автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.03, диссертация на тему:Липиды хвойных растений семейства PINACEAE

РГ6 0/1 2 3 ШОП 1997

На правах рукописи

РУБЧЕВСКАЯ Людмила Петровна

ЛИПИДЫ ХВОЙНЫХ РАСТЕНИЙ СЕМЕЙСТВА РГЫАСЕАЕ

05.21.03. - Технология и оборудование химической переработки древесины; химия древесины

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук

Красноярск 1997

Работа выполнена в Красноярской государственной технологической академии.

Официальные оппоненты:

- доктор химических наук, профессор Рощин В.И.;

- доктор биологических наук, профессор Судачкова Н.Е.;

- доктор технических наук, профессор Чиркина Т.Ф.

Ведущая организация - Уральская государственная лесотехническая академия

Защита состоится 19 июня 1997 г. в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д 063.83.01 в Красноярской государственной технологической академии но адресу: 660049, г. Красноярск, пр. Мира, 82.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями просим присылать ученому секретарю диссертационного совета Д 063.83.01.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Красноярской государственной технологической академии. Афтореферат разослан мая 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат химических наук, доцент

^^Мг/^Е-В.Исаева

(Р'

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

Экономическое значение хвойных связано с использованием их древесины и экстрактивных веществ, представляющих собой исключительно ценный материал для лесоперерабатывающей промышленности. Продуктивность хвойных во многом определяется интенсивностью биосинтеза элементов растительных клеток. Липидам в этих процессах отводится особая роль. Будучи обязательными компонентами клеточных мембран, ли-пиды определяют их структуру, функции и выступают в качестве основных регуляторов обмена веществ в растительных клетках. Кроме того, липиды выполняют и роль "депо" энергии.

Несмотря на многочисленные работы в области биохимии и физиологии древесных растений, липидный обмен хвойных изучен ограниченно. Между тем, исследование метаболизма лигшдов в связи с онтогенезом растений крайне важно, так как в конечном итоге позволит разработать методы регуляции синтеза биомассы хвойных растений.

Проведение работ по изучению липидов тканей хвойных растений имеет и другой важный аспект, связанный с промышленной переработкой хвойного сырья. Будучи природными биологически активными веществами, липиды хвойных используются недостаточно. Слабая изученность их химического состава сдерживает разработку наукоемкость технологий. На современном этапе развития науки и техники предусматривается широкое внедрение прогрессивных технологий, одной из которых является безотходная химическая переработка всей биомассы дерева. Успехи химии природных соединений и развитие биотехнологии за последние десятилетия открыли широкие возможности для использования препаратов липидов во многих областях медицины, ветеринарии, пищевой, парфюмерно-косметической промышленности.

Огромное экономическое значение хвойных растений и недостаточная изученность липидных компонентов, во многом ответственных за продуктивность хвойных растений и в то же время представляющих большой практический интерес для лесохимических производств, определяют актуальность настоящих исследований.

Исследования выполнялись в соответствии с планом НИР Красноярской государственной технологической академии и входили в координационный план АН СССР "Химия древесины и ее основных компонентов" координационный план Минвуза СССР "Восстановление и рационально« использование лесных ресурсов", НТП Миннауки РФ "Комплексное использование и воспроизводство древесного сырья", НТП Министерств* общего и профессионального образования РФ "Переработка растительного сырья и утилизация отходов", НТП "Поддержка малого предпринимательства и новых экономических структур в науке и научном обслуживании высшей школы", НТП "Наукоемкие химические технологии", НТЕ "Биотехнология", Региональную НТП "Экология, новые технологии и материалы".

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ

Изучить закономерности варьирования липидов в фитомассе opranoi хвойных растений сем, Pinaceae ( лиственницы сибирской, пихты сибирской, сосны обыкновенной, сосны сибирской, ели сибирской ) в ходе онтогенеза и определить возможности реализации полученных результатов Hi практике.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Изучить содержание и состав липидов тканей ствола ( камбиаль ной зоны, луба ) и древесной зелени ( хвои, побегов ) Larix sibirica Ledb Выявить доминирующие направления метаболизма липидов в этих тканя? в ходе онтогенеза дерева.

2. Исследовать содержание и состав липидов в древесной зелени Abie; sibirica Ledb., Pinus sylvestris L., Pirius sibirica R.Mayr, Picea obovata L. i

различные периоды годового цикла. Изучить состав липидов семян Pinus sibirica R. Mayr.

3. Исследовать процесс экстрагирования отдельных групп липидов из древесной зелени различными по полярности экстрагентами, установить влияние условий экстракции на состав полученных продуктов.

4. Изучить влияние способа подготовки и температурных условий экстракции семян Pinus sibirica R.Mayr на свойства полученного из них кедрового масла.

5. Обосновать возможности и пути промышленного использования результатов исследований.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

Впервые создано новое направление в химии экстрактивных веществ хвойных растений - химия липидов. Осуществлены систематические исследования содержания и состава липидов глицеролового типа ( ацилглице-ролов, фосфо- и пгаколипидов ) и неглицеролового типа ( восков, свободных жирных кислот ) в различных анатомических частях лиственницы сибирской в годовом цикле. Определены доминирующие направления в метаболизме липидов в тканях лиственницы в ходе онтогенеза. Предложена классификация липидов хвойных растений с учетом специфики их состава. Проведены углубленные исследования состава восков, стеринов, фосфоли-пидов древесной зелени Pinus sibirica R. Mayr, Pinus sylvestris L., Abies sibirica Ledb., Picea obovata L. и семян Pinus Sidirica R. Mayr. Расширены и углублены сведения об экстракции липидов из древесной зелени хвойных и семян сосны сибирской.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ

Закономерности изменения содержания и состава липидов тканей лиственницы сибирской в ходе онтогенеза могут быть использованы при создании общей теории ксилогенеза хвойных.

Предложены новые направления в переработке липидов хвойных растений с получением новых продуктов: кедрового масла из семян сосны

сибирской, концентратов липидов из древесной зелени сжиженными углеводородами, концентратов стеринов из древесной зелени хвойных и отходов переработки семян сосны сибирской.

Разработана научно-техническая документация на технологию и технические условия на кедровое масло, которые переданы в Комитет по лесу Республики Тыва для внедрения. Разработаны схемы получения концентратов липидов из древесной зелени сжиженными углеводородами и концентратов стеринов из древесной зелени и отходов переработки семян сосны сибирской, успешно опробованные в промышленных условиях.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Основные положения диссертации представлялись на конференциях и симпозиумах - Всероссийской конференции "Проблемы физиологии и биохимии древесных растений" (Красноярск, 1982); Всесоюзной конференции "Химия и использование экстрактивных веществ древесины" ( Горький, 1982 ); IV Международном симпозиуме "Фундаментальные исследования в области комплексного использования древесины" ( Рига, 1982 ); Всесоюзной конференции "Экстрактивные вещества древесных растений" ( Новосибирск, 1986 ); XIV Международном конгрессе по биохимии (Будапешт, 1988 ); Международном симпозиуме ЮФРО ( Рига, 1989 ); Всесоюзной конференции "Химия и использование экстрактивных веществ дерева" (Горький, ¡990 ); Межреспубликанском семинаре "Исследования в области химии древесины"(Рига, 1991); Региональной конференции "Рациональное использование природных ресурсов Сибири" ( Томск, 1989); Международном симпозиуме "Строение, гидролиз и биотехнология растительной биомассы" ( С-Петербург, 1992 ); Совещании республик Средней Азии и Казахстана по химическим реактивам ( Ташкент, 1990 ); Российской научно-практической конференции "Проблемы увеличения использования вторичных ресурсов и рационального применения отходов в целлюлозно-бумажной, деревообрабатывающей и лесохимической промышленности" (Москва, 1993 ); Всероссийской конференции "Биологически активные сое-

динения: способы получения, промышленный синтез и применение" ( Пенза, 1995 ); Международной конференции ( Луизиана, 1994 ); Международном симпозиуме ЮФРО ( Красноярск, 1996 ); Международной инвестиционной конференции "Красноярскому краю - 60 лет" ( Красноярск, 1994 ); Международной инвестиционной конференции "Инвестиционные проекты Нижнего Приангарья и Красноярского края" ( Красноярск, 1996) и др.

