close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

bd000103392

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Фаустова
Наталья Михайловна
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ К О Р Ы И ДРЕВЕСИНЫ ОСИНЫ
POPVLUS TREMVLA L.
05.21.03. - Технология и оборудование химической переработки биомассы
дерева; химия древесины.
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата химических наук
Санкт-Петербург 2005
m)Q-4
Ha правах рукописи
Фаустова
Наталья Михайловна
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ К О Р Ы И ДРЕВЕСИНЫ ОСИНЫ
POPVLUS TREMVLA L.
05.21.03. - Технология и оборудование химической переработки биомассы
дерева; химия древесины.
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата химических наук
Санкт-Петербург 2005
S^'b^H-f^
Работа выполнена на кафедре органической химии Санкт-Петербургской
государственной лесотехнической академии им. С М . Кирова.
Научный руководитель:
доктор химических наук, профессор
Дейнеко Иван Павлович
Официальные оппоненты:
доктор химических наук, профессор
Рощин Виктор Иванович;
кандидат технических наук,
старший научный сотрудник
Некрасова Валерия Борисовна
Архангельский госуд^ственный
технический университет
Ведущая организация:
Зашита состоится
диссертационного
29
декабря
совета
2005 г. в «/3~»
Д212.220.01
в
часов на заседании
Санкт-Петербургской
госуд^ственной лесотехнической академии им. С М . Кирова по ащ)есу:
194021, г. Санкт-Петербург, Институтский пер., д. 5
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургской
госуд^ственной лесотехнической академии.
Автореферат разослан «2Aj> ноября 2005 г.
Ученый секретарь диссертационного совета (2р1ЛР)'У^>^—Калинин Н.Н.
О Б Щ А Я ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.
Актуальность темы.
Комплексная переработка февесины невозможна без утилизации коры:,
являющейся
многотоннажньпм
и
малоиспользуемым
отходом
дерввоперерабатывающих предприятий. Особого внимания заслуживают
быстрорастущие ;!февесные породы, к которым относится осина (Populus
tremula L.). Несмотря на многочисленные исследования, особенности
химического состава корки и луба, а также биологическая активность
экстрактов являются недостаточно изученными, что сдерживает разработку
технологий по комплексной переработке всей биомассы дерева. Поэтому
более углублешгое изучение химического состава коры не теряет своей
актуальности и в настоящее время.
Псль и задачи исследования. Сравнительное изучение химического
состава корки, луба и древесины осины, охфеделение биологической
активности липофильных и сшфторастворимых веществ.
Основные задачи работьт;
- Установить особенности элементного и группового химического
состава корки, луба и древесины осины.
- Исследовать
компонентный
состав
липофильных
и
спирторастворимых веществ корки и луба осины.
- Ощжделигъ
биологическую
активность
основных
групп
экстрактивных веществ.
Научная новизна. Установлено, что основная часть азота корки и луба
входит в состав полимерных структурных соединений (64 - 65%), частично
извлекаемых водным раствором щелочи (37-38%). Существенные отличия
между коркой и лубом обнаружены в растворимости фосфорсодержащих
веществ: примерно половина всего фосфора луба входит в состав
водорастворимых веществ, в корке - в состав щелочерастворимых и
структурных компонентов. Наибольшее содержание всех групп
экстрактивных веществ, за исключением воска, характерно для луба. В
спиртовых экстрактах обнаружены соединения неизвестного ранее для
осины типа флавонотадов - изофлавоны, один из них идентифицирован в
лубе как 5,7-дигидрокси-4'-метоксиизофлавон. Впервые в корке и лубе
осины найдены 7-метиловый и 4',7-диметйловый эфиры нефингенина, а
также этиловый эфир 4-гилроксикоричной кислоты. Показано, что для
экстрактов луба характерно ббльшее
соддаБаниВ—ашфзтических
И ) С HAUMOHAJibH^ КИБЛМОТ f.KA
.
i-nS^i'
аминокислот, для экстрактов корки
- соматических аминокислот
(фенилаланииа и тирозина).
Практическая ценность. Липофильные соединения коры осины,
обладающие высокой антибактериальной активностью против Streptococcus
pneumoniae, можно рекомевдовать для создания медицинских препаратов.
На основе спщггорастворимых кислот и водорастворимых экстрактов луба
целесообразно создание стимуляторов роста растений.
Апробадяя работы. Основные результаты рабопн опробованы па 8
конференциях: 12* International Symposium on Wood and Pulping Chemistry
(Madison, 2003), Междунгфодной молодежной конференции «Экология
2003» (Архангельск, 2003), 11-ном национальном конгрессе по болезням
органов дыхания (Москва, 2001), Научно^ехнических конференциях
Санкт-Петербургской лесотехнической академии (2001, 2002 и 2004 гг),
Шестой и Седьмой Санкт-Петербургской ассамблеях молодых ученых и
специалистов (2001, 2002). Работа поддержана персональным грантом
(стипендией) 2002 года для студентов, асш^антов, молодых ученых СанктПетербурга ( N М02-3.8К-10) и стипендией Немецкой службы
академических обменов (DAAD) (N 331 4 03 003).
Дубликапяи. По теме имеется 5 публикаций.
Структура и объем днсссртапни. Диссертация изложена на ^i^i'страницах
машинописно1-о текста и состоит из введения, 3 разделов, общих выводов,
заключения, списка литературы (136 наименований), приложения на/^стр.
