULTIVATION OF MICROORGANISMS BY
In this work we have carried out the comparative data analysis of the apparatus for deep-water flow-phase cultivation of microorganisms. The distribution of model substrate concentration was studied within the working capacity of rotor helicoidal-type apparatus and standard construction apparatus. Capacitance apparatus provides more uniformly agitation. Moreover, uniform condition can be stated earlier than in standard construction apparatus.
Научное издание
ХИМИЯ
РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
4 • 2008
Зарегистрировано Министерством РФ по делам печати,
телерадиовещания и средств массовых коммуникаций
Свидетельство о регистрации ПИ №77-16614 от 24.10.2003.
Литературный редактор: Л.И. Базина
Издательство Алтайского государственного университета:
656049, Барнаул, пр. Ленина, 61
Изд. лиц. ЛР 020261
Подписано в печать 20.12.2008. Формат 60  84/8. Бумага типографская. Печать офсетная.
Усл. печ. л. 24,1. Тираж 150 экз. Заказ 30
Цена свободная
Типография Алтайского государственного университета :
656049, Барнаул, ул. Димитрова, 66