В настоящее время развитие лесоперерабатывающей промышленности требует принципиально нового подхода к использованию растительного сырья. Он основан на комплексной переработке лесных ресурсов и предусматривает утилизацию всей биомассы дерева, включая древесную зелень – отход лесозаготовки, которые служат сырьем для производства ценных продуктов. Наличие в древесной зелени наибольшего количества живых клеток и биологически активных веществ позволяет получать при ее утилизации широкий спектр препаратов для косметической и пищевой промышленности, медицины, кормовых добавок для сельскохозяйственных животных и средств защиты сельскохозяйственных растений [2,9].
Существует ряд технологий экстракционной переработки древесной зелени (ДЗ) хвойных с получением продукции кормового и лечебно-профилактического назначения. Данные технологии имеют различия как в аппаратурном оформлении, так и в использовании различных растворителей. К числу последних можно отнести такие широко используемые растворители как вода, бензин, жидкий диоксид углерода. Однако, в настоящее время актуальным является разработка ресурсосберегающих технологий с применением более эффективных экстрагентов и экстракционного оборудования. К числу эффективных экстрагентов можно отнести трехатомный спирт глицерин, который является обычным биосинтезируемым соединением организмами животных и растений. А экстракционным оборудованием – аппараты резонансно-пульсационного или роторно-пульсационного (РПА) типов. Экстракция в таких аппаратах не требует нагрева и соответственно такие технологии оказывают минимальное влияние на термолабильные биологически активные вещества [1,6]. Выбор данного экстрагента может быть перспективным вариантом переработки ДЗ с целью дальнейшего использования полученных продуктов в животноводстве и производстве пищевых добавок для человека.
В производственных условиях, особенно в зимне-осенний период, не всегда удаётся обеспечить животных кормами необходимого качества. И именно в этот период наступает у животных лактация и наиболее часто специалисты сталкиваются с развитием кетоза и другими заболеваниями, влияющими на состояние здоровья животных.
Кетоз распространённое заболевание и характеризуется нарушением обмена веществ. В патогенезе кетоза определяющая роль отводится дефициту энергии в фазе интенсивной лактации. Для решения этой проблемы разрабатывается энергетическая добавка на основе комплекса биологически активных вещества из древесной зелени (охвоённые молодые веточки) – отхода лесозаготовительной промышленности. В СССР в больших масштабах использовалась древесная зелень хвойных пород [9, с.88-95; 5, с.61-69] в качестве витаминной кормовой добавки. Работало около 2000 установок на сельскохозяйственных предприятиях страны. Хвойная витаминная мука, в качестве кормовой добавки в зимний период, прошла многолетнюю апробацию в СССР с хорошими показателями эффективности и отмечено её положительное влияние на здоровье животных [7].
Известно, что хвоя и молодые побеги содержат в полярных экстрактах до 20 % (здесь и далее от сухого вещества экстракта) углеводов (мономеров, димеров-сахарозы и целлобиозы), полимеров (крахмал и другие водорастворимые углеводные полимеры), 10-18 % белка, 3-5 % микро- и макроэлементов, ряд водорастворимых витаминов, кислот цикла Кребса и другие полезные для жизнедеятельности физиологически активные вещества [2, с.82-89,97]. Кроме этого в древесной зелени и в экстрактивных веществах присутствуют биологически активные вещества, обладающие бактерицидным, бактеристатическим, фунгицидным и вирулицидным эффектом к возбудителям различного рода заболеваний [1].
На основе древесной зелени – отходе лесозаготовительных предприятий и разработана кормовая «Хвойно – энергетическая добавка» [3]. Для более эффективного применения кормовой добавки обработку древесной зелени проводили глицерином. Глицерин как компонент клеток организма обладает гликопластическим действием, а им обработка древесной зелени в РПА позволяет перевести её значительную часть в виде отдельных клеток и даже их органелл в раствор. Такая обработка древесной зелени позволяет улучшить усвоение биологически активных веществ в желудочно-кишечном тракте животных.
Мы не нашли в литературе данных о влиянии глицерина на выход и состав экстрактивных веществ из древесного сырья. Целью данного исследования является изучение состава липофильных соединений, извлекаемых глицерином из древесной зелени сосны.
ДЗ измельчали и смешивали с глицерином 1:10 и экстрагировали с помощью роторно-пульсационного аппарата (РПА). Для определения веществ, которые находятся в добавке, а также их содержания, добавку разделяли на отработанную хвою и глицериновый экстракт, который экстрагировали неполярными растворителями, такими как петролейный эфир, диэтиловый эфир, этилацетат. Сумму кислот и неомыляемых веществ, выделенных из глицеринового экстракта, анализировали методом хромато-масс-спектрометрии.
Выход экстрактивных веществ, извлекаемых из глицеринового экстракта последовательно органическими растворителями, составил: вещества, извлекаемые петролейным эфиром из 150 г глицеринового раствора составило 0,38±0,01г; затем диэтиловым эфиром 0,79±0,015г; и этилацетатом 0,92±0,023г.