Диссертация содержит 13 рисунков и 57 таблиц.
Положения, выносимые на защиту.
1. Элементный и групповой
химический состав корки, луба и
древесины осины.
2. Компонентный состав этанольного и 2-пропанольного экстрактов
корки и луба осины.
3. Антибактериальная активность липидов и рострегулирующие
свойства водорастворимых веществ.
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.
Во введении обоснована актуальность темы диссертации.
В первой главе диссертации представлены литературные данные по
анатомическому и химическому составу коры и ^февесины осины.
Во ВТОРОЙ главе описаны методы проведения эксперимента.
■i.'
-
~ fj' .
'аГ
*
Для исследований использовали корку, луб и древесину осины
зеленокорой Popuhis tremula L, заготовленную в Ленинградской обл в
начале июля 1999 года во Всеволожском лесхозе (дерево 1) и в конце июня
2001 года на территории Кавголовского лесопарка (деревья 2 и 3). Образцы
были отобраны на уровне 0,5 м от поверхности почвы. Возраст деревьев около 60 лет, высота -21м, диаметр комля 0,27 - 0,35 м
Экстракцию петролейным и диэтиловым эфиром, а также 93%-ным
этанолом проводили в аппарате Сокслета. Экстракцию 2-пропанолом,
холодной водой и 2 %-ным водным раствором муравьиной кислоты (для
выделения пектиновых веществ) проводили методом настаивания до
обесцвечивания растворителя (рис. 1). В твердом остатке после удаления
экстрактивных веществ определяли содержание лигнина и целлюлозы.
После каждой стадии экстракции в твердом остатке определяли
содержание азота и фосфора.
Исходный образец
Зола, элементный состав
Экстракция петролейным эфиром
Твердый остаток
1.
Липиды 1
1.
Воск
Экстракция диэтиловым эфиром
Липиды II
Экстракция 2-пропанолом
Твердый остаток
2-пропанольный
экстракт
Вещества,
растворимые в
этаноле
Экстракция 93% этанолом
Этанольный экстракт
Экстракция холодной водой (при t "^С)
Твердый остаток
Водорастворимые вещества
Экстракция 2%-ным раствором муравьиной кислоты
Твердый остаток
Экстракт муравьиной кислоты
Рис. 1 Схема определения группового химического состава образцов.
Спиртовые экстракты корки и луба фракциотфовали в соответствии со
схемой на рис 2. Для выделения кислот I этилацетатный раствор
обрабатывали раствором ЫаНСОз, далее для выделения фенолов I I - 5%-
ным раствором NaOH. Оставшиеся в этилацетате соедашения «нейтральные» вещества Ш .
Разделение водорастворимой части проводили с использованием
капюнита КУ-2 и анионита ЭД-10П. Для изучения состава выделенных
фракций
использовали
методы
хромато-масс-спектрометрии,
высокоэффективной жидкостной хроматографии, Я М Р ( " С и 'Н),
пиролитической хромато-масс-спектрометрии. Состав углеводов в виде
боратных комплексов изучали методом анионообменной хроматографии.
Определение аминокислот проводили с помопЦ|Ю метода кшгаллярного
электрофореза.
Этанолыолй или 2-пропанольный экстракты
Разбавление водой сиропообразного экстракта
Эшпацетатный
L
экстракт
Кислоты!
Г
Нейтральные
вещества Ш
Фенолы П
Водный раствор
Экстракция зтиладетатом'
Обра(•кз
тка катионвтом
'
1
Азотсодержащие
вещества I V
Водорастворимые
кислоты V
V
Водорастворимые
соедннения
Обработка анвоншом
Водорастворимые
«вейтральные» вещества V I
Рис. 2. Схема разделения спирторастворимых веществ.
В третьей главе приводятся и обсуждаются результаты экспериментов.
Элементный состав корки, луба и древесины осины.
Отфеделение массового соотношения отдельных частей ствола показало,
что доля коры в комле спелого дерева составляет 13 - 16%, в том числе
8,3% корки и 6,3% луба. Приведенные в табл. 1 данные по элементному
составу образцов демонстрируют, что наибольшее содержание азота и
фосфора харяккрпо для тканей флоэмы.
Распределение азота и фосфора в различных группах экстрактивных
веществ представлено в табл. 2.
Таблица 1
Часть спола
Углерод
Ко|яса
52 ±2
Луб
46,8 ±0,3
Древесина
45,8 ±0,3
Прю«ечание: % а.с. сьц&я- %
„
, .^ — _.
Водород
Азот
Фосфор
6.04±0,06
0,47±0,1
0,0151
5,6±0,3
0,бЗ±0,15
0,071±0.016
5,8± 0,2
0,17±0,04
0,008±0.002
от абсолютно сухого скфьа
Кислород
41,4
46,9
48,2
Таблица 2.
Содержание азота и фосфора в различных группах экстрактивных веществ.
Vaemopmesa,
ПетролейнЕдй эфир
Этанол
Горячая вода
1 % раствор NaOH
Остаток
Корка
Азот, % O T N Фосфор, % от Р
исх. сырья
исх. сьцх>я
13.8
10.4
17,0
21,4
3,5
12.1
38,3
35.2
27,4
20,9
Луб
A30T,%OTN
исх. сырья
21,4
7.1
8,3
35.9
27,3
Фосфор, % от
Рисх. сырья
16.4
16.5
48,9
8,5
9,7
В липидах флоэмы сосредоточена примерно пятая часть азота и фосфора.
