КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАСТИТЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ

На правах рукописи
Первышина Галина Григорьевна
КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАСТИТЕЛЬНЫХ
РЕСУРСОВ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ
КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ
03 00 16 — экология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора биологических наук
КРАСНОЯРСК-2004
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего
профессионального образования "Красноярский государственный торговоэкономический институт"
Научный консультант доктор химических наук, профессор
Александр Алексеевич Ефремов
Официальные оппоненты:
доктор сельскохозяйственных наук, профессор, академик РАСХН
Николай Александрович Сурин
доктор биологических наук, профессор
Александр Аполлинарьевич Тихомиров
доктор биологических наук, профессор Николай Дмитриевич Сорокин
Ведущая организация Институт леса им. В.Н.Сукачева СО РАН
Защита диссертации состоится " 3 " декабря 2004 года в 9 часов на заседании диссертационного совета Д 220.037.01 при ФГОУ ВПО «Красноярский
государственный аграрный университет» г. Красноярск по адресу: 660049,
г. Красноярск, пр. Мира, 88. Fax: (3912) 27-88-27
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет».
Автореферат разослан
Ученый секретарь диссертационного совета
2004 г.
Полонская Д.Е.
Актуальность проблемы. Современный экологический кризис ставит
под угрозу возможность устойчивого развития человеческой цивилизации.
Дальнейшая деградация природных систем ведет к дестабилизации биосферы, утрате ее целостности и способности поддерживать условия окружающей
среды, необходимые для жизни. Преодоление кризиса возможно только на
основе формирования нового типа взаимоотношений человека и природы,
исключающих возможность разрушения и деградации природной среды.
Устойчивое развитие Красноярского края, высокое качество жизни и
здоровья его населения могут быть обеспечены лишь при условии сохранения природных систем и поддержания соответствующего качества окружающей среды. Основной задачей в указанной сфере является рациональное
использование возобновляемых природных ресурсов, в связи с чем необходимо внедрение комплексного природопользования, включая экологически
обоснованные методы использования лесных ресурсов; а также минимизацию отходов при их добыче и переработке.
Поэтому разработка алгоритмов комплексной переработки растительных ресурсов лесных экосистем Красноярского края позволит как снизить
антропогенную нагрузку на окружающую среду, так и получить продукты, в
состав которых входят ценные биологически активные соединения, и тем самым решить актуальные вопросы обеспечения населения продуктами специального назначения для коррекции питания и здоровья.
Цель - создание экологически безопасных и малоотходных схем комплексной переработки как растительного сырья, так и отходов, образующихся в результате его добычи, позволяющих в едином технологическом цикле
получать продукты пищевого, парфюмерного и технического назначения,
обогащенные биологически активными веществами.
Основные задачи:
• повышение коэффициента использования растительного сырья до 9599%;
• проведение сравнительного анализа количественного и качественного
биохимического состава исследуемого растительного сырья в зависимости от экологических условий его произрастания;
• определение количественного и качественного состава экстрактивных
веществ, извлекаемых из исследуемого растительного сырья экстрагентами различной полярности;
• разработка методов выделения, а также поиск оптимальных условий максимального извлечения и получения отдельных классов биологически активных веществ из исследуемой биомассы.
Научная новизна. Результаты проведенных исследований вносят значительный вклад в решение проблемы рационального использования добытых биологических ресурсов, расположенных на территории Красноярского
края, развитие систем использования вторичных ресурсов, в том числе переработки отходов растительного сырья.
Впервые: предложены комплексные экологически безопасные схемы
малоотходной переработки растительного сырья на основе установления
групп веществ, содержащихся в продуктах экстракции растительной биомассы; установлен качественный и количественный состав основных компонен-
3
тов эфирных масел, содержащихся в рассматриваемом растительном сырье;
разработан метод получения и очистки инулина и стевиозида; исследовано
влияние экологических факторов произрастания на количественное содержание и качественный состав биологически активных веществ растительных
ресурсов лесных экосистем Красноярского края.
Практическая значимость. Полученные в ходе научной работы данные о возможности экологически безопасной комплексной переработки биомассы использованы при создании технологий, направленных на применение
и переработку возобновляемых растительных ресурсов с извлечением нативных биологически активных веществ для пищевой, фармацевтической промышленности и других отраслей народного хозяйства.
Защищаемые положения:
• схемы рационального употребления отходов растительных ресурсов лесных экосистем Красноярского края древесного происхождения;
• возможность комплексного использования биомассы березы повислой недревесного происхождения с получением ряда препаратов медицинского,
пищевого и сельскохозяйственного назначения, обогащенных комплексом
биологически активных веществ;
• основные направления комплексной экологически безопасной малоотходной переработки растительного сырья на основе изучения извлекаемого из
него состава органических и минеральных веществ, находящегося в зависимости от влияния экологического состояния окружающей среды;
Достоверность. Для создания схем экологически безопасной комплексной переработки растительных ресурсов проведены анализы исходного
сырья с использованием современных химических и физико-химических методов: УФ-спектроскопии, газо-жидкостной хроматографии, хромато-массспектроскопии. Значительное внимание уделено усовершенствованию
имеющихся и разработке новых методов анализа и выделения экстрактивных
веществ, инулина, стевиозида, получению с их помощью количественной
информации об исследуемом объекте. Для обработки экспериментальных
данных были применены методы математической статистики, все основные
расчеты выполнены с использованием вычислительной техники.
Работа
выполнена
в
соответствии
с
планами
научноисследовательских работ ГОУ ВПО "Красноярский государственный торгово-экономический институт" по теме "Разработка научных основ комплексного использования дикорастущих и интрадуцированных плодово-ягодных и
орехоплодных растений Сибири и Дальнего Востока с получением ценных
биологически активных веществ и витаминных концентратов для пищевой,
парфюмерной и медицинской промышленности".
Апробация работы. Основное содержание диссертации отражено в 85
публикациях в журналах и сборниках трудов международных, всероссийских
и региональных конференций, симпозиумов и совещаний. Результаты работы
доложены и обсуждены на Всероссийских совещаниях "Лесохимия и органический синтез" (Сыктывкар, 1996 и 1998), International Conference of Natural
Product and Physiologically Active Substances (Новосибирск, 1998), Международных научно-практических конференциях "Химико-лесной комплекс проблемы и решения" (Красноярск, 1999, 2000 и 2002), Всероссийской кон4
ференции "Химия и технология растительных веществ" (Сыктывкар, 2000),
Всероссийской научно-практической конференции с международным участием и выставке «Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов» (Красноярск, 2000), Всероссийской научной конференции с международным участием «Север - человек: проблемы сохранения здоровья»
(Красноярск, 2001), Всероссийской научно-практической конференции
"Проблемы экологии и развития городов" (Красноярск, 2000), 3-й международной научно-практической конференции "Экономика, экология и общество России в 21-м столетии" (Санкт-Петербург, 2001), V Международном
симпозиуме «Биологически активные добавки к пище и проблемы здоровья
семьи» (Красноярск, 2001), Всероссийской научно-практической конференции «Методы ароматерапии в практическом здравоохранении» (Красноярск,
2002), Всероссийском семинаре "Новые достижения в химии и химической
технологии растительного сырья" (Барнаул, 2002), IV Всероссийской конференции с международным участием «Теория и практика коммерческой деятельности» (Красноярск, 2003).
Личный вклад автора. Постановка задачи, проведение, анализ и интерпретация результатов экспериментов, разработка методов выделения индивидуальных веществ принадлежат лично автору, либо проведены с его непосредственным участием.
Структура работы. Диссертационная работа изложена на 330 страницах, включает 88 таблиц и 65 рисунков и состоит из введения, четырех глав,
выводов и списка литературы из 302 библиографических наименований, из
них 96 зарубежных авторов.