Экстрактивные вещества извлечённые петролейным эфиром разделили на сумму кислот, обработкой спиртовым 0,5 N раствором гидроксида калия, и неомыляемые вещества[4]. Их выход составил 0,15(39,5%, здесь и далее от веществ, растворимых в петролейном эфире) и 0,19г(50%) соответственно.
Состав соединений кислот и неомыляемых веществ установили методом хромато-масс-спектрометрии: Хроматограф «Agilent Technologies 6850C» с квадропульным масс-спектрометром «Agilent Technologies 5973N», стандартная кварцевая капиллярная колонка НР-5MS длиной 30мм с внутренним диаметром 0,25 мм, толщина плёнки неподвижной фазы 0,25 мкм; температурный режим термостата для анализа кислот от 150 до 280°С со скоростью 5°С в минуту, неомыляемых веществ – от 150 до 280 °С со скоростью 5°С в минуту. Идентификацию компонентов проводили сравнением полученных масс-спектров со спектрами известных соединений из двух банков данных (Wiley 275.L и NIST 0.5L). Состав кислот и неомыляемых веществ липофильной фракции глицеринового экстракта приведён в таблицах 1 и 2 соответственно.
Таблица 1.
Состав липофильных кислот «хвойно-энергетической добавки».
| Название | Время удерживания,мин | Содержание от суммы, % |
| Лауриновая | 5,025 | 0,97 |
| Пальмитиновая | 11,426 | 3,00 |
| Линолевая | 14,404 | 2,82 |
| Линоленовая | 14,512 | 4,70 |
| 16-Гидрооксипальмитиновая | 16,358 | 1,25 |
| Эпиманоилоксид-19-овая | 16,873 | 1,34 |
| Пимаровая | 17,004 | 0,90 |
| Сандаракопимаровая | 17,290 | следы |
| Изопимаровая | 17,976 | 3,58 |
| Дегидроабиетиновая | 18,667 | 10,30 |
| Абиетиновая | 19,376 | 1,87 |
| Пинифоловая | 21,062 | 49,91 |
| 15-Гидроксидегидроабиетиновая | 21,599 | 3,56 |
| 15-Гидрокси-4-Эпиимбрикатоликовая | 21,811 | 2,00 |
| 7-Оксодегидроабиетиновая | 22,337 | 1,55 |
| 15-оксо-15-метил-4-Эпиимбрикатоновая | 22,674 | 3,12 |
| 7α-гидрокси-Дегидроабиетиновая | 22,828 | 2,91 |
Из результатов исследования состава липофильных кислот следует, что они представлены высшими жирными и дитерпеновыми кислотами. Среди высших жирных кислот основными являются пальмитиновая кислота и ненасыщенные жирные линолевая и линоленовая кислоты, относящиеся к незаменимым кислотам и витаминам группы F. Среди дитерпеновых кислот идентифицированы кислоты относящиеся к трём типам: трициклические кислоты типа абиетана и типа пимарана и лабданоидам, в основном, 4-эпиимбрикатоликового ряда. Среди дитерпеновых кислот преобладают кислоты изопимарового и дегидроабиетинового рядов, обладающие наиболее высокой активностью по отношению к грам-положительным и грам-отрицательным патогенам, а пимаровая кислота ингибирует рост и полный лизис паразитов (трипаноцизов) в используемых концентрациях, не затрагивая лизис эритроцитов [1, c. 337]
Таблица 2.
Состав неомыляемых липофильных соединений «хвойно-энергетической добавки».
| Название | Время удерживания, мин | Содержание от суммы,% |
| 3-карен | 3,196 | 0,18 |
| Лимонен | 3,373 | 0,07 |
| Карвеол | 4,122 | 0,33 |
| Пинокарвеол | 4,870 | 0,43 |
| Борнеол | 5,282 | 3,87 |
| Гераниаль | 5,419 | 0,27 |
| n-цимол | 5,533 | 0,17 |
| α-терпинеол | 5,659 | 0,61 |
| Кариофиллен | 10,437 | 0,19 |
| γ-муролен | 11,643 | 0,23 |
| Гермакрен D | 11,780 | следы |
| α-муролен | 11,917 | 0,22 |
| 4-эпи-кубебол- | 12,060 | 0,86 |
| Кубебол | 12,506 | 1,99 |
| Т-кадинол | 12,678 | 1,55 |
| Кариофиллен оксид | 14,072 | 1,19 |
| Кубенол | 14,746 | 0,39 |
| (+)Т-муролол | 15,312 | 12,67 |
| δ-кадинол | 15,398 | 2,37 |
| (-)Т-муролол | 15,592 | 15,04 |
| Оплапонон | 17,370 | 2,49 |
| Кадинан-3,10(15)-диенол-5β-ол | 18,210 | 0,26 |
| Изоабиенол | 24,571 | 11,26 |
| Дегидроабиетиналь | 27,423 | 0,69 |
| Дегидроабиетинол | 28,972 | 0,54 |
| Метиловый эфир 15-гидрооксидегидроабиетиновой к-ты |
31,572 |
0,19 |
| Антикопалол | 31,715 | 0,68 |
| β-Ситостерин | 44,558 | 1,16 |
Из результатов анализа неомыляемых веществ следует, что они представлены терпеноидами: моно-, сескви- и дитерпеноидами. Кроме них в составе соединений идентифицирован фитостерол – ситостерин. Наиболее широко представлены сесквитерпеновые спирты. Среди которых энантиомерные Т – мурололы составляют около 30 % от всех неомыляемых соединений. Среди дитерпеноидов основным соединением является изоабиенол. Идентифицированы и представители ряда дегидроабиетана – альдегид и спирты.