Из корки петрол^ным эфиром извлекается в 1,5 раза меньше
азотсодержащих компонентов, а этанолом в 2 раза больше, чем из луба.
Наибольшее содержание азотсодержащих веществ хгфактерно для
щелочерасгворимых экстрактов обеих частей коры. Доля «структурных
белков» в корке и лубе составляет около трети от их суммарного
количества.
Основная доля фосфорсодержащих соединений луба растворима в воде.
Корка содержит ббльшуго часть фосфора в виде нераствс^имых солей
(56%), кот<фые под действием щелочи частично превращаются в
водорастворимые натриевые соли (35,2%).
В отдельных частях ствола осины, кроме биогенных элементов,
идентифицировано 28 элементов периодической системы. На рис. 3 и 4
представлено
усредненное
содержание
незаменимых
макрои
ми1фоэлемеш'ов.
Суммгфное количество элементов в лубе (15,0 -19,3 г/кг) выше, чем в
корке (6,03 -10,3 г/кг) в 2 - 2,5 раза и в щ)евесине (1,83 - 2,03 г/кг) в 8 - 10
раз.
Для луба характерно наибольшее содержание макроэлементов (Са, Mg и К )
и тех элементов, которые принимают ^асгие в азотном, фосфорном и
углеводном обмене (Мп, Zn, Со). В корке выше содержание Fe, V, Си,
12000
"ГОШ"
loooo
К
Са
I Корка DJIv6 ■Древесина
Mg
Ва
ГЛ о »Л
— Оч г^
О >в чс
Fe
Мп
г^ г- q»
оч*^»^
Na
Zn
Рис 3 Содержание макро- и микроэлементов в отдельных частях
ствола осины, мг/кг
углеводном обмене (Мп, Zn, Со). В корке выше содержание Fe, V, Си,
в древесине - Сг, а также
Si, активирующего поглощение фосфора из
почвы и удобрений.
Относительное содержание элементов (% от суммы) в древесине имеет
ряд отличительных особенностей; в ней выше доля калия (39%), натрия
(5%) и железа (4%) по сравнению с коркой (24%, 1 % и 2%, соответственно)
и лубом (28%, 0,5% и 1 % , соответственно).
Обращает
на
себя
■ Корка
ПЛуб
■ Древесина внимание
сравнительно
высокое
содержание
бария в корке и лубе
осины, не относящегося
vO,
к группе необходимых
элементов.
Возможно, в
■-р. (м,".* ооНЧ -Г—(м ■*°°-м
силу особенностей своего
химизма, осина является
Si
Ni
Си
Сг
Со
в
концентратором
этого
Рис 4 Содержание микроэлементов в корке,
лубе и древесине осины, мг/кг
элемента.
Химический состав корки, луба и древесины осины.
Кора отличается от древесины большим разнообразием как
составляющих ее клеток, так и входящих в нее eeuiecTB.
Представленные в табл. 3 данные показывают существенные отличия в
химическом составе корки, луба и древесины.
Флоэма содержит большее количество всех групп экстрактивных
веществ,
за
исключением
воска,
древесина
наименьшее.
Спирторастворимые
компоненты
являются
основной
группой
экстрактивных вещеиз луба. В корке и древесине гфеобладают
высокомолекулярные
фенольные
соединения
и
гемицеллюлозы,
извлекаемые водными растворами щелочей.
Таблица 3.
Групповой химический состав корки, луба и древесины осины.
% о т а . с. сырья
Фракция
1. Вещества, экстрапфуемые ПЭ, из них
- Лгашды!
-Воск
2. Вещества, экстрга-ируемые ДЭ, из них
- Лшщды П (рас1во1Яшыс в ДЭ)
- Растворимые в этаноле
3. Этаяольный экстракт (после п. 1)
4. Вещества, растворимые в горячей воде
(после пп. 1,3), в том числе
- моносахариды
- полисахариды
5. 2-Щх>панольный экстракт (после п.1)
Корка
Луб
Древесина
3,71
2,01 ±0,09
l,70±0v45
0,57
0412±0,08
0,052±0.020
10,6 ±0,1
0,55
±0,01
20,4+4,1
4,67
4у43±0,87
0Д4±0,04
12,6
8,9+0,3
3,7+0,5
31,5+3,6
4,8 ±0,8
6,0 ±0,65
1,7ЙЮД4
0,54...0,81
0.64... 1Д2
9Д±0,4
0,68...0,91
2,49...2,66
21,7 ±0Д
0,16...0,3б
0,22...0Д9
ил
3,15±0Д1
-
6. Вещества, растворимые в холодной воде
(после пп. 1,5)
4Д±0,3
11.5 ±0.5
"•
7. Вещества, растворимые в 2 % муравьиной
кислоте (после п. 1, 5,6)
8. Щелочерастворимые вещества
(после пп. 1,3,4)
9. Целлюлоза (после пп. 1,3,4,8)
10. Лигнин общий (после пп 1,3,4,8)
3,4 ±0.2
3,4 ±0.3
-
24,9 ±1^
26,6+4,6
15,1±0,7
15^ +1,7
16,1 ±03
9,14
233
7,6
±1,3
21^±2^
- Лигнин Класона
1,5 ±0,3
1^4 ±0,12
- Кислоторастворимый лигнин
И. Зола
2,29±в,4
3,58±0,3
Примечание: П Э - петролейный эфир, ДЭ - диэтиловый эфир
52,1 ±0,4
18,9
14,1 ±0,5
4,8+0,3
0,91+0,3
Применение диэтилового эфира для обессмоливания сьфья приводит к
извлечению части спирторастворимых соединений, причем в лубе их
количество составляет 30% от экстракта.