ПУБЛИКАЦИИ

По теме диссертации опубликовано более 60 работ, получено 2 патента, опубликовано учебное пособие.

СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ

Диссертация изложена на 431 страницах машинописного текста, состоит из введения, семи глав, выводов, списка используемой литературы (437 наименований ) и приложения, включающего акты испытаний и внедрения.

1. СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ СОСТАВА И ПЕРЕРАБОТКИ ЛИПИДОВ БИОМАССЫ ХВОЙНЫХ

Начало систематических исследований липидов хвойных растений положено в начале тридцатых годов и связано с организацией производств по переработке древесной зелени. Именно поэтому в настоящее время наиболее изученными группами липидов древесной зелени являются хвойные эфирные масла, пигменты, жирорастворимые витамины. Сведения о липи-дах глицеролового типа немногочисленны и не позволяют судить о тонкой структуре этих веществ.

Липиды тканей ствола ( камбиальная зона, лубяная ткань ) изучены еще в меньшей степени. Приведенная в литературе информация о содержании в них липидов чаще всего касается количественных изменений суммарных липидов под действием внешних факторов. Сведения об изменении их индивидуального состава в аналогичных условиях весьма скудны и касаются лишь состава их жирных кислот.

Подобный пробел имеет место и в химии липидов семян хвойных. Таким образом, анализ литературных источников позволяет констатировать , что недостаточная изученность состава липидов различных тканей хвойных ( древесной зелени, камбиальной и лубяной ткани, семян ) и их изменений под действием эколого-биологических факторов тормозит развитие представлений о метаболизме липидов хвойных растений в ходе их онтогенеза, а следовательно, и затрудняет создание единой теории кси-логенеза хвойных.

Слабая изученность химического состава липидов хвойного сырья сдерживает разработку наукоемких технологий, позволяющих увеличить ассортимент продуктов из биомассы хвойных за счет более полного использования липидных компонентов. Все это ставит задачу провения ряда различных по характеру и методам исследований, позволяющих получить сведения обо всех затронутых аспектах проблемы.

2. МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ В работе обобщены результаты исследований, проводимых с 1977 по 1994 годы. В виду отсутствия в настоящее время в химии древесины единого мнения о классификации липидов хвойных растений в работе предложен новый подход к решению этого вопроса, позволяющий классифицировать все органорастворимые вещества тканей хвойных с учетом специфики их состава ( Рис. 1 ). Изучался химический состав липидов глицеролового и неглицеролового типов различных тканей хвойных растений и продуктов, полученных на их основе. Объектом изучения служили различные виды хвойных, произрастающих в Сибири.

Модельные деревья для отбора проб растительный ткани подбирали в естественных древостоях. Для выбора опытных участков и отбора модельных деревьев использовали обычные методы, принятые в лесовосста-новительных и лесотаксационных исследованиях. Основная часть исследований, касающихся метаболизма липидов в тканях хвойных в ходе онтоге-

КЛАССИФИКАЦИЯ ЛИПИДОВ ТКАНЕЙ ХВОЙНЫХ РАСТЕНИЙ

Рис. 1.

неза дерева выполнена на деревьях лиственницы сибирской (.Larix sibirica Ledb.). Ряд сравнительных исследований содержания и состава липидов древесной зелени зимнезеленых хвойных провели на модельных деревьях пихты сибирской ( Abies sibirica Ldb.), сосны обыкновенной ( Pinus sylvestris L.), сосны сибирской ( Pinus sibirica R. Mayr ), ели сибирской (Picea obovata L.).

Изучение химического состава липидов различных тканей хвойных растений проводили по единой схеме, составленной на основании предварительного изучения пригодности отдельных методов для исследования.

Для разделения отдельных групп соединений применяли различные физико-химические методы, преимущественно тонкослойную, элюентнуто и газожидкостную хроматографии. Кроме того, для идентификации использовали спектроскопические методы. Позиционно-типовой и позици-онно-видовой составы липидов глицеролового типа ( фосфолипидов и ацилглицеролов ) были определены с использованием метода ферментативного гидролиза.

Разработку предложений по использованию липидов хвойного сырья проводили на основе опытов по экстрагированию, которые осуществляли на полупромышленных установках. В работе дано описание этих установок. Для экстракции использовали древесную зелень, измельченную до размера частиц 5-10 мм. В диссертации приведена характеристика полученных продуктов.

3. ЛИПИДЫ ЛИСТВЕННИЦЫ СИБИРСКОЙ (Larix Sibirica Ledb.)

Среди хвойных растений сем. Pinaceae особое место занимает лиственница сибирская. Благодаря сезонному появлению хвои, лиственница сибирская является наиболее удобным объектом для изучения метаболизма липидов в тканях хвойных в связи с онтогенезом дерева.

Исследовали содержание и состав липидов в камбиальной зоне, лубе, древесной зелени.

ЛИПИДЫ ГЛИЦЕРОЛОВОГО ТИПА

В работе изучены ацилглицеролы, глико- и фосфолипиды тканей лиственницы. Приведенные результаты являются средними за трехлетний период исследования. Во всех исследуемых тканях ацилглицеролы присутствуют в виде moho-, ди- и триацилглицеролов.

В камбиальной зоне содержание ацилглицеролов в ходе годового цикла изменяется в пределах 0,65 - 2,43 % с максимумом в июне (2,43 % ) и минимумом в октябре ( 0,65 % ). В период покоя количество ацилглицеролов вновь увеличивается и остается без изменения до весны (март - 0,85 %). Триацилглицеролы составляют основную массу ацилглицеролов в течение всего годового цикла. Их наибольшее количество содержится в камбиальной зоне в апреле ( 1,98 % ), а наименьшее в сентябре ( 0, 34 % ). Содержание моио- и диацилглицеролов в период вегетации также повышено (Рис.2).

Соотношение моноацилглицеролы (МАГ): диацилглицеролы (ДАГ): триацилглицеролы (ТАГ) в течение годового цикла меняется. Даже в период ноябрь - февраль, когда суммарное количество ацилглицеролов в камбиальной зоне постоянно, указанное соотношение изменяется, что свидетельствует об их превращении в камбиальной зоне в течение всего годового цикла. В составе ДАГ в ходе годового цикла преобладают 1,2(2,3) - изомеры. В то же время соотношение 1(3) МАГ : 2МАГ непостоянно. В период вегетации содержание 1 (З)-МАГ превышает количество 2-МАГ. С наступлением покоя эта зависимость меняется. Содержание ацилглицеролов непостоянно и по высоте ствола дерева. Результаты исследований показали, что независимо от возраста растений распределение ацилглицеролов в камбиальной зоне лиственницы по высоте ствола имеет идентичный характер с максимумом у вершины ствола и минимумом в его середине.

■ 2,8

* 2,0

« > "

аз

§ 1,2

| 0 *, 8 ш

5 0,4 о

О

12 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Месяцы

г

р -

/ / / / / / / / / / /

7 / / / / / | -

- у / / \ \ / е; / / / / / / / / / / Я / / 5 : 1 1 -

- Р / /

Месяцы

Рис. 2 Годичная динамика содержания ацилглицеролов в камбиальной зоне лиственницы сибирской И триацилглицерояы ^ суммарные ацилглицеролы

^ моноацилглицеролы КЗ дйацилглицеролы

Количество ацилглицеролов в лубе лиственницы в .течение года составляет в пределах от 0,19 до 1,43 %. Как и в камбиальной зоне ТАГ составляют основную массу ацилглицеролов. Характер годичной динамики МАГ, ДАГ, ТАГ в лубе идентичен. Для всех трех компонентов, а также для суммы ацилглицеролов минимум приходится на период вегетации ( апрель - май ), а максимум - на период нокоя ( ноябрь ). В составе ДАГ в течение всего годового цикла превалирует 1,2 (2,3) - изомеры. Для МАГ характерно повышенное содержание 1 (3) - изомеров в период накопления ацилглицеролов ( июнь-ноябрь ) и увеличение количества 2-МАГ при уменьшении содержания ацилглицеролов в лубе (январь-май ).

В древесной зелени ацилглицеролы обнаружены в количествах гораздо меньших, чем в камбиальной зоне и лубе. В хвое их содержание изменяется с мая по сентябрь от 0,05 до 0,01 % с максимумом, как и в камбиальной зоне, в июне-июле. В течение всего периода вегетации различия в содержании 1,2 (2,3)- и 1,3-ДАГ, а также 1(3)- и 2-МАГ в хвое незначительны.