Благодарности. Автор благодарен своему научному консультанту
доктору химических наук, профессору Ефремову Александру Алексеевичу и
выражает признательность всем сотрудникам кафедры эколого-химической
экспертизы товаров ГОУ ВПО «Красноярский государственный торговый
институт» за практическую помощь, оказанную на различных этапах исследования.
Глава 1
Состояние изученности проблемы комплексной переработки
растительных ресурсов
Растительное сырье признается в настоящее время перспективным
сырьевым источником для производства различных продуктов многоцелевого назначения. Одним из направлений его использования является комплексная переработка с целью извлечения как высокомолекулярных соединений,
так и экстрактивных веществ, которые сами по себе или после химической
модификации могут быть использованы в народном хозяйстве.
Всестороннее изучение трудов зарубежных и отечественных ученых
показало, что практически все они сосредоточены на проблемах исследования химического состава растительного сырья и выделения, или получения,
на его основе отдельных классов органических веществ, в то время как вопросы рационального использования растительных ресурсов лесных экосистем ими не рассматриваются.
Так, в работах Китано М., Шиллинга В.Л., Леонарда Р.Х., Силбермана
Х.К., Эрби У.А., Далмана Дж., Торреса Дж, Винсенти К., Данлопа А, Рамос5
Родригеса Е., Шаркова В.И., Ишмухамедовой М.С. изложен процесс получения левулиновой кислоты из различных видов растительного сырья недревесного происхождения. Причем, в них практически не представлены данные
по оптимизации процесса получения левулиновой кислоты в зависимости от
его условий: температуры, продолжительности, гидромодуля, используемого
катализатора, а также методы очистки полученного продукта. В то же время
отмечается широкая область ее применения, в частности при создании препаратов медицинского назначения.
Обосновывая схемы комплексной переработки растительного сырья
древесного происхождения, особое внимание необходимо уделить утилизации зеленой части биомассы дерева. К сожалению, в рассмотренных трудах
ставится вопрос только об изучении отдельных компонентов ее биохимического состава. Так, работы Горяева Н.И., Чернобровкиной Н.П., Белувченя
Я.П. посвящены изучению компонентного состава эфирного масла почек березы повислой, произрастающей на территории Европейской части России,
Степеня Р.А. - в Якутии. Липидный состав почек березы повислой подробно
рассмотрен Родионовым B.C., Чернобровкиной Н.П., Кониной Л.В., Ветчинниковой Л.Н., их минеральный состав - Рощиным В.Н. и Ведерниковым Д.Н.
При изучении листьев березы повислой особое внимание уделено тритерпеноидному составу, рассмотренному в трудах Похило Н.Д. и Покушаловой
Т.В. Несмотря на это, комплексного изучения биохимического состава почек
и листьев березы повислой, произрастающей на территории Красноярского
края, проведено не было, что является одной из причин, сдерживающих развитие работ по созданию эффективных технологий их переработки.
Указанные недостатки характерны и для изучения исследователями
растительных ресурсов недревесного происхождения. Так, в работах Бодоева
Н.В., Погореловой О.В., Ткачева А.В., Мутафаевой Н.В. проведено изучение
эфирных масел различных видов полыней, аира, багульника и тысячелистников, однако не представлен полный биохимический состав данного сырья. В
то же время изучение растительных ресурсов такими исследователями, как
Бессонова В.П., Сидорович Е.А., Прохорова Н.В., Моисеенкова В.И., позволяет судить о том, что на физиологическое состояние и химический состав
растений оказывает влияние множество экологических факторов, как природно-климатического, так и антропогенного характера.
В связи с вышесказанным, разработка экологически безопасной комплексной технологии переработки как растительных ресурсов лесных экосистем, так и отходов лесозаготовительной и деревоперерабатывающей промышленности на основе детального изучения их биохимического состава
приобретает актуальное значение.
Глава 2
Объекты и методы исследования
В настоящей работе были исследованы растительные ресурсы, которые
можно подразделить на два типа:
1) ресурсы древесного происхождения, представляющие из себя отходы
лесозаготовительной и деревоперерабатывающей промышленности, химический состав которых представлен в табл. 1;
6
Таблица 1
Химический состав используемой древесины (в % от исходной навески)
Целлюлоза
Гемицеллюлозы с
Древесина
Лигнин Экстрактивуроновыми кислотами
ные вещества
Сосна
13,5
52,2
26,3
7,6
Пихта
50,3
15,4
37,7
6,8
Осина
46,3
24,5
21,8
7,8
Береза
24,0
23,9
48,5
2,5
2)
ресурсы недревесного происхождения. В табл. 2 представлен перечень
изученного растительного сырья, заготавливаемые части и сроки сбора.
Таблица 2
Используемое растительное сырье недревесного происхождения
Растительное сырье
Заготавливаемая часть
Сроки сбора
Лопух большой
Корень
Сентябрь 2001 г.
Кровохлебка лекарственная
Корень с корневищами
Сентябрь 2001 г.
Одуванчик лекарственный
Корень
Сентябрь 2001 г.
Трава
Полынь горькая
Июнь 2001 г.
Корневища
Сентябрь 2001 г.
Аир обыкновенный
Трава
Душица обыкновенная
Август 2001 г.
Тысячелистник обыкновенный Трава
Июль 2001 г.
Соцветия
Июль 2001 г.
Пижма обыкновенная
Багульник болотный
Трава
Август 2001 г.
Ромашка аптечная
Июнь 2001 г.
Цветочные корзинки
Ромашка душистая
Июль 2001 г.
Цветочные корзинки
Береза повислая
Почки
Апрель 2001 г.
Лист
Июль 2001 г.
Данное растительное сырье собиралось в нескольких районах Красноярского края, характеризующихся различной экологической ситуацией. Исходя из данных, представленных в табл. 3, условно за экологически чистую
территорию можно принять Балахтинский район, наиболее неблагоприятна
экологическая ситуация в 30-км зоне г.Красноярска.
Переработку отходов растительного сырья древесного происхождения
осуществляли в статических условиях, высушенное сырье пропитывали водным раствором катализатора из расчета соотношения массы сырья к массе
раствора 1:10, загружали в титановый автоклав и помещали в безградиентную печь, управляемую терморегулятором РИФ-101. После завершения процесса термолиза реактор охлаждался, содержимое фильтровали, осадок промывали небольшими порциями теплой воды с последующим количественным анализом жидкой и твердой фаз на содержание индивидуальных веществ и компоненты древесной биомассы. Выход образующихся веществ и
индивидуальных компонентов в твердых остатках приведен в весовых % от
абсолютно сухой навески исходного сырья.
7
Балахтинский район
Манский район
Уярский район
30-км район г.Красноярска
10240
5976
2197
5241
2673
2474
905
273000
1388
1519
217000
автотранспорт
стационарные источники
всего
Территория, км
2
Таблица 3
Количество выбросов загрязняющих веществ в атмосферу по районам края в
2001 году
Количество загрязняющих
веществ, т
Количество выРайон
бросов,
т/км2
1285
955
905
56000
0,26
0,41
0,41
52,09
Процесс взрывного автогидролиза древесины осуществляли на экспериментальной установке периодического действия в интервале температур
180-240°С, давлении насыщенного пара 12-34 атм. и временах процесса 60300 сек.
/Для выделения экстрактивных веществ из растительного сырья был
использован метод их фракционирования различными растворителями с возрастающей полярностью (диэтиловый эфир, этилацетат, пропанол-2, вода),
который дал возможность определить как общую сумму экстрактивных веществ, содержащихся в растительном сырье, так и количество смолистых
веществ, фенольных и углеводных компонентов в отдельности.