Содержание целлюлозы в древесине в 4 раза больше, чем в корке и лубе.
Для тканей корки характерно наибольшее количество лигнина Класона;
наименее
лигнифицированными
являются
ткани
луба.
Доля
кислоторастворимого лигнина возрастает от корки к древесине в 4 раза (от
6,4% до 25% от общего лигнина). После щелочной обработки древесины
происходит снижение содержания лигнина Класона и кислоторастворимого
лигнинл.
10
2%-ноЙ муравьии(й кислотой из ригадома ъ флоэмы выделили
одинаковое количество веществ, содержание пектовой кислоты в когфых
составило 2,6% и 3,5% от экстракта, соответственно. Основными
продуктами пщ>олиза этого экстракта являются метанол (8 и 9% от
суммфной площади пиков), фенол (0,7 и 1,2%), 4-винилфенол (2 и 4%) и
щюдукгы термического распада углеводов.
В составе яипидов I в ритидоме доля неомыляемых соединений
(З4...36% от экстракта) выше в 1,5 - 2 раза по сравнению со флоэмой
(16...21%). В составе жирных кислот луба ицешифнцЕ^нжана 21 кислота
С12-С28, включая кислоты с нечетным числом атомов углерода. Свободные
кислоты луба являются, в основном, нвщ)едельными соединениями,
кислоты Сц составляют 30 - 39% от фракции кислот или 500...600 мг (здесь
и далее на 100 г а.с.сырья). В корке 1фео6ладают насыщенные кислоты:
бегеновая (25,4 мг), лнгноцериновая (25,2 мг) и церотиновая (20,5 мг).
Основными кислотами, входящими в состав сложных эфиров корки и луба,
являются пальмитиновая (41,5 и 140 мг, соответственно) и ненасыщенные
кислоты Ci8 (47 и 50 мг, соответственно). Общее содержание кислот с
нечетным числом атомов углерода в лубе (164 мг) выше, чем корке ( 64
мг) в 2,5 раза. Обн^ужение кислот Си - С25 указывает на
функционщ>ование в осине систем а-окисления лшщдов. |3-Сиюстерив
(15,3% от фракции неомыляемых) и церотиновый спщгг (10,8%) являются
одними из основных компонентов неомыляемых веществ луба, в корке это спирты Сго-Сгв (39%).
Состав спиртовых экстрактов корки н луба оснвы.
Представленные в табл. 4 данные показывают, что большая часть
компонентов сшфтовых экстрактов растворима в этилацетате. Этанолом
экстрагируется в среднем в 1,5 раза меньше кислот I и фенолов П и в 2 раза
больше водорастворимых кислот V и «нейтральных веществ» V I по
сравнению с 2-пропанолом. 2-Пропанолом ювлекается в 2-4 раза больше
азотсодержащих соединений IV.
Состав этилацетатных фракций спиртовых экстрактов корки и луба
В состав свободных спирторастворимых кислот корки и луба (табл. 5)
входят гнгфокси>производные бензойной, коричной и фенилуксусной
кислот,
имеющие
заместители во
2-, 4-, 2,4-
и
3,4-положениях
ефоматического дара. Доминирующими компонентами являются бензойная,
п-кумй^вая и кофейная кислоты.
11
Образец
Групповой состав спиртовых экстрактов корки и
Выход экстракта
Этилацетатная
фракция
I. Кислоты
П. Фенолы
Ш. Нейтральные
Водораство{»1мые
вещества
rv. Азотсодержа1Цие
V. Кислоты
VI. «Нейтральные»
Сорбированные на
катиошпе
Осадок
Потери
N
Экстракт корки
2-ПропаЭтанольный
нольный
%т
%от
%от
%от
а.с.к
экст.
экст.
а.с.к.
17,7
100
100
9,2
61,5
65,9
10,9
6,06
Экстракт луба
Этанольный
2-Пропанольный
%от
%от
%от
%от
экст. а.с.л. экст.
а.с.л.
100
28,7
100
21.7
53,4
11,6
22.4
21,0
8,18
33,6
3,96
3,72
1,45
5,95
23,8
22,1
17,4
33,4
2,19
2,03
1,60
3,07
15,9
21,0
12,3
36,0
4,56
6,03
3,53
10,3
20,4
18,5
6,83
26,3
4,43
4,01
1,48
5,71
2,03
12,0
15,7
0,36
2,12
2,78
13Д
13,2
6,9
1^1
U1
0,63
2,49
13,7
17,0
0,71
3,93
4,88
1,42
9^0
12.1
0,31
2,00
2,63
-
-
-
-
0.06
0,02
3,74
0,81
6,1
12,2
1,08
0,36
3,0
0,07
9,8
7,8
2,81
2Д4
0,5
27.3
0,11
5,9
2,2
0Д5
Основные кислоты этилацетатной фракции с п и р т о в ы х
мг/ЮОг а. с. экстракта
Натвание соединения
Бензойная
2-Гидроксибензойная
4- Метоксибензойная
4-Гидроксибензойная
З-метокси-4-гидроксибензойная
3,4 -Дигидроксибеязойная
4-ГидроксифенилуксусЕая
f-4-Гидроксикоричная
Z^-Гидроксикоричная
2-3-метокси-4-гидроксикоричная
2-3,4-дигидроксвкоричная
Этиловый эфир 4-гидроксикоричной
кислоты
13 2-Метил-3-мбтокси-4-гидроксикоричная
(+ 2-метил-3,4-дигидроксшсоричная)
Сумв<а идентифицированных кислот
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
И
12
Таблица 4.