Известно, что моно- и сесквитерпены и их кислородсодержащие производные являются антисептиками. Дитерпеноиды дегидроабиетинового ряда показывают многочисленные виды активности – противовоспалительная, противопаразитарная, антиоксидантная, антибактерицидная и противовирусная – это далеко не полный перечень активностей дитерпеноидов [ 1с.277-334].
Опытно – промышленная выработка продукта «Хвойно – энергетическая добавка» в НТЦ «Химинвест» прошла опытные исследования на коровах молочного направления, проведённые Аграрным институтом ФГБОУ ВПО Мордовского государственного университета имени Н.П. Огарёва. Результаты представлены в таблице 3.
Таблица 3.
Результаты использования энергетической кормовой добавки.
|
Показатель |
Группа | |||
| Контрольная | 1-ая опытная | 2-я опытная | 3-я опытная | |
| Удой за 60 дней лактации, кг | 1647±21,2 | 2060±18,5 | 1993±21,4 | 1983±20,8 |
| Валовый надой, кг | 8235±202 | 10300±189 | 9965±208 | 9915±210 |
| Содержание жира, % | 4,05±0,03 | 4,17±0,02 | 4,12±0,03 | 4,10±0,02 |
| Содержание белка, % | 3,42±0,01 | 3,46±0,01 | 3,45±0,01 | 3,43±0,01 |
| Количество молочного жира, кг | 333,5 | 429,51 | 410,5 | 384,7 |
| Количество молочного белка, кг | 281,6 | 356,4 | 343,8 | 340,1 |
| Удой в пересчёте на базисную жирность, кг | 9809,3 | 12632,6 | 12075,2 | 11956,3 |
В течение 60 дней к основному рациону добавляли энергетическую добавку (вещества, растворимые в глицерине с остатком древесной зелени) в количестве 250 г с разным количеством воды, добавленным в энергетическую добавку. Первая опытная группа к основному рациону получала только энергетическую добавку, а вторая – энергетическую добавку + 250 г воды, третья опытная группа – энергетическую добавку +125 г воды на одну голову в сутки. Контрольная группа получала только основной рацион. В результате у коров опытных групп увеличился надой молока, и оно стало более насыщенным и обогащённым полезными веществами.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (госзадание 37.2087.2014 К) «Разработка комплексной технологии переработки древесной зелени лесозаготовительной промышленности с получением экологически нейтральных продуктов для сельского хозяйства».
Список литературы:
1) Анашенков С.Ю., Чернышева О.А., Рощин В.И. Водно-щелочная экстракция древесной зелени. Химия растительного сырья №3, 2008. – с.65-70
2)Васильев С.Н., Рощин В.И., Ягодин В.И. Экстрактивные вещества древесной зелени сосны обыкновенной (обзор). Растительные ресурсы, Т32, вып. 2, 1995. – с.79-119
3) Короткий В.П., Рыжов В.А., Трубанов А.И., Рощин В.И., Баюнова Е.А., Прытков Ю.Н., Рыжова Е.С. Хвойно-энергетическая добавка. Патент РФ 2013 125728. Бюл. №34 от 10.12.2014.
4) Колодынская А.А., Разина Н.Ю., Рощин В.И. О различии в групповом составе экстрактивных веществ хвои и побегов сосны обыкновенной. Химия древесины. №3, 1984. — с.74-78
5) Левин Э.Д., Репях С.М. Переработка древесной зелени. М.:Лесная промышленность, 1984. – с.120.
6) Островский Т.М., Аксёнова Е.Г., Абиев Р.Ш, Рощин В.И., Васильев С.Н., Ягодин В.И. Эсктрактор для ревесной зелени. Патент РФ №2049808, Бюл.№ 34 от 10.12.1995.
7) Репях С.М., Левин Э.Д. Кормовые добавки из древесной зелени. М.: Лесная промышленность, 1988. – с. 96
8) Толстиков Г.А., Толстикова Т.Г., Шульц Э.Э., Толстиков С.Е., Хвостов М.В. Смоляные кислоты хвойных растений. Новосибирск.:, «Гео», 2011. – с.395
9)Ягодин В.И. Основы химии и технологии переработки древесной зелени. Л.: Ленингр. ун-та., 1981.- с.224[schema type=»book» name=»ЛИПОФИЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ «ХВОЙНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ДОБАВКИ» ИЗ ДРЕВЕСНОЙ ЗЕЛЕНИ СОСНЫ ДЛЯ РАЦИОНОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ» author=»Баюнова Елизавета Андреевна, Анашенков Сергей Юрьевич, Короткий Василий Павлович, Рощин Виктор Иванович» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-04-27″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 28.03.2015_03(12)» ebook=»yes» ]