Для побегов, напротив, свойственно понижение количества ацилглицеролов в летний период, что аналогично лубяной ткани. Как и в хвое, соотношение 1,2 (2,3 )-ДАГ : 1,3-ДАГ и 1( 3 )- МАГ : 2-МАГ почти не меняется в течение всего исследуемого периода.

В составе кислот триацилглицеролов кислоты ряда Cía составляют основную массу в течение всего годового цикла. Содержание непредельных кислот велико и измеряется в течение года от 54,70 % ( август ) до 73,07% ( декабрь ). В лубяной ткани в составе триацилглицеролов также преобладают кислоты Cíe, однако их доля в общей сумме кислот, по сравнению с ТАГ камбиальной зоны, выше. Содержание непредельных кислот в ТАГ луба в годовом цикле меняется от 63,17 % до 86,73 %.

ТАГ хвои характеризуются более разнообразным набором кислот, чем ТАГ камбиальной зоны и луба. В хвое в значительных количествах обнаруживается пальмитолеиновая кислота. По содержанию олеиновой,

линолевой, линоленовой кислот ТАГ хвои схожи с ТАГ камбиальной зоны. Для этих трех кислот ТАГ хвои, как и камбиальной зоне, максимум приходится на июнь - июль.

Состав жирных кислот ТАГ побегов близок к ТАГ лубяной ткани. С помощью метода ферментативного гидролиза изучено распределение кислот между Sn-1, Sn-2 и Sn-3 положениями в молекулах ТАГ. Непредельные кислоты предпочтительней ацилируют Sn-2 положение в молекулах' ТАГ. Между Sn-1, Sn-3 положениями кислоты распределены неравномерно, т.е. молекулы ацилглицеролов имеют асимметричное строение.

Основная масса триацилглицеролов тканей лиственницы представлена ацилглицеролами, в молекулах, которых Sn-2 положение занимают непредельные кислоты. В позиционно-типовой состав этих триацилглицеролов входят соединения в следующих сочетаниях: SUU, UUS, SUS, UUU (где U - ацилы непредельных кислот, S - ацилы предельных кислот). Такие триацилглицеролы в общей сумме ТАГ составляют более 60 %. Среди этого типа триацилглицеролов преобладают такие, у которых Sn-2 положение ацилировано олеиновой кислотой. Содержание ТАГ, имеющих позиционно-типовой состав UUU значительно и достигает в тканях лиственницы более 20 %, основной молекулярной формой этих ТАГ является Sn - глице-рол- I, 2, 3 триолеат (табл.1,8).

Количество ТАГ, в которых Sn-2 положение занимают насыщенные кислоты, меньше. В их число входят ацилглицеролы, имеющие позиционно-типовой состав SSS, USU, USS, SSU. Среди этого типа ТАГ наибольшее количество составляют такие, у которых Sn-2 положение ацилировано пальмитиновой кислотой. Основную долю этих ТАГ составляют Sn- гли-церол- 1-олеат-2-пальмитат-З-олеат.

В составе моно- и диацилглицеролов тканей лиственницы присутствуют те же кислоты, что и в ТАГ. Следует отметить, что содержание лау-риновой кислоты в моно- и диаглицеролах по сравнению с ТАГ понижено, а стеариновой, арахиновой, бегеновой, напротив, повышено.

Таблица!

Позиционно - типовой состав триацилглицеролов хвои лиственницы сибирской (% к сумме триацилглицеролов)

Тип триацилгли- Май Июнь Июль Август Сентябрь

пеоина

6,60 6,62 5,15 8,67 11,81

иии 19,74 19,62 22,60 15,83 12,18

БШ 13,06 14,38 14,60 16,41 18,87

Ши 9,97 9,03 7,97 8,36 7,62

Бии 21,84 21,11 21,09 20,55 16,70

5,96 6,16 5,52 6,68 8,61

иШ 11,80 13,36 15,63 12,64 13,76

ББи 11,03 9,72 7,44 10,86 10,45

Таблица 2

Позиционно - типовой состав триацилглицеролов побегов лиственницы сибирской

(% к сумме триацилглицеролов )

Тип триацилгли- Январь Апрель Май Июнь Июль Сентябрь Ноябрь

иепола

0,25 0,50 0,78 1,22 1,06 0,67 0,66

иии 61,21 53,53 49,07 42,93 44,16 50,89 52,42

БШ 2,73 4,53 5,17 6,47 7,10 5,01 3,94

иБи 5,67 5,92 7,45 8,12 6,60 6,81 8,74

вш 18,62 19,65 19,71 22,18 20,22 18,50 17,65

иББ 0,83 1,36 1,95 2,37 2,32 1,85 1,95

иШ 8,96 12,34 12,87 12,52 15,51 13,79 11,77

1,73 2,17 3,00 4,19 3,03 2,48 2,94

Фоефолипиды. Различные ткани лиственницы сибирской имеют собственный набор фосфолипидов (ФЛ).

Основной группой ФЛ хвои лиственницы сибирской является фосфа-тидилхолины (ФХ), доля которых в общей сумме ФЛ в ходе вегетации составляет 44,72 - 60,59 % с максимумом в июле. Фосфатидилэтаноламины (ФЭ) и фосфатидилинозиты (ФИ) имеют идентичный характер динамики содержания. Количество фосфатидилсеринов (ФС) в хвое, напротив, с мая по июль снижается, а затем возрастает к сентябрю почти в четыре раза. Основную массу ФЛ побегов, как и хвои, составляют ФХ (42,15 - 48,11 % от суммы ФЛ). Содержание ФЭ также велико (36,11 - 40,12 % от суммы ФЛ). Динамика содержания обеих групп идентична: в ходе вегетации максимальное их количество содержится в побегах в июне месяце. Изменение содержания фосфатидилглицеринов (ФГ) носит иной характер - максимальное количество ФГ наблюдается в начале вегетации (май), минимум приходится на июль, а к концу вегетации их содержание вновь возрастает (рис. 3,4).

В камбиальной зоне лиственницы содержание фосфолипидов выше, чем в древесной зелени. Для ткани камбиальной зоны характерно повышенное количество ФЛ в осенне-зимний период (октябрь - февраль) и понижение содержания летом (май - июнь). В лубе имеет место менее существенные различия в содержании ФЛ в годовом цикле, однако и для этой ткани сохраняется та же закономерность: повышение содержания зимой и снижение летом.

Качественный состав ФЛ камбиальной зоны более разнообразен, чем у хвои и побегов. Здесь помимо ФХ, ФЭ, ФС обнаружены собственные ФЛ: фосфатидные кислоты (ФК) и И-ацил-ФЭ. Для каждой из указанных групп ФЛ характерна своя годичная динамика содержания. ФХ, ФЭ, ФС присутствуют в камбиальной зоне в течение всего годового цикла с максимумом в осенне-зимний период и минимумом летом. ФХ количественно преобладают над другими группами ФЛ. ФИ найдены в камбиальной зоне лишь в

2

о й И

<0 §

о

0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0

\

\

N \

/ / V2 ч

-у 3,\ 1 ..1 1

<-4

5

8 Э Месяцы

Рис; 3 Групповой состав фоефо-липидов хвои лиственницы сибирской

1 - фосфатидилхолины

2 - фосфатидилэтаноламины

3 - фосфатидилинозиты

4 - фосфатидилсерины

0,18

1-0,08

о

о

0,06

9

Месяцы

Рис. 4 Групповой состав фосфо-липидов побегов лиственницы сибирской

И фосфатидилглицерины © фосфатидилэтаноламины {д фосфатидилхолины

летний период, а N-ацил-ФЭ, напротив, в период покоя. ФК присутствуют в камбиальной зоне в течение всего годового цикла.

Групповой состав ФЛ лубяной ткани, как и побегов, беднее, чем хвои и камбиальной зоны. Однако в лубе как и в других тканях лиственницы присутствуют в течение годового цикла ФХ и ФЭ, а также ФГ, обнаруженные у побегов.