луба осины.
2-11рошивольный
экст ракг
Корка
Луб
1042
3812
93,0
18J
28,3
45.7
146
46,6
19,0
Таблица 5
экстрактов,
Этано пьный
экст ракт
Ко|жа
Луб
1741
1061
173
108
558
76,7
165
147
364
15,9
119
41,5
104
2763
157
10,7
95,5
2786
3,82
242
10,8
203
5,96
80,9
13.5
53.0
2522
22,7
162.6
30.6
12,2
470
42.9
122
3174
8315
7104
6498
3U
58,4
1237
10,5
119
670
73,2
551
74Д
12
Содержание гидроксифенилуксусных кислот выше в 2-пропанольном
и этанольном экстрактах корки (85 и 165 мг (здесь и далее на 100 г
экстракта), соответственно) по сравнению с лубом (66 мг и 18 мг).
В экстрактах корки и луба идентифицировали около 30 одноатомных
фенолов, составляющих примерно 10% и 30% от фракции фенольных
соединений, соответственно (табл. 6).
Таблшщб
Фенольные соединения этилацетатной фракции спиртовых экстрактов,
мг/100 г ас. эксгракга
N
Название соединения
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
1 Д-Циклогександиол
Бензиловый спирт
Фенол
п-Крезол
3-{2-Гидроксифенил)-бутан-2-он
4-Винилфенол
2-Метокси-4-винилфенол
2,6-Диме10кси-4-вш]илфенол
Пирокатехин
2-гидроксибензиловый спирт
4-Бутилфенол
Изомер З-метоксипирокатехина
2-аллил-4-мвтилфеиол
1-гидроксн-2-(3-метокси-4-гидроксифенил)этан
Сумма
Этанольный
экстракт
Ко|жа
Луб
2.27
2,21
48.8
140
33,3 J 94,3
2-Пропавольный
экст ракг
Корка
Луб
185
120
152
102
-
46.3
17,4
12.5
3,42
0,68
59,0
71,8
5,09
279
.
27,9
.
-
613
225
242
515
107
6,19
139
35,8
.
-
54.5__
381
10,9
3.07
16,5
63,1
30,4
3,79
28.3
11.1
153
140
131
ил
8,90
28,7
2,12
19,36
14,3
714
1970
501
901
8,84
Корка содержит больше соединений 23, 25 и 26. В отличие от внешней
части
коры
только
пропшшврокатехин
в
(12,0
экстрактах
мг),
флоэмы
были
3,5-диметоксифенол
обнаружены
(1,2
мг),
2-
метилгцгфохинон (2,0 мг) и 3-(2-гидроксифенил)-бутан-2-он.
В составе нейтральных веществ Ш присутствуют коричные спирты,
простые и сложные метиловые и этиловые эфиры различных спиртов и
кислот, а также кум'^ин 35, впервые найденный в коре осины (табл. 7).
Появление
этиловых эфиров 12, 28, 29, 32 связано, вероятно, с
воздействием этилирующих ферментов микроорганизмов на токсичные для
них соединения.
В
составе
спирторастворимых
веществ
идентифицированы
ароматические альдегиды и кетоны. Их суммарное количество в корке (180
13
мг) выше, чем в
лубе (100 мг). Только в экстрактах корки были
обнаружены такие соединения как изованилин и 3,4-диметоксикоричный
альдегид.
Таблица 7
Нейтральные вещества спиртовых экстрактов, мг/100 г абс сух, экстракта
N
Название соединения
2-пропанольный
экстракт
Корка
Луб
5,63
21,2
27
Метилбензоат
28
Эгалбензоат
5,23
29
30
31
32
33
34
35
(2-гидроксифенил)-мети'1эти.човый эфир
Коричный спирт
Ацетат коричного спирта
1 -этокси-4-винилбензол
Конифериловый спирт
3,4-дигидро-2Н-1 -6ензопиран-2-он
240
298
7,8-дигидрокси-кумарин (дафнетин)
Сумма
В
этилацетатной
части
.
99,7
10,9
30,1
12,2
45,3
5,23
-
8,88
1,37
-
2,21
656
спиртовых
идентифицировано 9 флавоноидов (табл. 8).