Изучение количественного и качественного состава полученных продуктов осуществлялось с использованием современных химических, спектральных
(УФ-),
хроматографических
(ГЖХ)
методов,
атомноадсорбциоиной спектроскопии, ЯМР-спектроскопии, а также хромато-массспектрометрии и расчетных методов. Значительное внимание было уделено
усовершенствованию известных и разработке новых методов выделения экстрактивных веществ, инулина, стевиозида.
Статистическая обработка полученных данных осуществлялась с помощью программы "Stat", написанной на языке Turbo Pascal. Далее в тексте
данные, выходящие за пределы доверительных интервалов, не приводятся,
поскольку во всех случаях величина стандартной ошибки не превышает 2%
от определяемой величины.
Глава 3
Комплексное использование растительных ресурсов древесного
происхождения лесных экосистем Красноярского края
В данной главе предложены экологически безопасные схемы комплексной переработки отходов растительного сырья, осуществлен подбор
эффективных способов и оптимальных параметров процессов, обеспечивающих максимальный выход ценных органических соединений при сохранении
условия минимизации отходов производства.
8
3.1 Комплексная схема экологически безопасной малоотходной переработки отходов растительного древесного сырья с получением
левулиновой кислоты
Одним из возможных важнейших процессов переработки отходов растительных ресурсов является гидролитическое расщепление древесного сырья в присутствии катализаторов кислотного типа, открывающее возможности получения таких ценных органических соединений, как левоглюкозенон,
гидроксиметилфурфурол, левулиновая кислота и их производные. В настоящей работе предлагается схема экологически безопасной малоотходной их
комплексной переработки, включающая в себя следующие стадии:
/ стадия. Получение левулиновой кислоты, которое осуществляется в
статических условиях в присутствии 5% H2SO4. При изучении процесса было
показано, что существенное влияние на выход левулиновой кислоты из древесины оказывают следующие факторы: температура, продолжительность
процесса и природа используемого катализатора. Однако он практически не
зависит от гидромодуля протекаемого процесса при его изменении в интервале 1:5-1:10. Было установлено, что выявленные закономерности образования левулиновой кислоты характерны для древесины разных пород (пихта,
сосна, осина и береза).
При проведении оптимизации процесса термолиза древесины удалось
повысить выход левулиновой кислоты до 24.5% от веса исходной древесины
при следующих условиях: температура процесса 220°С, продолжительность —
2 часа, процесс осуществляется в среде водяного пара в статическом реакторе
в присутствии 5% H2SO4 (рис.1)..
Рис.1. Влияние температуры и продолжительности процесса на выход
левулиновой
кислоты
при термолизе древесины осины водяным паром в присутствии 5%
H2SO4 (статические условия):
1-210°С,2-220°С;
3-230°С,4-240°С
II стадия. Включает в себя последующие экстракционное извлечение
левулиновой кислоты из полученного водного раствора бутанолом-1 и двукратную вакуумную перегонку, что приводит к получению левулиновой кислоты чистотой 99.6%.
III стадия. Негидролизуемый твердый остаток термолизованной в присутствии 5% H2SO4 древесины, содержащий в основном лигнин, предложено
использовать в качестве исходного материала для получения дешевых активных углей. Выход активных углей при пиролизе таких остатков составляет
10-15% (рис.2).
9
Рис.2. Комплексная схема переработки отходов растительного сырья
древесного происхождения
Рис.3. Схема комплексной малоотходной переработки автогидролизованной
древесины
10
Поскольку в настоящее время при разработке новых технологий переработки растительного сырья большое внимание уделяется методу взрывного
автогидролиза, позволяющему в экологически безвредном процессе разделить лигноцеллюлозное сырьё на основные компоненты: сахара из гемицеллюлоз, низкомолекулярный активированный лигнин и целлюлозный полуфабрикат, была разработана схема получения левулиновой кислоты из целлюлозосодержащего полуфабриката (рис.3). Дополнительно было исследовано влияние условий автогидролиза на выход левулиновой кислоты. Полученные результаты (при температуре процесса 187°С и времени 120 сек выход
левулиновой кислоты составляет 16.8 вес.%, повышение же температуры
процесса взрывного автогидролиза до 240°С при аналогичном времени приводит к его увеличению до 25.7 вес.%) свидетельствуют об увеличении содержания в технической целлюлозе целлюлозы Кюршнера с ужесточением
условий процесса взрывного автогидролиза, что в свою очередь способствует
повышению выхода левулиновой кислоты.
7,4
5,5
10,4
33,4
34,1
26,6
8,4
7,5
витамин С
Зола
2,0
2.0
дубильные вещества
30,7
14,7
Водорастворимые вещества, в том
числе:
9,3
Лигнин
Клетчатка
14,8
Смола и
жирные
кислоты
8,0
Влага
Листья
Почки
Эфирное
масло
Показатели
3.2 Комплексная схема экологически безопасной переработки
растительной биомассы Betula pendula Roth, произрастающей
в Красноярском крае
Комплексная переработка лесных ресурсов предусматривает использование всей биомассы дерева, утилизацию древесных отходов, образующихся
в процессе заготовки древесины и переработки их на лесозаготовительных
предприятиях. В настоящей части работы предложены и обоснованы возможные схемы малоотходной переработки как почек березы повислой, так и
ее листьев.
При изучении биохимического состава почек и листьев березы повислой были установлены вещества, представленные в таблицах 4 и 5. В
табл. 6 приведены данные по количественному составу экстрактивных веществ, извлеченных разными растворителями.
Таблица 4
Химический состав листьев и почек березы повислой
(в% к абс сух веществу)
1,4
0,5
Анализ данных, полученных с помощью УФ-спектроскопии, показал,
что в экстрактах почек березы повислой содержатся такие классы веществ,
как флавоны, флавононы, оксибензойные и оксикоричные кислоты, антоцианы, лейкоантоцианы, катехины, простые фенолы и дубильные вещества.
11
Таблица 5
Содержание минеральных веществ в
почках и листьях березы повислой
Зольность
сырья, %
ПОЧКИ
ЛИСТЬЯ
пдк
2.0
2.0
Содержание минеральных
элементов, мг/100 г
3,86
1,33
Zn
5,0
0,05
0,02
0,05
Рb
578,00
35,00
Mg
86,60
45,67
Na
2,70
1,05
Fe
5,0
4,33
0,70
Сu
577,00
470,80
К
219,48
106,00
Са
0,01
0,004
0,003
Cd
9,03
0,62
Ni
Следы*
Следы 0,0003
As
Следы
Следы
Hg
* - содержание менее 0,0001.
Экстрактивные вещества листьев
березы представлены простыми фенолами, кумаринами, оксибензойными кислотами, флавонами, флавононами, флавонолами, ауронами,
антоцианами,
лейкоантоцианами,
хлорофиллом и другими пигментами. Одни из этих веществ извлекаются водой — простые фенолы, лейкоантоцианы, катехины, дубильные
вещества, другие - органическими
растворителями. Так, при ультразвуковой обработке почек и листьев
березы повислой эфирным маслом
пихты сибирской возможно экстрагирование биологически активных
веществ, причем их концентрация
составила 40,85 и 15,40 мг/мл
соответственно.
Таблица 6
Количественный состав экстрактивных веществ почек и листьев березы
повислой
Выход экстрактивных веществ (% от а.с.н.)