. Основную массу ФЛ тканей лиственницы составляют соединения, в молекулах которых Sn-2 положение ацилировано непредельными кислотами, т.е. в составе ФЛ преобладают типы U/U, S/U. В хвое содержание ФЛ с позиционно-типовьш составом S/U велико и в течение вегетации изменяется небольших пределах: для ФХ от41,35 % до 47,31 %, ФЭ - 50,91 % -f 59,21 %, ФИ - 55,93 % - 61,67 %, ФС - 48,47 % 58,80 % ( табл.3). Среди S/U типов преобладают ФЛ, в молекулах которых Sn-1 положение ацилировано пальмитиновой кислотой, a Sn-2 положение - линолевой (ФХ, ФЭ, ФС, ФИ) и линоленовой кислотами (ФС, ФИ). Количество ФЛ с позиционно-типовьш составом U/U меньше и составляет: для ФЭ - 28,05 43,54 %, ФИ - 18,74% - 32,35 %, ФС - 20,99% - 42,57 %. В соединениях S/S, U/S типов Sn-2 положение занято в основном ацилами пальмитиновой кислоты.

В составе ФЛ побегов, как и в хвое, основными разновидностями являются S/U и U/U типы. Содержание ФЛ с позиционно-типовым составом U/S и S/S значительно ниже в течение всего периода вегетации. Среди S/U типов доминируют соединения, в молекулах которых в Sn-1 положении чаще всего находятся ацилы пальмитиновой кислоты, а в Sn-2 - линолевой (ФХ, ФЭ, ФГ), олеиновой (ФХ, ФЭ) и линоленовой (ФЭ, ФГ) кислот. Основными непредельными кислотами, за счет которых образованы U/U типы ФЛ, являются линолевая (ФХ, ФЭ) и линоленовая (ФГ) кислоты. Большинство S/S типов всех ФЛ побегов имеют в Sn-1 и Sn-2 положениях пальмитиноЬую кислоту.

Таблица 3

Позициоино - типовой состав фосфолипидов хвои лиственницы сибирской, % к сумме фосфолипидов

Молекулярные типы Май Июнь Июль Август Сентябрь

1 2 3 4 5 1 6

Фосфатидилхолины

Дипредельные (S/S) 4,43 3,65 3,28 5,67 6,07

Предельно-непредельные (S/U) 45,10 44,26 41,35 45,85 47,31

Непредельно-предельные (U/S) 4,50 4,00 4,03 5,40 5,32

Динепредельные (U/U) 45,97 48,09 51,34 43,08 41,30

Фосфатидилэтаноламины

Дипредельные (S/S) 6,49 4,55 2,94 6,75 8,72

Предельно-непредельные (S/U) 59,21 54,75 50,91 58,00 59,09

Непредельно-предельные (U/S) 3,39 3,13 2,61 2,45 4,14

Динепредельные (U/U) 30,91 37,57 43,54 32,80 28,05

Фосфатидилинозиты

Дипредельные (S/S) 15,53 11,58 7,30 14,20 16,50

Предельно-непредельные (S/U) 61,67 55,93 56,16 56,58 59,59

Непредельно-предельные (U/S) 4,56 5,59 4,19 5,86 5,17

Динепредельные (U/U) 18,24 26,90 32,35 23,36 18,74

__Продолжение табл. 3

1 2 3 4 5 6

Фосфатидилсерины

Дипредельные (S/S) 15,62 7,78 4,78 8,79 11,31

Предельно-непредельные (S/U) 58,80 50,92 48,47 53,07 56,34

Непредельно-предельные (U/S) 4,59 5,46 4,18 5,41 5,39 •

Динепредельные (UAJ) 20,99 35,84 42,57 32,73 26,96

Для ФЛ камбиальной зоны характерно повышенное содержание соединений, имеющих в своем составе непредельные жирные кислоты, по сравнению с ФЛ хвои и побегов. Следует отметить, что в камбиальной зоне в период наибольшей активности камбия ( июнь - июль ) наблюдается снижение содержания ФЛ, имеющих в своем составе ацилы непредельных кислот.

В составе ФЛ луба количественно преобладают такие соединения, у которых в Бп-2 положении присутствуют ацилы непредельных кислот, что аналогично другим тканям лиственницы. Период покоя характеризуется накоплением ФЛ, имеющих в своем составе непредельные кислоты, с наступлением вегетации их количество снижается.

Гликолипиды. В состав гликолипидов хвои входят: сульфохиново-зилдиацилглицеролы ( СХВДГ ), дигалактозилдиацилглицеролы ( ДГДГ ) и моногалактозилдиацилглицеролы (МГДГ ). Гликолипиды побегов также представлены СХВДГ, ДГДГ, МГДГ. На протяжении всего периода вегетации как в хвое, так и в побегах преобладают МГДГ и ДГДГ, среди них большая доля приходится на МГДГ. С мая по июль прослеживается рост содержания МГДГ, ДГДГ, СХВДГ хвои и достижение максимального их количества в июле. Аналогичным образом изменяются количества МГДГ и

гг

СХВДГ побегов с максимумом в июне. Содержание ДГДГ побегов в течение всего периода вегетации колеблется в незначительных пределах. Жирные кислоты гликолипидов представлены кислотами С12 -Си. Основными как в хвое, так и в побегах являются непредельные, количество которых в течение вегетации превышает 50 % от суммы. Среди непредельных кислот доминируют олеиновая, линолевая и линоленовая, среди предельных -пальмитиновая. Увеличение содержания непредельных кислот происходит в гликолипидах хвои с мая по июль, а в гликолипидах побегов с мая по июнь. МГДГ по сравнению с другими группами имеет наибольшее содержание линоленовой кислоты: количество ее в этой группе гликолипидов для хвои составляет 40,12 - 52,68 %, для побегов 37,11 - 50,16 % от суммы кислот. Повышенным содержанием линолевой кислоты отличается СХВДГ хвои 17,38 - 29,58 %. Наибольшее содержание пальмитиновой кислоты наблюдается в ДГДГ побегов ( 32,90 % ).

ЛИПИДЫ НЕГЛИПЕРОЛОВОГО ТИПА

Воск. Содержание воска в хвое лиственницы возрастает по мере ее роста и старения с мая по сентябрь с 3,4 по 7,9 %. Накопление воска происходит за счет его омыляемой части. В составе кислот воска обнаружены кислоты Сб - Сзо. В ходе роста, а затем и старения хвои увеличивается доля предельных кислот. В их составе основными являются пальмитиновая, бе-геновая, лигноцериновая, мелиссиновая. В количественном отношении преобладающей является пальмитиновая кислота. Характерной особенностью этой кислоты является повышенное содержание в период роста хвои и его снижение по мере ее старения с минимумом в период опада (сентябрь - 23,3 % от суммы кислот). Количество бегеновой, лигноцерино-вой и мелиссиновой кислот по мере накопления воска в хвое монотонно возрастает. Скорость накопления каждой из них различна: содержание бегеновой кислоты увеличивается в три раза, лигноцериновой и мелиссиновой - лишь в полтора. Количество монтановой, церотиновой кислот в

воске невелико, однако и для них. свойственно возрастание содержания в ходе вегетации. Среди непредельных кислот основную долю составляет линолевая. Для нее характерно постепенное снижение содержания с мая (11,2 % ) до сентября ( 6,8 %). Олеиновая кислота в воске хвои лиственницы количественно не меняется.

Свободные жирные кислоты. Содержание свободных кислот, метилируемых метанолом, в камбиальной зоне и лубе лиственницы сибирской в ходе годового цикла изменяется закономерно. В камбиальной зоне имеются максимумы их содержания в следующие месяцы: апрель, июнь, декабрь и минимумы - январь, май, октябрь. В лубе количество свободных кислот, метилируемых метанолом, повышено в период покоя. В составе свободных жирных кислот камбиальной зоны и луба кислоты ряда Cis являются основными. Для хвои характерно присутствие свободных кислот, метилируемых метанолом, в минимальном количестве в период наибольшей фотосинтетической активности ( июнь - июль ). В составе кислот хвои, как и в камбиальной зоне и лубе, основными являются Cl8 кислоты.

4. НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ МЕТАБОЛИЗМА ЛИПИДОВ В ТКАНЯХ LARIX SIBIRICA В ХОДЕ ОНТОГЕНЕЗА

Результаты исследования липидов тканей лиственницы сибирской позволили выявить некоторые закономерности в липидном обмене в ходе онтогенеза.