N
2,05
153
экстрактов
Этанольный
экстракт
Корка
Луб
13,3
6,76
1,26
3,79
251
633
7,37
0,83
3,69
1,23
29,4
289
746
коры
осины
36 5-Гидрокси-4',7-диметоксифлаванон
37 4',5-Дигидрокси-7-метоксифлаванон
Экстракт
2-Пропанола
Корка
4,42
339
Луб
3,74
447
-
8,52
7,58
-
1,52
Флавоноцды спиртовых экстрактов корки и луба осины
(этилацетатная фракция), мг/100 г а с.экстракта
Название соединения
-
Таблица 8
Этанольный
экстракт
Корка
Луб
5,74
2,75
578
312
(сакуранетин)
15,0
_ 45.3
38 Флавоноид (MW330)
399 ^'10Г~
44,3
39 2'-Гидрокси-4,4',6'-триметоксихапкон
129
0,82
32,9
0,46
40 2'-Гидрокси-4,4',(6)-триметоксихалкон
1599
1416
1149
2652
41 4',5,7-Тригидроксифлаванон (нарингенин)
2,09
3,28
42 4',5,7-Тригидроксифлавон (апигенин)
0,26
43 3,5,7-тригидроксифлавонол (галантин)
0,118
44 5,7-дигидрокси-4'-метоксиизофлавон
(биоханин А )
2140
2229
1537
3369
Сумма
Примечания" 1) Флаваноиды, выделенные курсивом, найдены в продуктах
метилирования фракции кислот и фенолов 2) Многоточие обозначает присутствие
соединения в образце в следовых количествах 3) Соединение 40 идентифицировано в 2пропанольном экстракте луба во фракции фенолов после метилирования и в составе
недериватизированных фенольных соединений этанольного экстракта
14
R=H, Ri-*2=OCH3,4',7-ДИмегаловый эфир
нарингенина (36)
R » H , Ri=OH, R 2 O C H 3 - сакуранетан (37)
R=H, Ri=R2=0H - горингенин (41)
R-Ri=R2=OCH3, - (3'), 4', 7-триметокси-5-гидроксифлаваяоя (триметиловый эфир эриодиктиола) (38)
ОСНз
НэСО
он
VY4>^"
Ьн
(39), (40)
о
(^^
Ri=H, R K X ; H 3 2'-гидрокси-4,4',б'-триметокся!алкон (39)
Ri=0CH3,R=H, 2'-гидрокси-4,4',(6)-триметоксихалкон (40)
5,7-дигидрО!Сси-4'-метоксиизофпавон (44)
Основными флавоноидами корки и луба являются н^ингенин и его 7метиловый эфир сакуранетин, содержащиеся в большем количестве в
тканях флоэмы. Впервые в составе спиртовых экстрактов корки и луба
осины были найдены соединения 36, 37, 44 и флавоноиды, относящиеся к
типу халконов 39 в 40.
Строение флавоноида 40 предложено по наличию в масс-спектре этого
соединения ряда хгфактеристичных ионов: m/z (I, % ) 330 (20), 207 (44), 193
(17), 166 (10), 167 (12), 164 (58), 151 (100), 149 (24).
В составе фенолов присутствуют флавоноиды, относящиеся, в
основном, к типу флаванонов и флаванонолов, и их гликозиды. На основе
соотношения оптических плотностей идентифшцфованы также хризин (5,7дигидроксифлавон) и акацетин (5,7-дигидрокси-4'-мстоксифлавон).
В состав корки и луба входят три гоофлавона, один из которых
идентифицирован как биоханин А 26. Сведения о биосинтезе юофлавояов в
коре осине в литературе отсутствуют.
Состав водг^астворимой части спиртовых экстрактов коры осины.
Состав водорасгворвмых кислот V представлен в табл. 9. Кроме
приведенных компонентов, в спиртовых экстрактах луба была
идентифицирована 3,4-дигидроксифенилпропановая кислота (8,2 мг).
15
Таблица 9
Состав фракции водорастворимых кислот V спиртовых экстрактов
корки и луба осины, мг/100 г а.с. экстр.
2-Г1^панольный
экстракт
Корка
Луб
Название соединений
281
Ациклические кислоты, в т.ч.
47.2-ГидрокСи-2-метилпропавовая
4S. ПЬцювиноградная
49. (З)-Гидроксибутановая
50. З-Гилрокси-2-метилглутаровая
S 1 . Глюкуроновая
97,7
134
4,38
-
21,4
102
Гидроксибензойные кислоты (сумма)
Гидроксикоричные кислоты (сумма)
Ароматические соединения, в том числе.
52.1,2-Дигидрокси-4-винилбензол
53.3,4-Дигидрокайензальдегид
54.3,4-Дигидроксиацетофенон
55.1-<3,4-Дигидроксифенил)-прошт-2-оя
56. Производные си1жнголз
12,7
384
257
16,5
-
16,1
49,6
Фракцию водорастворвмых «нейтряльных
углеводы
и
гликозиды
(табл.
10),
агликоны
102
-
41,3
4,94
6,12
Этанольный
экстракт
Корка
Луб
39,5
334
15,4
следы
72,8
12,7
63,3
2,61
47,6
7,21
130
327
457
79,6
69,3
14,4
12,3
20,9
937
1383
770
201
58,0
8,28
20,7
150
веществ»
которых
66,8
42,1
77,8
123
10,9
4,36
5,08
составляют
представлены
фенольными соединениями, причем гликозиды флавоноидов присутствуют
в нез1шчш:ельных количествах.
Таблица 10
Фенолгликозиды корки и луба осины, мг/100 г а.с. экстракта.
Этанольный
2-1]^панольяый
Структура
Название
ясстракт
экстракт
Корка
Луб
Корка J M _
CHjOH
Салицин
CHjOH
он
X—\
(2-гидрокси2,31
3810
3018
3344
метилфенил-P-Dглюкопвранозид)
Рутин
(3,3',4',5,7пентагвдроксифлавон3-1уутинозид)
7,26
3,06
O-CiaHjjOp
П о результатам пиролитической хроматографии ^юматическая часть
исследуемого экстракта представлена Ъ основном структурами фенола и
гваякола В экстрактах корки почти не содержится производных сирингола
16
Одним из основных компонентов водорастворимых «нейтральных
веществ» является гликозил силиции (табл. 10), В следовых количествах в
экстрактах луба найден рутин.