Экстракция
Растворители
диэтиловый
этилацетат
пропанол - 2
вода
эфир
Листья березы повислой
Последовательная
22,8
8,3
0,3
0,3
Исчерпывающая
13,8
13,9
8,3
34,1
Почки березы повислой
Последовательная
24,2
36,7
3,2
6,5
Исчерпывающая
35,7
25,2
36,7
39,5
Поскольку наиболее часто в медицинской промышленности используются водные настои и отвары, их качественный и количественный состав
подвергли более тщательному изучению. Было показано, что полученные
водные экстракты почек и листьев березы повислой содержат значительные
количества витамина С, дубильных и редуцирующих веществ, количество
которых варьируется в зависимости от места произрастания дерева и времени
сбора сырья (табл.7 и 8). Кроме того, существенное влияние на состав экстрактов оказывает способ их получения (табл.9).
12
Таблица 7
Сезонная динамика изменений в листьях и почках березы (п. Толстихино, Уярский район, 2001 год)
Дата
Показатели
сбора
Зола,
ВитаРВ,
Дуб.
%
минС,
вещ-ва,
%
мг%
%
Листья березы
20 мая
4,4
236,6
8,9
1,9
3,4
15 июня
2,0
204,0
7,1
12 июля
2,0
2,3
6,8
119,7
15 авгу2,0
6,0
86,0
1,9
ста
Почки березы
19 марта
2,3
2,3
28,2
1,7
20 апре3,0
34,6
3,2
1,9
ля
10 мая
2,0
4,6
6,0
57,0
Как следует из полученных
данных,
наиболее оптимальным методом извлечения является настаивание,
обеспечивающее
содержание в растворе значительного количества как витамина
С, так и редуцирующих и
дубильных веществ.
Дополнительно
стоит
обратить внимание на содержание в почках березы
повислой, произрастающей
на территории Красноярского края, значительного
количества (до 8%) эфирного масла, выделенного методом гидродистилляции.
Таблица 8
Районная динамика изменения БАВ в листьях и почках березы повислой
Показатель
с. Камарчага,
п. Толстихино,
п. Приморск, БаМанский
Уярский район
лахтинский район
район
Листья березы (месяц сбора- июль 2001 год)
Влага, %
6,0
6,8
5,4
Зола, %
2,0
2,0
2,0
Дуб. вещ.%
2,3
2,3
2,3
РВ, %
7,0
6,8
6,9
142,4
Витамин С, мг%
119,7
139,5
Почки березы (месяц сбора - апрель 2001 г.)
Влага, %
6,5
6,3
6,5
1,8
Зола, %
1,9
1,9
3,0
Дуб. вещ.%
2,8
3,2
3,6
РВ, %
3,8
32,2
Витамин С, мг%
34,6
34,4
При исследовании методом хромато-масс-спектрометрии его количественного и качественного состава было обнаружено 55 компонентов, из которых банк терпеновых углеводородов, имеющийся в Институте органической
химии СО РАН (г. Новосибирск), позволил идентифицировать три: кариофиллен (концентрация 1,4%), кариофиллен- -оксид (8,24%) и гумулен
(1,40%). Физико-химические характеристики исследуемого масла представлены в табл. 10.
13
Таблица 9
Состав водных экстрактов, полученных из листьев и почек березы
(% к абс. сух.сырью)
30 мин 60 мин 90 мин
Показатель
30 мин | 60 мин
90 мин
2 1
1
2 | 1 | 2
2
1
2
1 2
1
Листья березы
Почки березы
Водораствори20,3 22,4 23,3 25,7 25,4 27,0 8,90 14,7 11,1 16,2 13,8 16,7
мые вещества,
в т.ч.:
3,5 4,7 4,1 6,1 5,4 6,7 3,9 6,7
8,0 5,7
9,3
4,8
РВ
витаминС
0,9 0,6 0,7 0,4 0,5 0,2 0,1 0,02 0,06 дубильные
2,0
3,5
1,5
7,3 6,6 9,2 7,9 9,3 8,4 1,3 3,2
4,3
вещества
1 - настаивание, 2 - кипячение.
Таблица 10
Физико-химические характеристики э ф и р н о г о масла, выделенного из
почек березы повислой, произрастающей на территории Красноярского края
3
Кислотное Эфирное
Исследуемое
nd20
тн к ,ос d, г/см
число
число
сырье
1.4997
П о ч к и березы
0.9652
163.12
259.5
2.18
Исходя из достаточно высокой температуры кипения эфирного масла
можно предположить, что в его составе широко представлены сесквитерпеновые углеводороды. Сравнительно высокое значение эфирного числа дает
возможность сделать вывод о высоком содержании эфиров, а, следовательно,
и об его антимикробном действии. Так, согласно литературным данным,
эфирное масло почек березы повислой обладает вирулицидной активностью
в отношении вирусов групп А и В.
Таким образом, на основании проведенных исследований можно предложить схемы экологически чистых вариантов переработки листьев и почек
березы повислой (рис.4 и рис.5), включающих в себя получение ряда компонентов, обладающих биологически активными свойствами.
Комплексная схема переработки почек березы повислой содержит несколько этапов:
• I этап. Получение методом гидродистилляции или отгонкой водяным паром эфирного масла. При этом в качестве отходов производства образуется вода, содержащая микроколичества растворенного в ней эфирного масла (флорентийская вода) и твердый остаток, содержащий комплекс биологически активных веществ.
• II этап. Ультразвуковая экстракция твердого остатка эфирным маслом
пихты сибирской с получением галеновых препаратов.
• Ш этап. Измельчение твердого остатка с получением порошка, используемого в качестве добавки при производстве товаров парфюмернокосметического назначения.
Предлагаемая схема переработки листьев березы повислой предполагает получение таких продуктов, как:
14
Рис.4. Комплексная схема экологически безопасного процесса переработки
почек березы повислой, произрастающей в Красноярском крае
Рис.5. Комплексная схема экологически безопасного процесса переработки листьев березы повислой, произрастающей на территории
Красноярского края
•
водный экстракт листьев березы повислой (содержащий дубильные и редуцирующие вещества, витамин С);
15
• галеновые препараты с концентрацией БАВ (хлорофилл, флавоноиды и
другие классы веществ) до 15 мг/мл;
• органическое удобрение, получаемое после измельчения и компостирования оставшейся твердой части.
Глава 4
Схемы комплексной переработки растительного сырья
недревесного происхождения, произрастающего на территории
Красноярского края
В данной главе предложены экологически безопасные схемы комплексной переработки растительного сырья недревесного происхождения на
основе изучения состава биологически активных веществ ряда лекарственных растений, широко распространенных на территории Сибири, а также исследовано влияние экологического состояния окружающей среды на количественный и качественный состав биологически активных веществ.
4.1 Комплексная переработка дикорастущих лекарственных растений
При анализе полученных экспериментальных данных было отмечено
увеличение суммы экстрагируемых веществ при повышении полярности растворителя, причем зарегистрировано влияние условий произрастания растения на содержание в них физиологически активных веществ. Так, содержание экстрактивных веществ, извлекаемых растворителями различной полярности, в растениях из экологически благополучного (Балахтинского) района
Красноярского края на 5-6% выше, чем в растениях, произрастающих в экологически неблагополучных условиях (рис.6).
Рис. 6. Содержание экстрактивных веществ в исследуемом сырье ( А - собранное
в Балахтинском районе, Б - собранное в 30 км зоне г. Красноярска), извлекаемых
при исчерпывающей экстракции (I - диэтиловый эфир, II - этилацетат, III - изопропиловый спирт, IV - вода) в % от абсолютно сухой навески:
16
Экстрагент
1
Диэтиловый
эфир
Этилацетат
Изопропиловый спирт
Вода
Диэтиловый
эфир
Этилацетат
Изопропиловый спирт
Вода
Таблица 11
Результаты УФ-спектроскопии экстрактов исследуемого сырья
Последовательная экстракция
Исчерпывающая экстракция
Полосы
Пле- Предполагаемые соединения Полосы по- Пле- Предполагаемые соединечо,
глощения,
чо,
ния
поглощенм
нм
нм
ния, нм
4
5
3
2
6
7
Корневища с корнями кровохлебки лекарственной
225
225
Кумарины
Кумарины
276
313
313
276
Флаваноны
Флаваноны
262
Оксибензойные кислоты, фла270
362
270
Флаванолы
воны, флаванолы, изофлавоны
352-365
Флаванолы
265
365
265
364
Флаванолы
Флаванолы
275
320
Флаваноны
355
405
Флаванолы
Катехины, лейкоантоцианы,
277
340 Катехины, лейкоантоцианы
276
415
флаваноны
420
Корни одуванчика лекарственного
312 Оксибензойные
312 Оксибензойные
кислоты,
кислоты,
242
242
414 ксантоны
414 ксантоны
268 Катехины, лейкоантоцианы,
280
268 Катехины, лейкоантоцианы,
280
298 флаваноны
298 флаваноны
315 Флаваноны, катехины, лей275
270-278
Катехины, лейкоантоцианы
405 коантоцианы
282
279
320 Флаваноны
317 Флаваноны
280
265-275
380
312
Флаваноны
Оксибензойные кислоты
277
380
Флаваноны
Окончание табл. 11
1
2
3
Диэтиловый
эфир
225
266
312
Этилацетат
268
262
279
320
Изопропанол
216
288
328
282
277
Вода
5
4
Корни лопуха большого
6
-
Кумарины
Оксибензойные кислоты, флаванолы
Оксибензойные кислоты, флаванолы
225
266
269
315
390
246
327
Кумарины
Флаваноны
Кумарины, флавононы
Флаваноны
284
415
328
247, 270
278, 260
370
Флаваноны
290-315
365
312
-
265, 305
7
Кумарины
Оксибензойные
кислоты,
флаванолы
Простые фенолы, оксибензойные кислоты, флаванолы
Флаваноны
Ауроны
Оксикоричные
кислоты,
флаваноны
Халконы, флаванолы
Таблица 12
Экстракция растительного сырья эфирным маслом пихты сибирской
Соотношение
Концентрация биологически активных веществ в
Используемое растительное сырье
сырье/ экстрагент, г/мл
экстрагенте
Вес.%
Мг/мл
Корень с корневищами кровохлебки
9,7
9,57/100
10,73
лекарственной
Корень лопуха большого
9,44/100
15,8
18,83
Корень одуванчика лекарственного
9,35/100
15,6
18,21
Корзинки лопуха большого
9,94 /130
14,9
16,29
4,8
Листья лопуха большого
9,22 /100
6,37
2,6
Стебли лопуха большого
9,53/100
5,47
Сравнительный анализ продуктов экстракции исследуемого растительного сырья (табл.11) позволяет сделать вывод о том, что экологическая среда
произрастания исследуемых растений не оказывает влияния на качественный
состав экстрактивных веществ, содержащихся в них. В то же время, при исчерпывающей экстракции водой в раствор переходят далеко не все классы
биологически активных соединений. Например, таким полярным растворителем, как эфирное масло пихты сибирской, из растительного сырья извлекается достаточно большое количество биологически активных веществ - от 5 до
19% (табл.12). При анализе полученных УФ-спектров было выявлено, что
основными классами соединений, содержащимися в данном экстракте являются: хлорофиллы, флавоны, флавононы, оксибензойные и оксикоричные
кислоты, антоцианы.
К наиболее доступным биологически активным веществам относятся
дубильные вещества или полифенолы, которые достаточно полно извлекаются с использованием водной экстракции. Динамика извлечения полифенолов из изученного
растительного сырья показала, что для их полного
извлечения достаточно 10-12 часов экстрагирования. За это же время происходит полное извлечение в экстракт таких классов органических соединений,
как сахара (редуцирующие вещества) и витамины, содержание которых в
растительном сырье представлено в табл. 13.
Таблица 13
Состав водорастворимых биологически активных веществ, экстрагируемых
из растительного сырья, произрастающего на территории Красноярского края
Содержание
Исследуемое сырье
Дубильные Витамин
Витамин
Редуцируюв-ва, %
РР, мг/кг
С, мг%
щие в-ва
Корневище с корнями
33,9
250,0
10,9
1,9
кровохлебки лекарственной
33,0
172,0
10,6
Корень лопуха
3,3
большого
Корень
одуванчика
25,2
174,0
8,6
8,1
лекарственного
Сравнительный анализ исследуемого лекарственного сырья, собранного в Балахтинском районе (Красноярский край) и 30-км зоне г. Красноярска,
позволил сделать вывод о том, что загрязнение окружающей среды выбросами предприятий и автотранспорта не оказывает существенного влияния на
количество накапливаемых исследуемыми растениями как редуцирующих
веществ, так и витаминов.
Поскольку одним из наиболее ценных полисахаридов, содержащихся в
подземных частях лопуха большого и одуванчика лекарственного, является
инулин, проводили оценку его содержания в корнях указанного растительного сырья (табл.14). В результате проведенных исследований было установлено, что экологическое состояние окружающей среды не влияет на накопление
инулина в вегетативных органах исследуемых растений.
19
Таблица 14
Количество инулина, извлекаемого из лекарственного сырья
Исследуемое сырье
Среднее содержание Среднее количество
получаемого инулиинулина, % к массе
на, % к массе исходисходного сырья
ного сырья
Корни лопуха большого
38,9
24,3
Корни одуванчика лекарст36,5
18,9
венного
В ходе выполнения данной работы был предложен следующий метод
получения и очистки инулина: измельченные корни лопуха большого или
одуванчика лекарственного подвергают исчерпывающей экстракции горячей
водой с последующим удалением дубильных веществ, препятствующих его
осаждению. Полученный бесцветный раствор обрабатывают 96%-ным этиловым спиртом и осаждают инулин при температурах ниже -10°С. Для очистки
инулин подвергают повторной перекристаллизации. В результате такой процедуры из корней одуванчика лекарственного и лопуха большого выделяется
от 51,8 до 93,9% содержащегося инулина.
Для оценки эколого-химической безопасности исходного растительного сырья, а также различных препаратов, полученных на его основе, был
проведен сравнительный анализ количественного и качественного состава
микро- и макроэлементов растительного сырья, взятого из разных по своему
экологическому благополучию зон. Следует отметить, что для растений, собранных в 30-км зоне г. Красноярска, среднее содержание золы несколько
выше, нежели для растений, произрастающих в экологически благополучном (Балахтинском) районе (табл.15). Кроме того, экологические условия
произрастания дикорастущих растений оказывают существенное влияние на
содержание в них микроэлементов (табл.16 и 17).
Таблица 15
Содержание общей золы в исследуемом лекарственном сырье
Среднее содержание золы (%) в переИсследуемое сырье
счете на сухое вещество в растениях
Балахтинский
30-км зона
г.Красноярска
район
Корневище с корнями кровохлебки ле7,3
7,4
карственной
4,6
Корни одуванчика лекарственного
4,7
Корни лопуха большого
5,2
5,1
Листья лопуха большого
7,0
6,9
6,6
Корзинки лопуха большого
6,6
6,0
6,1
Стебли лопуха большого
20
Таблица 16
Элементный состав лекарственного сырья, собранного в Балахтинском
районе (экологически благополучная зона)
Содержание элементов, мг/кг
Исследуемое сырье
Си
Zn
Pb
Ni
Mn
Fe
Cd
Cr
3,42 18,48 23,58 1,50
Корневища с корнями 4,98 51,18 3,00
0,15
кровохлебки лекарственной
Корни одуванчика ле- 20,40 32,58 4,50
2,16 26,64 28,20 3,00
0,30
карственного
Корни лопуха боль- 9,00 15,06 3,00
0,15
2,16 21,90 297,60 3,00
шого
Листья лопуха боль- 12,00 18,00 4,50
0,15
1,26 53,40 308,40 1,50
шого
0,15
1,50
7,50
40,68 1,50
Стебли лопуха боль- 6,00 18,96 3,00
шого
Корзинка
лопуха 15,60 34,02 3,00
1,26 20,76 60,00 1,50
0,15
большого
Таблица 17
Элементный состав лекарственного сырья, собранного в 30-км зоне
г.Красноярска (экологически неблагополучный район)
Исследуемое сырье
Содержание элементов, мг/кг
Zn
Pb
Ni
Mn
Cr
Си
Cd
Fe
Корневища с корнями 5,01 51,20 3,03 0,17 3,45 18,51 23,61 1,52
кровохлебки
лекарственной
Корни одуванчика ле- 23,54 43,81 4,65 0,38 2,41 35,67 57,14 3,79
карственного
Корни лопуха большого
13,00 35,50 4,44 0,22 2,33 32,00 666,10 3,88
Листья лопуха большого 15,63 37,15 4,92 0,19 1,57 48,34 296,43 1,80
Стебли лопуха большого 12,60 23,00 4,00 0,18 2,76 8,16
68,70 2,18
Корзинка лопуха боль- 19,90 46,80 3,55 0,17 2,61 32,40 75,50 2,04
шого
Таким образом, основными токсикантами среди микроэлементов являются медь, цинк, никель, марганец, железо, хром, свинец и кадмий, причем их содержание в растениях, произрастающих в экологически неблагополучном районе, может превышать допустимые ПДК. Показано, что содержание меди может достигать 4 ПДК, цинка — 8 ПДК, свинца - 9 ПДК, кадмия
- 7 ПДК (содержание ртути и мышьяка составляет менее 0,001 мг/кг и по
этим показателям исследуемое сырье является экологически безопасным).
Поскольку содержание свинца и кадмия в растительном сырье превышает значения ПДК, следует иметь в виду, что данные виды сырья могут ис21
пользоваться в качестве наполнителей и добавок к пищевым продуктам в количествах не более 5-10%, что позволяет снизить концентрации тяжелых металлов до допустимого уровня, указанного в СанПиН 2.3.2.560-96.
На основании проведенных экспериментов получена возможность
предложить комплексную схему безотходной переработки растительного сырья с получением ряда ценных компонентов (рис.7).
Рис.7. Комплексная схема экологически безопасной переработки
инулиноносных растений Красноярского края
При осуществлении предлагаемой нами схемы переработки дикорастущих лекарственных растений Красноярского края можно получить:
• инулин;
• галеновые препараты;
• водные растворы, содержащие биологически активные вещества.
22
4.2 Комплексная переработка эфиромасличных растений
Красноярского края
Цель данной части работы - на основании исследований компонентного состав, изучения физико-химических характеристик эфирных масел, а
также изучения состава экстрактивных и минеральных веществ дикорастущих лекарственных растений, произрастающих на территории Красноярского края, предложить вероятную схему их комплексной малоотходной переработки.
Исследование компонентного состава эфирных масел. Эфирные масла
изучаемых растений, полученные методом гидродистилляции, исследовали
на предмет определения основных физико-химических величин, которые
представлены в табл. 18.
Таблица 18
Физико-химические характеристики эфирных масел
Сод-е
Кислот- ЭфирИсследуемое сырье в сытнк ,°с d, г/см3 ное чис- ное
ло
рье, %
число
Полынь горькая
до 2 1.5021 144.0
0.9486
7.76
110.06
Корень аира обыкно- 4,8
144.28
3.32
1.5019 > 260.0 0.9536
венного
Душица обыкновенная
1,2
1.4935
Тысячелистник обыкно- 0,8
-*
венный
Пижма обыкновенная
0,8
1,4727
Багульник болотный
до 2 1,4813
Ромашка аптечная
0,28 1,5120
Ромашка душистая
0,22 1,3983
* -величины не определялись.
135.0
166.0
0.9369
0.8639
4.54
-*
107.96
129.86
_*
174,5
_*
_*
0,8940
0,9330
0,9621
0,9415
-*
2,23
-*
-*
-*
110,20
-*
-*
Высокое значение эфирного числа свидетельствует о хорошей антимикробной активности эфирных масел.
Компонентный состав экстрактивных веществ эфироносов. Поскольку эфирные масла составляют небольшой процент от общей суммы биологически активных веществ растения, следует рассмотреть возможность последующего извлечения из растительного сырья оставшегося количества БАВ
экстракционными методами. Количественный состав экстрактивных веществ эфироносов, извлекаемых растворителями с различной полярностью,
представлен в табл.19. Качественный состав полученных экстрактов был
изучен с помощью метода УФ-спектроскопии. Дополнительный химический
анализ компонентного состава водорастворимой фракции показал наличиезначительного количества витамина С (сравнимые с содержанием его в смородине и шиповнике). В то же время присутствие редуцирующих и дубильных веществ обуславливает биологическую активность его водных экстрактов (табл.20).
23
Таблица19
Содержание экстрактивных веществ в исследуемом сырье (в % от абсолютно сухой навески)
Трава полыни
горькой
Корень аира
обыкновенного
Соцветия
пижмы
обыкновенной
Трава
тысячелистника
1
2
1
2
1
2
1
2
Диэтило2,3
2,3
14,8
14,8
5,2
5,2
4,6
4,6
вый эфир
Этилацетат
3,2
0,9
17,3
3,2
6,4
1,2
5,6
1,8
Пропанол-2
4,7
1,5
19,1
5,4
7,6
1,3
5,6
4,6
Вода
26,6
22,9
34,7
13,2 40,2 31,8 46,1
35,7
1 - исчерпываюшая экстрак ция. 2 - после доватe льная экстракц ия.
Трава
багульника
болотного
Цветочные
корзинки
ромашки
аптечной
Трава и соцветия
ромашки
душистой
1
17,0
2
17,0
1
1,7
2
1,7
1
2,2
2
2,2
1
9,6
2
9,6
13,5
18,1
21,5
6,1
0?7
18,2
3,8
6,3
31,0
1,9
4,6
27,8
6,6
11,6
48,8
3,9
6,6
37,1
11,9
19,8
60,7
2,2
8,2
39,5
Содержание м:инеральных веществе ис<следуемом сыье [мг/100г)
Zn
Pb
Mg
Na
Fe
Cu
К
Ca
Cd
As
Hg
P
Трава душицы
обыкновенной
Таблица 21
Трава полыни
горькой
Корень аира
обыкновенного
Соцветия пижмы
обыкновенной
Трава
тысячелистника
Трава
багульника
болотного
Цветочные
корзинки ромашки
аптечной
Трава и соцветия
ромашки
душистой
Трава душицы
обыкновенной
3,30
0,28
370,00
138,00
50,00
0,38
2260,25
1040,14
0,001
Следы
Следы
Следы
2,80
0,29
188,00
202,00
79,00
1,30
701,42
710,15
0,001
Следы
Следы
Следы
2,70
0,25
255,00
97,00
18,00
2,80
1780,21
916,25
0,001
Следы
Следы
Следы
7,75
0,45
не опред.
37,58
11,40
1,25
1594,53
996,58
Следы*
Следы
Следы*
Следы
2,30
1,00
не опред.
не опред.
23,58
12,50
не опред.
не опред.
0,001
не опред
2,82
0,02
160,00
87,30
30,94
39,43
715,00
597,20
0,01
Следы
Следы*
Следы
3,00
0,01
125,00
79,65
26,72
28,71
824,56
833,78
0,01
Следы
Следы*
Следы
2,46
0,01
не опред
не опред.
69,48
0,49
не опред.
не опред.
0,01
Следы
Следы*
19,68
• - содержание менее 0,0001.
пдк
5,0
0,05
0,01
0,0003
-
Таблица 20
Компонентный состав водорастворимых веществ
эфиромасличных растений
Содержание ( от а.с.н.)
Исследуемое сырье
Всего во- Витамин РВ, % Дуб. в-ва,
дораств.
С, мг%
%
веществ
Трава багульника болотного
Соцветия пижмы обыкновенной
Трава тысячелистника обыкновенного
Трава душицы обыкновенной
Корень аира обыкновенного
21,5
40,2
46,1
249,0
232,0
287,0
8,3
2,9
21,0
10,6
11,5
17,3
60,7
34,8
179,0
193,0
44,8
13,5
13,5
1,4
Содержание минеральных веществ в растительной биомассе. Рассматривая растительное сырье как естественный источник минеральных
комплексов (макро- и микроэлементов — МЭ), следует иметь в виду, что МЭ
находятся в нем в органически связанной, то есть наиболее доступной и усвояемой форме, а также в наборе, скомпонованном природой. При изучении
качественного и количественного состава микро- и макроэлементов было
Рис.8. Комплексная схема переработки эфиромасличного растительного сырья, распространенного на территории Красноярского края
25
отмечено, что изучаемое сырье обогащено магнием, натрием, калием и кальцием (табл.21), в то же время содержание тяжелых металлов не превышает
значений ПДК. Учитывая, что возможно извлечение содержащихся в растении макро- и микроэлементов в настои и отвары (до 96,67%), а также принимая во внимание сведения об их медицинском назначении, возможно в каждом конкретном случае рассматривать значимость микроэлементов в проявлении специфической фармакологической активности.
На основании вышесказанного можно предложить несколько этапов
переработки эфиромасличных растений, произрастающих в Красноярском
крае (рис.8):
I этап Получение эфирных масел растений методами гидродистилляции или перегонки с паром.
II этап. Приготовление лекарственных форм из растительного сырья,
представляющих собой водную вытяжку, обогащенную как микро- и макроэлементами, так и такими классами соединений, как дубильные и редуцирующие вещества, витамины, гликозиды и т.д.
III этап. Экстракция твердого остатка эфирным маслом пихты сибирской методом ультразвуковой технологии с целью получения ряда галеновых препаратов.
Таким образом, комплексная переработка лекарственных растений
Красноярского края позволила бы получать ценные биологически активные
соединения и тем самым решить вопросы обеспечения населения продуктами
специального назначения для коррекции питания и здоровья.
Практические рекомендации
Схемы комплексного использования растительных ресурсов лесных
экосистем Красноярского края внедрены и используются научнопроизводственной фирмой "Натуральные продукты Красноярья" (г. Красноярск) и научно-производственной фирмой "Натуральные продукты Сибири" (г.Красноярск). На их основе выпускается спектр парфюмернокосметических продуктов серии «Пихтовит» (ТУ 9153-002-10174439-99)
Выводы
1. Предложена комплексная малоотходная экологически безопасная
схема переработки растительного сырья древесного происхождения на основании изученных закономерностей превращения древесины различных пород
в статических условиях в среде водяного пара и присутствии катализаторов
кислотного типа, которая позволяет утилизировать сахара, целлюлозу, лигнин и продукты их превращений с получением ряда ценных органических
соединений и товарных продуктов.
2. На основании установления динамики выделения, качественного и
количественного состава экстрактивных веществ, извлекаемых органическими растворителями с различной полярностью из почек и листьев березы повислой, а также физико-химических характеристик и химического состава
эфирного масла почек березы повислой, произрастающей на территории
Красноярского края, предложена схема их комплексной переработки с полу-
26
чением ряда ценных препаратов медицинского, пищевого и сельскохозяйственного назначения.
3. Определено количество экстрактивных веществ, выделяемых органическими растворителями с различной полярностью из растительного сырья недревесного происхождения. Установлены динамика выделения экстрактивных веществ, а также их индивидуальные классы, содержащиеся в
исследуемых растениях. Проведено изучение влияния экологического состояния окружающей среды на количественное содержание и качественный
состав экстрактивных веществ.
4. Установлено, что содержание инулина в корнях лопуха большого и
одуванчика лекарственного, произрастающих на территории Красноярского
края, лежит в пределах от 36,5 до 39,0%. Разработан метод количественного
выделения и очистки инулина, используя который возможно получать от 19
до 25% чистого инулина. Показано, что экологическое состояние окружающей среды не оказывает влияние на количественное содержание инулина в
исследуемом растительном лекарственном сырье.
5. Определено количественное содержание витаминов С и РР в исследуемом лекарственном сырье. Сравнительный анализ исследуемого сырья,
собранного в экологически благополучном и экологически неблагополучном
районах, показал, что экологическое состояние окружающей среды не оказывает влияние на количественное содержание витаминов С и PP. Полученные
данные говорят о возможности использования данных видов сырья для витаминизации пищевых продуктов и напитков.
6. Предложен метод эффективного извлечения биологически активных
веществ в эфирное масло пихты сибирской - экстракция ультразвуком. С использованием данного метода получены галеновые препараты парфюмернокосметического назначения.
7. Проведен сравнительный анализ сырья из экологически благополучного и экологически неблагополучного района, на основании которого можно сделать следующие выводы:
- зольность сырья, собранного в экологически благополучном районе
несколько ниже, чем сырья из экологически неблагополучного района;
- содержание токсичных элементов, таких как медь, цинк, свинец, кадмий, железо, хром, никель и марганец, значительно ниже в сырье из экологически благополучного района, нежели в сырье, собранном в 30-км зоне
г. Красноярска;
- содержание ртути и мышьяка составляет менее 0,001 мг/кг, и по этим
показателям исследуемое сырье является экологически безопасным.
Полученные данные позволяют в каждом конкретном случае рассматривать значимость микроэлементов в проявлении специфической фармакологической активности. Вместе с тем они позволяют учитывать и потенциальную токсикологическую значимость высоких концентраций минеральных
веществ в указанных формах.
8. На основе проведенных исследований предложены схемы комплексных экологически безопасных малоотходных переработок растительного сы-
27
рья недревесного происхождения, которые позволяют получать ценные биологически активные соединения и тем самым решить вопросы обеспечения
населения продуктами специального назначения для коррекции питания и
здоровья.
Основные материалы диссертации опубликованы в работах:
1. Ефремов, А.А. Термокаталитические превращения древесины и целлюлозы в
присутствии НС1, НВг и H2SO4 в автоклавных условиях в интервале температур 150-250°С / Ефремов А.А., Первыпшна Г.Г., Кузнецов Б.Н. // Химия природных соединений. - 1997. - №1. - С. 107-112.
2. Ефремов, А.А. Получение левулиновой кислоты из отходов растительного
сырья древесного происхождения / Ефремов А.А., Первыпшна Г.Г., Кузнецов
Б.Н. // Химия растительного сырья. -1997. - №2. - С.23-27.
3. Ефремов, А.А. Получение левулиновой кислоты из технической целлюлозы,
выделенной из автогидролизованной древесины различных пород / Ефремов
А.А., Первышина Г.Г., Кузнецов Б.Н. // Химия растительного сырья. - 1997. №3.-С.4-9.
4. Ефремов, А.А. Получение левулиновой кислоты из древесного сырья в присутствии серной кислоты и ее солей / Ефремов А.А., Первышина Г.Г., Кузнецов Б.Н. // Химия природных соединений. -1998. - №2. - С.226-230.
5. Ефремов, А.А. Получение левулиновой кислоты из отходов растительного
сырья в присутствии серной кислоты и ее солей / Ефремов АА., Первышина
Г.Г., Кузнецов Б.Н. // Химия растительного сырья. - 1998. - №1. - С. 11-14.
6. Первьшшна, Г.Г. Получение левулиновой кислоты из лигноцеллюлозного сырья в присутствии катализаторов кислотного типа / Первьшшна Г.Г., Ефремов
А.А. // Химия растительного сырья. -1999. - №4. - С.63-91.
7. Ефремов, А.А. Разработка научных основ комплексного использования дикорастущих растений Сибири и Дальнего Востока с получением биологически
активных препаратов / Ефремов А.А., Первьшшна Г.Г., Кротова И.В. // Химико-лесной комплекс- научное и кадровое обеспечение в XXI веке. Проблемы и
решения: сб. ст. международной научно-практической конференции. - Красноярск, 2000. - С.312-314.
8. Первышина, Г.Г. Комплексное использование Arctium Lappa L. как лекарственного растения / Первышина Г.Г., Гордиенко Г.П., Ефремов А.А. // Химиколесной комплекс- научное и кадровое обеспечение в XXI веке. Проблемы и
решения: сб. ст. международной научно-практической конференции. - Красноярск, 2000. - С.314-316.
9. Первышина, Г.Г. Схема комплексной переработки древесины с получением
готовых продуктов / Первьшшна Г.Г., Ефремов А.А. // Химия растительного
сырья. - 2001. - №4. - С.123-124.
10. Первьшшна, Г.Г. Экологически безопасная комплексная схема утилизации отходов растительного сырья / Первышина Г.Г., Ефремов А.А. // Экономика,
экология и общество России в 21-м столетии: сб.тр. 3-й международной научно-практической конференции. - Санкт-Петербург, 2001. - С.965-966.
11.Ефремов, А.А. Эфирное масло лекарственных растений Сибирского региона физиологические добавки в пищевом рационе человека / Ефремов А.А., Пер28
вышина Г.Г., Гончаров Д.А. // Биологически-активные добавки к пище и проблемы здоровья семьи: сб. материалов V международного симпозиума. Красноярск, 2001. - С. 194-196.
12.Ефремов, А.А. Использование лекарственных растений, произрастающих в
Красноярском крае в качестве пищевых добавок, обогащенных биологически
активными веществами / Ефремов АЛ., Первышина Г.Г., Новожилова Г.А.,
Агафонова Е.А. // Север - человек, проблемы сохранения здоровья: сб. материалов всероссийской конференции с международным участием. - Красноярск, 2001. - С.481-484.
13.Ефремов, А.А. Использование лекарственных растений, произрастающих в
Красноярском крае в качестве пищевых добавок, обогащенных микро- и макроэлементами / Ефремов А.А., Первышина Г.Г., Гордиенко Г.П. // Север - человек, проблемы сохранения здоровья: сб. материалов всероссийской конференции с международным участием - Красноярск, 2001. - С.479-481.
14. Шаталина, Н.В. Содержание некоторых биологически активных веществ в
траве тысячелистника обыкновенного (Achillea Millefolium), произрастающего
в Красноярском крае / Шаталина Н.В., Первышина Г.Г., Ефремов А.А., Гордиенко Г.П., Агафонова Е.А., Гончаров Д.В. // Химия растительного сырья. 2002.-№3.-С.13-16.
15.Первышина, Г.Г. К вопросу о содержании биологически активных веществ
ромашки аптечной (Chamommila Recutita) и ромашки душистой (Chamommila
Suaveolens), произрастающих в Красноярском крае / Первышина Г.Г., Ефремов АА., Гордиенко Г.П., Агафонова Е.А. // Химия растительного сырья. 2002.-№3.-С.21-24.
16. Первышина, Г.Г. К вопросу комплексного изучения березы повислой (Betula
Pendula Roth.), произрастающей в Красноярском крае / Первышина Г.Г., Ефремов А.А., Гордиенко Г.П., Агафонова Е.А., Губанова И.С., Гоголева О.В. //
Химия растительного сырья. - 2002. - №3. - С. 17-20.
17.Ефремов, А.А. Влияние экологических факторов на химический состава некоторых дикорастущих растений Красноярского края / Ефремов А.А., Шаталина
Н.В., Стрижева Е.Н., Первышина Г.Г. // Химия растительного сырья. - 2002. №3. - С.53-56.
18.Ефремов, А.А. Минеральные вещества - основа снижения антропогенного
воздействия окружающей среды на организм человека / Ефремов А.А., Макарова Л.Г., Шаталина Н.В., Первышина Г.Г. // Химия растительного сырья. 2002.-№3.-С.65-68.
19.Ефремов, А.А. Экологические аспекты здорового питания жителей Сибирского региона / Ефремов А.А., Макарова Л.Г., Шаталина Н.В., Первышина Г.Г //
Химия растительного сырья. - 2002. - №3. - С.69-72.
20. Ситничук, И.Ю. Разработка эффективного способа выделения суммы дитерпеновых гликозидов из Stevia Rubaudiana Bertoni / Ситничук И.Ю., Стрижева
Е.Н., Ефремов А.А., Первышина Г.Г. // Химия растительного сырья - 2002. №3. - С.73-76.
21. Ефремов, А.А. Минеральные и экстрактивные вещества листьев и почек березы повислой (Betula pendula Roth), произрастающей в Красноярском крае /
29
Ефремов А.А., Первышина Г.Г., Гордиенко Г.П., Агафонова Е.А., Губанова
И.С., Гоголева О.В. // Новые достижения в химии и химической технологии
растительного сырья: сб. материалов всероссийского семинара. - Барнаул,
2002.-С.148-151.
22.Ефремов, А.А. Получение ароматерапевтических препаратов из дикорастущих
растений Сибирского региона / Ефремов А.А., Алякин А.А., Веретнова О.В.,
Гоголева О.В., Первышина Г.Г. // Методы ароматерапии в практическом здравоохранении: сборник докл. всероссийской научно-практической конференции. - Красноярск, 2002. - С. 10-12.
23.Гоголева, О.В. К вопросу о комплексной переработке лекарственных растений
Красноярского края с использованием ультразвука / Гоголева О.В., Первышина Г.Г., Ефремов А.А. // Химико-лесной комплекс - проблемы и решения: сб.
ст. всероссийской научно-практической конференции. - Красноярск, 2002. т.Ш. - С.49-52.
24. Шаталина, Н.В. Экологические факторы произрастания дикорастущих растений Красноярского края / Шаталина Н.В., Первышина Г.Г., Ефремов АЛ. II
Молодежь и химия: сб. материалов международной научной конференции. Красноярск, 2002. - С.314-316.
25. Губанова, И.С. Экстрактивные и минеральные вещества соцветий пижмы
обыкновенной (Tanacetum boreale) I Губанова И.С., Первышина Г.Г., Ефремов
А.А., Веретнова О.В., Гордиенко Г.П., Алякин А.А. // Вестник Красноярского
государственного университета. - 2004. - №2. - С.4-7.
26. Первышина, Г.Г. Комплексная переработка биомассы березы повислой (Betula
pendula Roth.) с получением продуктов технического и парфюмернокосметического назначения / Первышина Г.Г., Ефремов А.А., Гоголева О.В. //
Экономика, психология, бизнес. - 2004. - №4. - С.54-60.
Санитарно-эпидемиологическое заключение №24.49.04.953.П. 000381.09.03 от 25.09.2003 г.
Подписано в печать 11.10.2004 г. Формат 60x84/16. Бумага тип. № 1.
Офсетная печать. Объем 2,0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 1902
Издательский центр
Красноярского государственного аграрного университета
660017, Красноярск, ул. Ленина, 117
30