Для живых тканей ( хвоя, камбиальная ткань ) свойственен более широкий набор групп фосфо- и гликолипидов. По мере роста хвои в ней увеличивается содержание ФЭ, ФХ, ФИ. Формирование хвои сопровождается и изменением состава ФЛ. В этот период происходит накопление соединений, имеющих позиционно - типовой состав U/U. В количественном соотношении преобладающими являются фосфолипиды S/U типа. В составе гликолипидов с мая по июль происходит увеличение содержания МГДГ, ДГДГ, СХВДГ. С завершением вегетации количество фосфо- и гликоли-

пидов уменьшается. Деструкция ФЛ происходит в первую очередь за счет соединений U/U и S/U типов. В составе гликолипидов наиболее сильно снижается содержание соединений, имеющих ацилы непредельных кислот. В побегах возрастание доли фосфо- и гликолипидов с мая по июнь, а затем снижение их количества в период с июня по сентябрь происходит также в первую очередь за счет соединений, содержащих ацилы непредельных кислот.

В камбиальной зоне и лубе, как в хвое и побегах, в ходе годового цикла для всех групп ФЛ прослеживается предпочтительное вовлечение в обменные процессы соединений, имеющих в Sn-2 положении ацилы непредельных кислот.

В метаболизме ацилглицеролов тканей лиственницы также наблюдаются определенные закономерности. С пробуждением камбия в лубяной ткани происходит резкое снижение содержания триацилглицеролов. В составе МАГ и ДАГ в этот период превалируют 2-МАГ и 1,2 (2,3)-ДАГ. Гидролиз ТАГ осуществляется в основном за счет соединений UUU типа. Поскольку ТАГ, имеющие в Sn-2 положении ацилы олеиновой, линолевой и линоленовой кислот составляют основную массу ацилглицеролов, то направления их превращений будут определять общий характер метаболизма ацилглицеролов в лубе в течение всего года. В камбиальной зоне весной резко возрастает количество ацилглицеролов за счет притока питательных веществ из запасных тканей. Ацилглицеролы камбиальной зоны отличны по составу от ацилглицеролов луба. Так в камбиальной зоне содержится значительно меньше ТАГ с позиционно-типовым составом UUU в течение всего года. В ходе вегетации количество ацилглицеролов изменяется: снижается доля соединений UUU типа. С завершением ростовых процессов в лубе происходит накопление всех типов ТАГ, однако преобладающими, по-прежнему, остается UUU соединения. Состав ацилглицеролов древесной зелени характеризуется присутствием пальмитолеиновой кислоты, которая в камбиальной зоне и лубе обнаружена в следующих количествах.

Количественные изменения липидов в этих тканях также происходят за счет соединений, имеющих в Sn-2 положении ацилы непредельных кислот.

5. ЛИПИДЫ ЗИМНЕЗЕЛЕНЫХ ХВОЙНЫХ (PINUS SYLVESTRIS L., PINUS SIBIRICA R. MAYR, ABIES SIBIRICA LEDB, PICEA OBOVATA L.)

Ацилглицеролы. Древесная зелень зимнезеленых хвойных содержит моно- ди- и триацилглицеролы в течение всего годового цикла. Для сосны обыкновенной обнаруживается три максимума содержания ацилглицеро-лов в течение года : весенний ( март - апрель ), летний ( август ), зимний (ноябрь - декабрь ). Зимой количество ацилглицеролов преобладает над двумя другими максимумами. В древесной зелени пихты сибирской наибольшее значение ацилглицеролов достигается в марте - апреле. Для сосны сибирской характерно сглаживание весенне - летних максимумов. В древесной зелени этой породы количество ацилглицеролов преобладает зимой. В период роста хвои древесная зелень изученных пород содержит пониженное количество ацилглицеролов. Несмотря на своеобразие в их годичной динамике содержания, количество ацилглицеролов в древесной зелени трех пород сравнимо и в течение года колеблется в пределах 0,038 -0,079 %. Возраст хвои не оказывает существенного влияния на характер количественных изменений ацилглицеролов. Независимо от возраста древесной зелени в составе ацилглицеролов количественно преобладают ТАГ в течение всего годового цикла.

С точки зрения практического использования ацилглицеролов хвойных наибольший интерес представляют ацилглицеролы семян сосны сибирской. В работе изучен состав ацилглицеролов семян сосны сибирской двух различных регионов: Республики Тыва и средней полосы Красноярского края. Для обоих образцов содержание липидов превышает 50 % от абсолютно сухой массы ядра сембни. В групповом составе ацилглицеролов существенных различий не обнаружено (табл. 4 ).

Таблица 4

Групповой состав ацилглицеролов семян сосны сибирской, % к сумме ацилглицеролов

Наименование Регион произрастания

Республика Тыва Красноярский край

Моноацилглицеролы 3,00 6,23

Диацилглицеролы 6,80 4,13

Триацилглицеролы 90,20 89,64

Основными кислотами ТАГ семян сосны сибирской являются лино-левая, линоленовая и олеиновая кислоты. В позиционно - типовом составе соединения UUU типа для обоих образцов превышает 80 % от суммы.

Фосфолипиды. Фосфатидилхолины представляют собой главную группу ФЛ древесной зелени хвойных, имеющую практическое значение.

Основную массу ФХ хвои пихты сибирской и сосны обыкновенной составляют соединения, в молекулах которых Sn-2 положение ацилировано непредельными кислотами, т.е. доминируют U/U и S/U типы. Содержание ФЛ с позиционно-типовым составом U/U велико и составляет в ФХ пихты от 45,68 до 63,32 % от суммы. В ФХ сосны соединения этого типа являются основными, но присутствуют в количествах гораздо меньших, чем в пихте. Для соединений S/U типа в годичной динамике содержания установлено наличие двух максимумов: весенний, приходящийся на март - апрель (для хвои сосны ) и февраль - март (для хвои пихты) и осенний, приходящийся на ноябрь (для хвои пихты и сосны одновременно). В составе ФХ побегов, как и в хвое, количественно преобладают соединения U/U типа, однако их содержание максимально в период покоя. Основными молекулярными формами исследованных ФХ являются 16:0/18:2, 16:0/18:2, 16:0/18:3, 18:1/18:1,18:2/18:1.

Таблица 5

Содержание основных групп фосфолипидов семян Ртш вМпса Я. Мауг, % к сумме

Наименование Регион произрастания

Республика Тыва Красноярский край

ФЭ 18,32 18,70

ФХ 20,00 18,90

ФИ 15,10 14,14

ФС 12,50 12,00

ФК 18,68 10,43

лизо-соединения 9,65 8,82

При разработке технологий липидных концентратов из биомассы хвойных особый интерес представляют фосфолипиды семян сосны сибирской. Результаты исследований ( табл. 5 ) показали, что семена сосны сибирской содержат ФХ и ФЭ почти в равных количествах, что отличает их от ФЛ древесной зелени хвойных, кроме того велико и содержание ФИ, а также лизосоединений.

ЛИПИДЫ НЕГЛИЦЕРОЛОВОГО ТИПА

Воска. Среди липидов зимнезеленых хвойных, имеющих практическое значение важное место отводится воскам. В работе показана зависимость количества извлекаемого воска и его свойств от ряда факторов: полярности применяемого для экстракции растворителя, температуры экстрагирования, породного и механического состава древесной зелени, времени заготовки сырья.

Возрастание полярности экстрагента, а также увеличение температуры экстрагирования увеличивает выход воска. Количество извлекаемого воска зависит от времени заготовки древесной зелени. Хвоя пихты содержит повышенное количество воска осенью и весной с максимумами в октябре - ноябре ( 6,80 % ) и марте - апреле ( 5,60 % ), а наименьшее в мае

( 4,60 %). Для хвои сосны в годовом цикле прослеживается два максимума содержания воска - в апреле ( 3,80 % ) и ноябре ( 4,00 % ), весенний минимум содержания восков смещается к июню - июлю ( 2,20 % ). Хвоя ели имеет гораздо меньшее количество воска, чем пихта сосна. Его количество в течение года меняется от 0,37 % до 2,53 %. Хвоя кедра содержит воск в количествах сравнимых с сосной. Групповой состав воска подвержен изменению в течение года. Увеличение количества воска в хвое происходит за счет увеличения его омыляемой части. Воска зимнезеленых хвойных пород различны по составу жирных кислот. В состав хвои пихты сибирской и сосны обыкновенной входят кислоты С12 - Сзо. В воске сосны лигноцери-новая кислота количественно преобладает над всеми кислотами, а в воске пихты - бегеновая и лигноцериновая кислоты. Кислоты воска сосны сибирской содержат большое количество миристиновой, лигноцериновой, мон-тановой и мелиссиновой кислот.

Морфологические признаки ( количество почек, высота, диаметр) не оказывают влияния на содержание воска в хвое. Это было установлено на примере трехлетних саженцев сосны сибирской.

Воск саженцев сосны сибирской и спелых деревьев различен по составу жирных кислот. Для воска саженцев характерно отсутствие длинно-цепочечных кислот ( С24 - Сзо), в то время как для спелых деревьев эти кислоты являются основными. Кроме того, воск саженцев содержит большое количество лауриновой кислоты, которая не найдена в воске спелых деревьев.

Стерины. Стерины наряду с фосфо- и гликолипидами являются важнейшими липидами мембран клеток. Стерины присутствуют в растениях в свободном и связанном состоянии в виде эфиров жирных кислот и глико-зидов. Содержание стеринов зависит от возраста хвои и фенологического состояния дерева, период покоя характеризуется повышением содержания всех групп стеринов ( свободных стеринов, эфиров стеринов, гликозидов стеринов). -.

Независимо от породы содержание свободных и эфиров стеринов в хвое и побегах в ходе годового цикла описывается уравнением :

У = А - Вх + Сх2.

В шишках стерины обнаружены в гораздо меньших количествах, чем в древесной зелени. Шишки сосны сибирской содержат старинов значительно больше, чем шишки сосны обыкновенной и ели сибирской. В шишках, как и в древесиной зелени стерины количественно преобладают в зимний период.

Набор кислот, входящих в состав эфиров стеринов и гликозидов для всех пород схож, однако в количественном содержании наблюдаются различия. Для связанных стеринов пихты свойственно присутствие олеиновой кислоты в большем количестве, чем в сосне, кедре, ели. Количество лино-левой кислоты сравнимо для связанных стеринов всех пород, она является второй кислотой после олеиновой по содержанию в связанных стеринах. Среди насыщенных кислот доминирует пальмитиновая кислота. В целом в составе кислот связанных стеринов древесной зелени в ходе годового цикла прослеживается тенденция увеличения содержания диеновых и триено-вых кислот в период покоя. В составе кислот связанных стеринов шишек присутствуют те же кислоты, что и в древесной зелени. Пальмитиновая, олеиновая, линолевая, линоленовая кислоты составляют основную массу кислот связанных стеринов.

6. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЭКСТРАГИРОВАНИЯ ЛИПИДОВ ИЗ БИОМАССЫ ХВОЙНЫХ

Экстрагирование древесной зелени сжиженными углеводородами.

Процесс экстракции является основным технологическим приемом используемым для выделения липидов из растительного сырья. В последние годы в качестве экстрагентов предложено использовать сжиженные газы.

В настоящей работе впервые рассмотрено экстрагирование древесной зелени сжиженными углеводородами: пропаном, бутаном и их смесью (1:1), Лучшей экстрагирующей способностью обладает пропан. Бутан экстрагирует сырье медленнее, хотя при увеличении продолжительности экстракции удается выделить идентичное количество экстракта, как и при использовании пропана. Основная масса веществ извлекается через 2,5 часа пропаном, 3,5 часа - бутаном, 3 часа пропан - бутановой смесью. При увеличении жидкостного модуля до 7 наблюдается возрастание количества извлекаемых липидов. Дальнейшее увеличение модуля мало сказывается на выходе экстракта и поэтому является экономически не выгодным. Наиболее легко извлекаемыми компонентами из древесной зелени являются летучие вещества. При продолжительности экстрагирования всеми экстрагентами за 2,5 часа извлекается более 70 % всех летучих веществ, присутствующих в сырье. Наиболее медленно извлекаемыми компонентами являются глико- и фосфояшшды. Максимальное их количество экстрагирует через 8 часов.

Использование сжиженных углеводородов позволяет сохранить термочувствительные компоненты ( пигменты, витамины, глико- и фосфоли-пиды ) по сравнению с бензиновым экстрактом, полученным при высоких температурах экстрагирования.

Экстрагирование древесной зелени органическими растворителями

В технологии экстрагирования липидов из древесной зелени хвойных применяют в основном традиционные растворители - бензин, изопропа-нол, трихлорэтилен. При этом преследуется цель максимального извлечения липидов из исходного сырья в виде суммы экстрактивных веществ. В настоящей работе представлены данные об извлечении отдельных групп липидов и в частности, стеринов различными экстрагентами в разных температурных условиях. В качестве экстрагентов использованы гексан, бензин, этиловый спирт.

Экстрагирование проводили при температурах: - 5 °С, +7 °С, +20 °С, и при температуре кипения экстрагента. Оптимальный размер частиц,

обеспечивающих максимальный выход стеринов при экстрагировании соответствует 0,5 - 1,0 см с фибрилляцией. Экстрагировали древесную зелень пихты сибирской и сосны обыкновенной. Температура экстракции является одним из главных факторов, определяющих выход стеринов. Стерины являются веществами устойчивыми к температурному воздействию и с повышением температуры экстрагирования их выход увеличивается. Увеличение экстрагирующей способности по отношению к стеринам наиболее сильно проявляется для всех экстрагентов при увеличении температуры экстракции от - 5 °С до + 20 °С. Кинетическое уравнение, описывающее процесс экстракции стеринов для всех исследуемых температур независимо от используемого экстрагента имеет вид:

У = А + В 1ё(х) + С При экстрагировании древесной зелени одновременно со стеринами извлекаются и другие группы липидов. Этиловый спирт извлекает и водорастворимые компоненты. При проведении процесса при пониженных температурах воска практически не извлекаются. С ростом температуры их количество в экстракте возрастает. Воска появляются в экстракте в определенных количествах при температуре более 7 °С. Степень извлечения каротина мало зависит от температуры процесса экстракции, хлорофиллы более чувствительны к температурным условиям экстрагирования. Проведение процесса экстракции при пониженных температурах позволяет экстрагировать стерины при минимальном извлечении пигментов и отсутствии в экстракте воска.

Экстрагирование липидов из семян сосны сибирской Среди семян хвойных растений семейства Ршасеае особое место отводится семенам Ртив вНэшса Я. Мауг. Семена сосны сибирской являются сырьем для получения целого ряда пищевых продуктов. Благодаря уникальному составу липидов, кедровое масло по своим качественным показателям превосходит все известные в мире растительные масла. Отсутствие современной технологии переработки семян сосны сибирской привело к

32 ч

полному отсутствию на рынке продуктов полученных из них в том числе кедрового масла.

В работе использовали семена сосны сибирской ( ГОСТ 14161-86 "Семена хвойных древесных пород").

Исследовали влияние способов подготовки семян на выход липидов при экстрагировании гексаном: измельченных семян с лузгой; целых ядер семян без лузги; измельченных ядер семян без лузги; лузгу семян. Экстрагирование проводили при температуре кипения экстрагента и при + 20 °С. Измельченное сырье независимо от наличия в нем лузги позволяет извлекать из него кипящим гексаном до 20 % липидов в расчете на абсолютно сухую массу семян (99 % от общего количества липидов в семенах). Целые неизмельченные ядра экстрагируются плохо, выход липидов из них не превышает 8,15 %. Экстрагирование семян с лузгой незначительно увеличивает выход продукта за счет извлечения воскообразных веществ из лузги. При холодном экстрагировании выход липидов значительно ниже.

Температурные условия выделения липидов влияют не только на выход липидов, но и на физико-химические показатели полученного экстракта. Прокаливание семян перед экстракцией, а также экстрагирование липидов при температуре кипения экстрагента увеличивает в полученном продукте содержание свободных кислот. Следует отметить сильную зависимость йодного числа от температурных условий получения липидов. Экстрагирование семян при повышенных температурах, а также предварительное прокаливание перед экстракцией приводит к снижению йодного числа. Извлечение липидов гексаном при температуре + 20 °С сильно увеличивает этот показатель. Эфирное число и число омыления практически не зависят от температурных условий выделения липидов. Кинетика извлечения липидов из семян сосны сибирской гексаном при температуре его кипения показала, что за четыре часа экстракции семян извлекается более 90 % липидов от их суммы. Полученный экстракт липидов после охлаждения осветляли. Сравнительный анализ полученного осветленного масла с

пищевыми растительными маслами показал, что кедровое масло соответствует по всем нормируемым показателям пищевому маслу.

7. ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ПРОМЫШЛЕННОМУ ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ЛИПИДОВ ХВОЙНОГО СЫРЬЯ

Традиционные способы переработки древесной зелени хвойных основаны на извлечении экстрактивных веществ органическими растворителями при повышенных температурах. Жесткие температурные условия экстрагирования приводят к нежелательным воздействиям на термолабильные компоненты. Использование для экстракции сжиженных углеводородов позволяет устранить нежелательные температурные воздействия при выделении липидов. При этом способе извлечения липидов достигается максимально возможный выход, устраняется стадия регенерации экс-трагента, в экстракте липидов отсутствуют водорастворимые компоненты. Описанный способ выделения липидов явился основой для создания технологии, которая прошла промышленное испытание.

Как указывалось выше, при экстрагировании древесной зелени органическими экстрагентами возможно достичь минимального извлечения из сырья восков и пигментов при высоком выходе стеринов. Эти результаты использованы для совершенствования существующей технологической схемы переработки древесной зелени в Допчургском леспромхозе Иркутской области и создания нового производства на Красноярском биохимическом заводе.

Проведенные исследования по экстрагированию семян сосны сибирской и изучению свойств полученных липидов показали их высокие потребительские свойства и перспективность использования в пищевой и парфюмерно-косметической промышленности. Создана научно-техническая документация, выполнен проект по организации производства кедрового масла в Республике Тыва.

34 .

ВЫВОДЫ

1. Впервые na основе единого методологического подхода проведено комплексное изучение содержания и состава липидов хвойных растений семейства Pinaceae. Установлено, что разные ткани хвойных имеют собственный набор липидов, зависящий от фенологического состояния дерева. Предложена классификация липидов хвойных с учетом специфики их состава.

2. Изучен состав липидов глицеролового типа тканей ствола ( камбиальная зона, луб ) и древесной зелени ( хвоя, побеги ) лиственницы сибирской в различные периоды годового цикла. В составе фосфолипидов преобладают соединения асимметричного строения, в молекулах которых Sn-2 положение ацилировано непредельными кислотами. Среди последних доминируют линолевая, олеиновая, линоленовая кислоты. Основными молекулярными разновидностями фосфолипидов являются предельно-непрелельные ( S/U ) и динепредельные ( U/U ) типы. В составе дипредель-ных ( S/S ) типов большинство фосфолипидов имеют в Sn-1 и Sn-2 положениях ацилы пальмитиновой кислоты. Ацилглицеролы лиственницы представлены moho-, ди- и триацилглицеролами. Триацилглицеролы являются соединениями асимметричного строения, в их молекулах жирные кислоты распределены между Sn-1 и Sn-3 положениями неравномерно, а в Sn-2 положении располагаются в основном линолевая, олеиновая и линоленовая кислоты. По способности ацилировать Sn-2 положение эти кислоты располагаются в ряд: С 18.2 > С 18.1 > С 18:3 .

В составе гликолипидов присутствуют кислоты идентичные фосфо-липидам и ацилглицеролам. Моногалактозилдиацилглицеролы являются основным местом связывания линоленовой кислоты, а в сульфохиновозил-диацилглицеролах в повышенном количестве содержится линолевая кислота.

Липиды неглицеролового типа характеризуются собственной сезонной динамикой содержания. Увеличение количества воска в хвое листвен-

ницы сибирской связано с возрастанием доли омыляемых веществ, в составе которых происходит накопление дгшнноцепочечных кислот. Количество свободных жирных кислот коррелирует с содержанием ацилглицеролов в тканях лиственницы сибирской.

3. Установлено, что доминирующие направления в метаболизме ли-пидов в тканях лиственницы сибирской в ходе онтогенеза связаны с предпочтительным вовлечением в обменные процессы соединений глицероло-вого типа, имеющих в Бп-2 положении ацилы непредельных кислот. Высказано предположение о возможных направлениях превращений ацилглицеролов в тканях лиственницы сибирской в связи с камбиальной активностью.

4. Изучены содержание и состав липидов глицеролового типа тканей зимнезеленых хвойных. Определено, что содержание ацилглицеролов в древесиной зелени пихты сибирской, сосны обыкновенной, сосны сибирской зависят от фенологического состояния дерева, в период покоя количество ацилглицеролов в древесной зелени всех пород повышено. Впервые исследован состав ацилглицеролов семян сосны сибирской. Основную массу триацилглицеролов составляют соединения иии типа, в молекулах которых 5п-2 положение ацилировано линолевой, линоленовой и олеиновой кислотами. Их основными молекулярными формулами являются Бп-глицерол - 1 линоленат - 2,3 дилиноленат; Бп-глицерол -1,2-диолеат-З ли-ноленат; 5п-глицерол-1 олеат-2линолеат-3олеат; Бп-глицерол-1 олеат-2,3 дилинолеат; 8п-глицерол-1,2 дилинолеат-3 олеат; Бп-глицерол-! линолеат-2 линоленат-3 линолеат. В составе фосфолипидов семян сосны сибирской преобладают фосфатидилэтаноламины и фосфатидилхолины ( более 35 % от суммы).

5. Впервые проведены систематические исследования восков древесной зелени хвойных. Показана зависимость содержания и состава воска от ряда факторов: породы дерева, механического состава древесной зелени, времени заготовки. В хвое пихты сибирской, сосны обыкновенной, сосны

сибирской, ели сибирской обнаружено наличие двух максимумов содержа ния воска в годовом цикле: весенний и осенний. Установлена зависимост! состава жирных кислот воска от породы дерева. Впервые определено, чтс морфологические признаки хвойных не влияют на содержание воска I хвое. Показано, что в воске хвои саженцев в отличие от спелых деревье! отсутствуют длинноцепочечные кислоты (С22 - Сгв).

6. Изучена годичная динамика содержания свободных и связанны? стеринов в хвое побегов пихты сибирской, сосны сибирской, сосны обык новенной, ели сибирской и определены уравнения регрессий. Установлена зависимость содержания стеринов от возраста хвои. Определено содержа ние стеринов в шишках хвойных. Изучен состав жирных кислот связанны? стеринов.

7. Расширены и углублены некоторые аспекты экстракции липидов и: биомассы хвойных различными экстрагентами. Впервые изучена кинетик* извлечения отдельных групп липидов из древесной зелени хвойных ежи женными углеводородами. Показано, что углеводородные концентрать липидов из древесной зелени характеризуются повышенным содержаниегу биологически активных веществ. Впервые дано математическое описанш процесса извлечения стеринов из древесной зелени различными по поляр ности экстрагентами. Установлено влияние температурных условий про цесса экстракции на выход отдельных групп липидов при использованш экстрагентов различной полярности. Определена кинетика извлечения ли пидов из семян сосны сибирской с использованием гексана, приведен« уравнение регрессии.

8. Предложен, исследован метод, разработана и внедрена технологи) получения кедрового масла из семян сосны сибирской.

9. Исследован метод и разработана технология получения концент ратов стеринов из отходов переработки семян сосны сибирской и древес ней зелени пихты сибирской.

10. Исследован хметод, разработана технология получения концентратов липидов из древесной зелени пихты сибирской и сосны обыкновенной на основе сжиженных углеводородов. Технология прошла промышленные испытания.

По материалам диссертации опубликовано более 60 работ. Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

1. Рубчсвская Л.П., Левин Э.Д. О нейтральных липидах камбиальной зоны лиственницы сибирской//Химия древесины,-1981.- № 4.- С. 106-109.

2. Рубчевская Л.П., Левин Э.Д. Об ацилглицеролах камбиальной зоны лиственницы сибирской//Химия древесины,- 1982,- № 1,т С. 107-109.

3. Рубчевская Л.П., Левин Э.Д. Свободные жирные кислоты камбиальной зоны лиственницы сибирской// Химия древесины,- 1982.- № 4,- С. 109-111.

4. Рубчевская Л.П., Левин Э.Д. Состав глицеридов камбиальной зоны лиственницы сибирской: Тез. докл.// Химия и использование экстрактивных веществ древесины: Всесоюз. науч.-техн. конф./ Горький,- 1982,- С. 5-7.

5. Рубчевская Л.П., Вол Е.В., Левин Э.Д. Глицериды и фосфолипиды камбиальной зоны лиственницы сибирской// Химия древесины,- 1983,- № 4,-С. 97-100.

6. Левин Э.Д., Рубчевская Л.П., Скиба Л.П. Распределение глицеридов в камбиальной зоне лиственницы сибирской по высоте ствола// Химия древесины,- 1983,- № 3,- С.89-90.

7. Рубчевская Л.П., Левин Э.Д. Состав триглицеридов камбиальной зоны лиственницы сибирской// Химия древесины.- 1985,- № 1,- С. 104-109.

8. Рубчевская Л.П. Гликолипиды хвои лиственницы сибирской: Тез. докл.// Экстрактивные вещества древесных растений: Всесоюз. конф./ Новосибирск,- 1986,-С. 103-106.

9. Рубчевская Л.П., Левин Э.Д. Состав триацилглицеринов луба Lari Sibirica// Химия природн. соедин.- 1986.- № 2.- С. 154-158.

10. Рубчевская Л.П., Левин Э.Д. Свободные жирные кислоты луб лиственницы сибирской// Химия древесины.- 1986.- № 4.- С.103-106.

11. Рубчевская Л.П., Левин Э.Д. Состав моно- и диацилглицерино камбиальной зоны лиственницы сибирской// Химия древесины,- 1988.- J" 6,-С. 101-104.

12. Repiach S.M., Rubtchevzkaya L.P. Glicolipids of the needles of Lari Sibirica// 14th International Congress of Biochemistry.- Abstracts.- 1988.- £ 186.

13. Rubtchevskaya L.P., Repiach S.M. Lipids of the needles of the Lari Sibirica// Harvestingand utilization of tree foliage. Division 3. IUFRO Projec Group P 3.05-00 Meeting.- Riga.- 1989.- S. 204-211.

14. Игнатова E.B., Рубчевская Л.П., Репях C.M. Фосфолипиды дре весной зелени лиственницы сибирской: Тез. докл.// Исследования в облает) химии древесины: 6-ая межреспублик, школа-семинар/ Рига,- 1991.- С. 65.

15. Игнатова Е.В., Рубчевская Л.П. Липиды древесной зелени лист венницы сибирской// Химия природн. соедин.- 1992.- № 5.- С. 25.

16. Рубчевская Л.П., Репях С.М. Состав липидов древесной зелен! хвойных в связи с онтогенезом: Тез. докл.// Строение, гидролиз и биотех нология растительной биомассы: Международн. симпозиум. Вторые Шар ковские чтения/С.-Петербург,- 1992.- С. 12.

17. Лебедева О.И., Рубчевская Л.П., Тихомирова Г.В. Хвойный воа кедра// Лесной журнал.-1991.- № 5 С. 96-98.

18. Рубчевская Л.П., Тихомирова Г.В., Лебедева О.И. Хвойный boci кедра// Труды Третьего регионального Совещания республик Средни Азии и Казахстана по химическим реактивам.- Ташкент.- 1990.- С.42.

• 19. Рубчевская Л.П., Лебедева О.И., Репях С.М. Воскообразные ве щества хвои лиственницы сибирской// Химия природн. соедин,- 1991,- Mi 4,- С. 423-424.

20. Рубчевская Л.П., Репях С.М. Новые направления комплексной переработки древесной зелени хвойных.- В сб.: Проблемы увеличения использования вторичных ресурсов и рационального применения отходов в целлюлозно-бумажной, деревообрабатывающей и лесохимической промышленности,- М.- 1993,- С. 69-70.

21. Игнатова Е.В., Рубчевская Л.П. Исследование группового состава гликолипидов древесной зелени лиственницы сибирской,- В сб.: Проблемы химико-лесного комплекса,-Красноярск.- 1993.-С. 110-114.

22. Рубчевская Л,П., Девятловская А.Н., Репях С.М. Перспективы использования древесной зелени хвойных для получения фитостерина,- В сб.: Переработка растительного сырья и утилизация отходов.- Красноярск.-1994,-С. 125-128.

23. Лебедева О.И., Рубчевская Л.П., Репях С.М. Влияние возраста древесной зелени хвойных на содержание восков,- В сб.: Переработка растительного сырья и утилизация отходов,- Красноярск.- 1994.- С. 128-133.

24. Репях С.М., Рубчевская Л.П. Химия и технология переработки древесной зелени. Учебное пособие,- Красноярск: Изд-во КГТА,- 1994.-320с.

25. Рубчевская Л.П., Репях С.М. Способы получения биологически активных соединений из биомассы кедра сибирского,- В сб.: Биологически активные соединения: способы получения, промышленный синтез и применение.-Пенза,-1995.-С. 23.

26. Девятловская А.Н., Рубчевская Л.П., Репях С.М. Технология получения биологически активных соединений из древесной зелени хвойных.-В сб.: Биологически активные соединения: способы получения, промышленный синтез.и применение,- Пенза,- 1995,- С. 25.

27. Репях С.М., Рубчевская Л.П. Способ переработки древесины зелени. Заявка № 98011738. Положительное решение от 26.07.94 г.

28. Игнатова Е.В., Рубчевская Л.П. Гликолипиды древесной зелени Larix Sibirica// Химия природн. соедин,- 1994.- № 2.- С. 76.

29. Repyakh S.M., Stephen R. A., Rubtchevskaya L.P. The lipid; composition change of conifers under the influence of the atmospheri pollution.- In: Forest biodiversity in a changing environment.- North Americai Forest Biology Workshop.- 1994,- S. 63.

30. Игнатова E.B., Рубчевская Л.П., Репях С.М. Жирнокислотный со став фосфолнпидов древесной зелени лиственницы сибирской// Химш природн. соедин,- 1995.- №4,- С. 46.-48

31. Рубчевская Л.П., Репях С.М. Влияние эколого-биологическю факторов на содержание и состав биологически активных веществ древес ного сырья.- В сб.: Экология, новые технологии и материалы Краснояр ского края.- Красноярск.- 1995,- С. 54-56.

32. Рубчевская Л.П.,Лебедева О.И.,Ушанова В.М., Девятловская А.Н Перспективы использования биомассы семян сосны сибирской.- В сб. Проблемы химико-лесного комплекса. - Красноярск. - 1996. - С. 85.

33. Rubtchevskaya L.P., Devyatlovskaya A. N., Repyakh S.M.,Somf regularities of lipids metabolism in Sibirian Larch tissues during ontogenesis/ • In.: Ecological and physiological aspects of xiiogenenesis in conifers. IUFRO Russia, Krasnoyarsk. - 1996. - S. 107-110.

34. Рубчевская Л.П., Невзоров В.Н., Девятловская А.Н.,Репях С.М. Перспективы использования биомассы кедра сибирского: Тез. док.// природные и интеллектуальные ресурсы Сибири: 2-ая Международ.конф.; Томск. -1996. - С. 23.

35. Репях С.М.,Рубчевская Л.П., Невзоров В.Н., Девятловская А.Н, Новые технологии биологически активных веществ на основе древесной зелени хвойных: Тез. докл.// Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири: 2-ая Международ, конф./ Томск. - 1996. - С.24.

36. Девятловская А.Н.,Рубчевская Л.П., Скиба Л.П., Репях С.М. Выделение стеринов из древесной зелени сосны обыкновенной.- В сб.: Переработка растительного сырья и утилизация отходов. - Красноярск. С. 239 -241. ■

37. Рубчевская Л.П., Девятловская А.Н.,Репях С.М. Некоторые аспекты метаболизма фосфолипидов в древесной зелени лиственницы сибирской// Эколого-физиологичсские аспекты ксилогенеза хвойных: Материалы Международн.конф.Россия. Красноярск. - 1996. С. 136-139.

38. Рубчевская Л.П., ЛебедеваО.И., Ушакова В.М.,Репях С.М., Лоба-дина М.В. Способ получения кедрового масла. Заявка № 95103692/13. Положительное решение от 05.06.1996 т.

Уч.-изд.л. 2,0. Усл. печ.л. 2,0. Тираж 100 экз. Лицензия № 020346. пр 20.01.97

Типография КГТА, 660049, г. Красноярск, пр. Мира,82