Для изучения состава углеводов и агликонов водорастворимые
«нейтралы1ые» вещества V I гидролизовали в смеси 2 М водный раствор
CF3COOH ■ метанол (1:1), а фракцию 6 этанольного экстракта луба также в
присутствии серной кислоты.
На рис. 5 представлен состав агликонов. Содержание агликонов
составляет 1,1-3,0% от экстракта. В следовых количествах найден
флавоноид, на основе масс-спектра которого предположили, что он
является халконом сакуранетина (21 б', 4 -тригидрокси-4'-метокси!салкон).
с, мг/ЮО г
экстракт
i
Рис. S Состав агликонов водорастворимых "нейтральных веществ" в
составе спиртовых экстрактов.
Примечание столбцы 1 и 2 - данные для 2-пропанольных экстрактов корки и луба,
соответственно, столбцы 3 и 4 - данные д л * зтанольных экстрактов корки и луба .
Основными моносахаридами, входящими в состав спиртовых экстрактов,
являются глюкоза и фруктоза (табл. 11). Отличительной особенностью 2пропанольного экстракта луба является отсутствие арабинозы. В экстрактах
корки выше доля глюкозы в мономерной форме.
В
составе спиртовых экстрактов коры осины определено общее
содержание 18 протенногенных аминокислот. Содержание основных
аминокислот представлено в табл. 12.
Из корки осины извлекается спиртами в 3 раза меньше аминокислот,
чем из луба.
17
у
т
Таблица 11.
Состав углеводов во фракции водорастворимых «нейтральных веществ»,
мг/100 г а. с. экстракта
Углевод
Этанольный экстракт
2-Г^панольный экстракт
Корка
Мон. Пол.1
47,6
-
Арабиноза
Галактоза
39
Глюкоза
1118
Ксилоза
Манноза
.
Рамноза
67
Фруктоза
386
Примечание. М о н
и олигосахарвдов,
Моа
.
.
27,2
13,0
-
7,5
13.3
66
595
31
Луб
Пол.1
■
2,5
1404
22,8
-
133
Кошса
Мон.
Пол.1
78,7
-
Мон.
2496
.
-
852
-
-
85
19
73
12,1
77
Луб
73,1
Пол.1
97,1
14,0
11,9
35,3
58
122
-
930
-
Пол П
194
12,0
3677
44,2
112
445
1115
1146
427
- моносахариды, «Пол. I» - углеводы, входящие в состав гликозидов
гидролизуемых CF3COOH, «Пол.П» - серной кислотой
Таблица 12
Состав спирторастворимых протеиногенных аминокислот коры осины,
мг /100 г а. с. экстракта
Названне соединения
2-Гфопанольиый
экстракт
Ко|яса
Луб
<4.62
2.58
3,07
<3,30
2,50
2,38
<3,30
6,04
2,64
15,84
2,17
<4,62
1,95
<4,62
<4,62
1^9
1,79
<13Д
0.880
<4,62
31,9
<110
Эганольный
экстракт
Ко1Яса
Луб
1. Алании
1.42
3,49
<0,5
3,14
2. Аспарагин + Аспарагиновая кислота
3. Глицин
2,44
3,98
<0,5
5,15
4 Глутамин + Глугаминовая кислота
5. Лейцин+ Изолейцин
0,71
3,06
6. Метиоюш
0,32
1.07
7. Серии
1,40
2,99
8. Тирозин
2,52
2,32
9. Треошш
2,03
2,17
10. Фенилаланин
<0,87
здз
22,8
37,5
Сумма (18 кислот)
Примечание; 1 Триптофан и гостин не определяли. 2. Для анализа общего содержания
аминокислот использовали кислотный гидролиз белков.
В экстрактах коры выше доля соматических аминокислот 8 и 10, в
экстрактах луба - алифатических 2 и 4. Содержание аргинина, пролина.
гистидина, валина и лизина меньше 2 мг во всех образцах.
Протеиногенные аминокислоты не являются основными ковилоненгами
сшфторастворимых азотсодержащих веществ и составляют в среднем 1,5 2,5% от фракции.
18
В
последнем
разделе
приведены
результаты
биологической активности экстракгнвньи веществ.
определения
Липиды I и липиды П корки и луба проявляют
высокую
антибактериальную активность в отношении Streptococcus pneumoniae и
Haemophilus influenzae, вызывая при этом 100% гибель клеток.
Минимальная подавляющая концентрация для S. pneumonfai составила 0,5
- SO мг/мл дня липидов Т и
0,0005 - 0,5 мг/мл для ляпидов П в
зависимости от штамма бактерий. Для подавления роста Н. influenzae
необходимы более концентрированные растворы этих экстрактов от 28 до
50 мг/мл. St^hylococcus aureus устойчив по отношению к липидам.
Воздействие температуры, минеральньлх кислот и щелочей на лшшды I, а
также длительное хранение штаммов в холодильнике снижает
антибактериальную активность исследованных экстрактов.
Липиды П и фракция фенольных соединений П корки проявляют
бактерицидную активность в отношении фитопатогенных бактерий Bacillus
subtilis, Eschericliia coli, Clavibacter m.s. michiganensis, Xanthomonas
compestris. Антибактериальный эффект против В. subtilis проявляется при
использовании растворов с концентрацией 1 мг/мл, против других бактерий
-10 мг/мл.
Суммщ)ные 2-1фопанолъные экстракты корки и луба в интервале
концентраций от 10 до 10"* мг/мл ингибщ)уют рост корней пшеницы.
Кислоты 1 корки и луба при использовании растворов с концентрацией от
0,1 до 10^ мг/мл оказывают ростстимулирующий эффект (прирост длины
корней на 30 - 50% и 20 - 80%, соответственно, по сравнению с контролем).
Стимулирующий эффект водорастворимого экстракта корки наблюдается
при концентрации растворов 10"'^ мг/мл, а экстракта луба -10"' - 10'* мг/мл
(хтрирост корней на 20 - 30%)
Вьлводы.
1. Луб содержит наибольшее, древесина - наименьшее количество
экстрактивных веществ. Преобладающими экстрактивными веществами в
тщпае (25%) и древесине (15%) являются щелочерастворимые компоненты,
в лубе - спирторастворимые вещества (32%). Степень лигнификации луба
(9%) существенно ниже, чем корки (23%).
2. Наибольшее содержание биогенных (N, Р), макро- (К, Са и др.) и
микроэлементов (Мп, Zn, Со, В ) характерно для флоэмы. Основная часть
азота в корке и лубе входит в состав щелочерастворнмых и
структурообразуюп]:их полимеров. Фосфорсодержащие соединения корки, в
19
отличие от луба, малорастворимы в воде, но извлекаются водным
щелочным раствором. Распределение макро- и микроэлементов в корке,
лубе и древесине отражает их физиологические фувкциа
3. Липиды коры осины представлены главным образом высшими жирными
кислотами: в корке - насыщенными, в лубе - нeнacьш^eнными.
Обнаружение кислот с нечетным числом атомов углерода (Cis - Си)
указывает на функционирование в осине систем а-окисления.
4. Основными компонентами спщгговых экстрактов корки и луба осины
являются растворимые в этилацетате гидроксил- и карбоксилсодержащие
соединения. Установлено строение и определено количественное
содержание около 100 ароматических соединений, относящихся к
разлнчнвал классам органических веществ (кислоты, альдегиды, кетоны,
сложные и простые эфщ)ы), в том числе 9 флавоноидов. Больотанство
соединений имйот замещение в п-положении бензольного кольца. Для
ксфки хгфакт^)ны соединения на основе структуры гваякола, а также
ббльшее содержание веществ Сб-Сг-ряда В лубе найдено повышенное
содержание компонентов с заместителями в орто-положении бензольного
кольца. Выяснены количественные отличия в составе углеводов и
протеиногенных аминокислот в водорастворимой части корки и луба
5. Наиболее эффективным бактерицидным действием, сравнимым с
действием антибиотиков, обладают экстракты диэтилового эфира корки и
луба; для полярных соединений (спирторастворимых свободных кислот и
водорастворимых веществ) в зависимости от концентрации характерно
стимул1фующее или ивгиб;щ)ующее рост растений действие.
Освоввое содержание диссертация изложено в следующих работах:
1. Deineko LP., Faustova N.M. The chemical composition of aspen bark. //12""
International 8утро81шп on Wood and Pulping Chanistry, June 9-12,2003, HI Madison, 2003. - P . 189 -191
2. Фаустова H.M. Сравнение химического состава коры и древесины осины
(Populus tremula L.) и ивы пятитычинковой (Salix pentadra L.) // Экология
2003: Тезисы международной молодежной конференции.- Архангельск:
ИЭПС УрО РАН, 2003. - С. 103.
3. Фаустова Н.М. Химический состав частей корки и луба осины (Populus
tremula L.) // Седьмая Санкт-Петербургская ассамблея молодапс ученых и
специалистов. - СПб.: Изд-во С-Пехерб. Ун-та, 2002. - С. 97
20
4. Фаустова Н.М. Хтшческий состав корки и луба осины (Populus Iremula
L.). // Шестая Санкт-Петербургская ассамблея молодых ученых и
спещгалистов. - СПб.; Изд-во С-Пегерб. Ун^а, 2001. - С. 79
5. Фаустова М.Е., Фаустова Н.М,, Дейнеко И.П. Бактерицидная активность
прешфатов го коры осины.//11-ный нщиональный конгресс по болезням
органов дыхания. Москва, 9-13 ноября 2001: тез. докл. - Москва, 2001 - С.
157.
Приглашаем пригоггь участие в работе диссертационного совета Д.212.220.01 юш
прислать Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными
подписями по адресу: 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер. 5, СПбГЛТА,
Ученый Совет
ФАУСТОВА НАТАЛЬЯ МИХАЙЛОВНА
АВТОРЕФЕРАТ
Подписана в печать с с^шгинал-макета tr.11.05.
Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная
УЧ.-ИЗД. л. 1,0. Печл. 1Д5. Тираж 100 экз. %исаз№ 285. С 20л.
Санкт-Петербургская государственная лесотехническая аюдемия
Издательско-полвграфический отдел СпбГЛТА
194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 3
18 23 07$
РНБ Русский фонд
2006-4
24740
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
5
Размер файла
912 Кб
Теги
bd000103392
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа