CC BY
255
УДК 615.322
ФРАКЦИОННЫЙ СОСТАВ ЭФИРНОГО МАСЛА СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ
© Н.В. Чекушкина, Т.В. Невзорова, А.А. Ефремов
Красноярский государственный аграрный университет, пр. Мира, 90,
Красноярск, 660049 (Россия)
Методом хромато-масс-спектрометрии исследован компонентный состав эфирного масла хвои сосны обыкновенной, собранной в сентябре. Показано, что содержание монотерпенов составляет не более 50% и состав масла изменяется по мере его выделения: содержание легколетучих уменьшается, а содержание труднолетучих увеличивается с течением времени отгонки.
Ключевые слова: сосна, эфирное масло, монотерпены.
Введение
Сибирский федеральный округ занимает территорию в 5,1 млн. кв. км - 30% площади России, в пределах которой проживает 20,3 млн. человек - 13,7% общей численности населения России [1]. Он объединяет 16 субъектов Российской Федерации, а именно: четыре республики (Алтай, Бурятию, Туву, Хакасию); два края (Алтайский и Красноярский); шесть областей (Кемеровскую, Новосибирскую, Омскую, Томскую, Иркутскую, Читинскую); четыре автономных округа (Агинский-Бурятский, Таймырский, Усть-Ордынский-Бурятский, Эвенкийский).
Общая площадь лесов всех субъектов федерации, входящих в Сибирский федеральный округ, составляет 2,6 млн. кв. км (треть общей площади). Лесами покрыт 51% территории федерального округа, но распределены они неравномерно. Самую высокую лесистость имеют Иркутская (78%) и Читинская (66%) области, Бурятия (63%); самую низкую - Омская (18%) и Новосибирская (13%) области (табл. 1).
В сибирских лесах преобладают хвойные породы деревьев. Среди них наиболее распространенной и ценной является сосна. Это основной объект лесозаготовок. Самые продуктивные леса, в которых произрастает знаменитая ангарская сосна, расположены в бассейнах Ангары и Енисея. Общие запасы древесины в Сибирском федеральном округе оцениваются в 30-36 млрд. кубометров, эксплуатационные - в 10-15 млрд. кубометров. Основная часть запасов сосредоточена в Восточной Сибири.
Таблица 1. Лесистость регионов, входящих в Сибирский федеральный округ
Территория Площадь территории, тыс. кв. км Покрытая лесом площадь, тыс. кв. км Лесистость, %
Иркутская обл. 767,9 593,4 78
Читинская обл. 431,5 287,1 66
Бурятия 351,3 222,8 63
Томская обл. 316,9 170,3 54
Кемеровская обл. 95,5 45,8 48
Красноярский край 2401,6 1112,6 46
Тува 170,5 76,7 45
Алтайский край 261,7 49,3 19
Омская обл. 139,7 25,3 18
Новосибирская область 178,2 23,8 13
Итого по округу 5114,8 2607,1 51
По России в целом 17075,4 7681,5 45
* Автор, с которым следует вести переписку.
В среднем по округу на 1 га лесопокрытой площади приходится 129 м3 древесины. Ежегодный объем прироста древесины в Сибири оценивается примерно в 300-400 млн. м3. Это больше, чем общий объем лесозаготовок в бывшем СССР в период максимальных рубок. Почти половина всех лесов относится к категории спелых и перестойных, поэтому крайне важно вовремя изымать ресурсы.
Ресурсы древесных растений можно разделить на непосредственно ствол дерева (древесина), пни, сучья и ветки, древесная зелень, шишки. До последнего времени в лесной промышленности признавали ценными только ствол дерева, а хвою, мелкие побеги и сучья считали отходами производства. В то же время известно, что именно в этих частях древесной растительности под действием солнечного света образуются многочисленные биологически активные соединения. Часть этих веществ расходуется на синтез основных элементов, таких как клетчатка и лигнин, другая регулирует жизненные процессы самого организма, выполняет защитные функции и откладывается про запас [2].
К наиболее важному классу биологически активных веществ древесной зелени относятся эфирные масла. Эфирные масла - сложная смесь терпеновых углеводородов и их производных, продуцируемых в условиях жизнедеятельности самого растения [3, 4].
При изучении древесной зелени наибольшее количество работ посвящено изменчивости компонентного состава [5-10]. Было изучено влияние условий роста и развития деревьев на выход и состав масла. В качестве объектов исследования взята древесная зелень сосны, кедра, пихты, ели и лиственницы - основных хвойных лесообразующих пород Красноярского края.
Однако состав эфирных масел хвойных пород, описанный в литературе, далеко не полный. Так, в работах [8-10] при исследовании состава эфирного масла сосны обыкновенной авторы указывают лишь на содержание монотерпенов, а также отмечается, что среди высококипящих компонентов преобладает борнилацетат. Однако очевидно, что кроме борнилацетата в сосновом эфирном масле должны присутствовать и другие сесквитерпе-ны, качественный и количественный состав которых практически не изучен. Это стало возможным в связи с тем, что в настоящее время появился наиболее информативный хромато-масс-спектрометрический метод. Этот метод, как известно, позволяет проводить качественный и количественный анализ всех компонентов сложных смесей, включая концентрации в десятые и сотые доли процентов [11].
В этой связи в данной работе исследован состав эфирного масла хвои сосны обыкновенной, произрастающей в Емельяновском районе Красноярского края, изучена динамика отгонки масла и компонентный состав отдельных фракций, выделяющихся в разный временной интервал.
Экспериментальная часть
Исходное сырье собирали в июле с 35 деревьев, проба усреднялась, высушивалась в тени при 20-25 °С. Эфирное масло получали методом гидродистиляции, исходя из навески воздушно - сухого сырья 1,0-1,5 кг, влажность и зольность исходного сырья определяли согласно ГОСТ 24027.0-80 [12]. Полученное эфирное масло количественно собирали в процессе отгонки, взвешивали и тем самым определяли его выход. Состав эфирного масла определяли на хроматографе Hewlett-Packard 5890/11с квадрупольным масс-спектрометром HP MSD 5971 в качестве детектора с использованием колонки длиной 30 м с фазой 5% дифенил-95% диметилси-локсан с внутренним диаметром 0,25 мм. Условия хроматографирования: изотермический режим при 50 °С в течение трех минут, затем программированный подъем температуры со скоростью 6 °С /мин до 250 °С с выдержкой при конечной температуре 30 мин. Температура испарителя 280 °С, температура ионизационной камеры - 170 °С, энергия ионизации - 70 эВ. Содержание компонентов вычисляли по площадям пиков, идентификацию отдельных компонентов проводили сравнением времен удерживания и полных масс-спектров с соответствующими данными компонентов эталонных масел и чистых соединений.
Результаты и их обсуждение
Как показали результаты анализов, исходное сырье - воздушно-сухая хвоя сосны обыкновенной, влажность сырья - 4,90%, зольность - 1,89%. Выход эфирного масла, определенный в пяти параллельных опытах, составил 1,77±0,06% в расчете на абсолютно сухое сырье. Полученное эфирное масло хвои сосны обыкновенной имело плотность 0,8772 г/см3, показатель преломления - 1,4790.
Изучение динамики выделения эфирного масла показало, что данный процесс можно разделить на три временных интервала: в первый интервал времени наблюдается практически линейная зависимость количе-
ства выделившегося масла от времени. Этот интервал времени определяется количеством исходного сырья и скоростью подачи пара. В наших условиях он составлял 30-40 мин. В третий временной интервал наблюдается бесконечно малое увеличение количества масла с течением времени и он начинается в наших условиях примерно через 8-10 ч. Второй временной интервал характеризуется переходной областью, когда количество выделившегося масла более сложным образом зависит от времени отгонки.
Для более полного описания процесса выделения эфирного масла сосны обыкновенной собирали отдельные фракции по мере его выделения и анализировали показатель преломления и фракционный состав. Оказалось, что показатель преломления отдельных фракций изменяется по мере выделения масла, что свидетельствует об изменении состава масла.
состав отдельных фракций полученного эфирного масла, установленный с использованием хромато-масс-спектрометрии, приведен в таблице 2.
Полученные данные свидетельствуют о том, что основными компонентами масла среди монотерпенов являются а-пинен, камфен, Д3-карен, лимонен. Среди сесквитерпенов основные: кариофиллен, селинен, му-ролен, кадинен, спатуленол, кадинол и некоторые другие. Следует отметить, что содержание монотерпенов в эфирном масле сосны обыкновенной в этом случае составляет менее половины - 49,4%.
Анализ отдельных фракций эфирного масла, полученных в динамике отгонки, показал, что состав эфирного масла сосновой хвой изменяется по мере отгонки: содержание легких фракций, таких как пинен, кам-фен, карен, лимонен уменьшается со временем отгонки, содержание таких труднолетучих соединений, как гермакрен, муролен, кадинен, увеличивается с течением времени отгонки.
Таблица 2. Природа биологически активных веществ эфирного масла сосны обыкновенной (масс. % от цельного масла)
Время удерживания, мин Компонент Содержание компонентов, % масс.
Фракция 1 Фракция 2 Фракция 3 Фракция 4 Фракция 5 Фракция 6 Цельное масло
4,73 (-)-а-пинен 0,71 0,79 0,90 0,77 0,69 0,69 0,72
5,26 (+)-а-пинен 51,6 35,5 28,4 23,87 21,97 21,14 27,89
5,47 камфен 7,43 4,73 5,03 3,75 3,28 2,61 3,92
6,11 фелландрен 3,65 2,25 2,55 1,78 1,54 1,46 2,38
6,39 мирцен 1,57 0,96 0, 99 0,62 0,48 0,55 1,03
7,07 Д3-карен 13,34 9,55 9,35 7,01 6,34 6,40 9,34
7,35 т-цимен 0,36 0,39 0,53 0,43 0,41 0,21 0,40
7,51 лимонен 1,80 1,31 1,59 1,07 0,88 0,77 1,45
8,01 Р-цис-оцимен 0,48 0,41 0,57 0,50 0,50 0,50 0,49
9,28 л 4 Д -карен 0,52 0,58 0,74 0,70 0,97 0,58 0,67
15,83 борнилацетат 0,63 0,90 1,08 1,02 1,41 1,35 1,11
17,92 а-кубебен 0,50 0,98 1,27 1,54 1,89 1,94 1,22
18,80 бурбонен 0,89 1,62 1,40 1,45 1,61 1,42 1,19
20,26 Р-кариофиллен 3,76 7,40 6,85 6,47 7,62 7,31 6,61
20,80 аромадендрен 0,49 1,08 0,99 1,05 1,32 1,31 0,95
21,25 а-кариофиллен 0,71 1,76 1,49 1,52 1,52 1,34
21,98 копаен 0,93 2,01 2,00 1,72 2,43 2,53 1,92
22,12 гермакрен 0,77 1,82 1,59 1,48 1,56 1,23 1,46
22,29 Р-селинен 0,79 1,80 1,91 2,22 2,29 2,12 1,83
22,56 а-селинен 0,89 2,35 2,31 2,36 2,71 2,63 2,98
22,69 а-муролен 0,67 1,59 1,97 2,32 2,45 2,79 2,20
23,17 у-кадинен 3,05 7,94 8,98 11,21 10,74 11,12 9,47
23,44 Д-кадинен 4,44 12,22 14,48 18,75 18,80 20,32 18,58
23,84 эпицонарен - - 0,66 0,78 0,79 0,72 0,77
24,53 а-калакорен - - 0,32 0,23 0,47 - 0,23
25,11 спатуленол - - 0,95 1,50 1,32 1,56 1,62
25,20 эвдесмен - - - - 0,68 0,91 0,54
26,45 кариофилленоксид - - - 0,58 0,45 1,30 0,47
26,95 т-кадинол - - 0,65 1,69 2,14 2,60 3,31
27,29 а-кадинол - - - 0,77 1,14 1,59 2,03
Заключение
Таким образом, с использованием метода хромато-масс-спектрометрии установлен качественный и количественный состав эфирного масла хвои сосны обыкновенной, произрастающей в Емельяновском районе Красноярского края. Кроме того, установлено, что компонентный состав эфирного масла изменяется по мере отгонки с увеличением количества труднолетучих соединений с течением времени отгонки масла.
Список литературы
1. Суходолов А.П. Лесные ресурсы Сибирского федерального округа: эффективность использования // Ресурсы регионов России. 2001. №5. С. 13-16.
2. Левин Э.Д., Репях С.М. Переработка древесной зелени. М., 1984. 120 с.
3. Войткевич С.А., Хейфиц Л.А. От древних благовоний к современным парфюмерии и косметике. М., 1997. 215 с.
4. Лоулес Д. Энциклопедия ароматических масел. М., 2000. 287 с.
5. Лир Х., Польстер Г., Фидлер Г.И. Физиология древесных растений. М., 1974. 422 с.
6. Мамаев С.А. Формы внутривидовой изменчивости древесных растений. М., 1972. 284 с.
7. Пигулевский Г.В. Образование и превращение эфирных масел и смол у хвойных. Л., 1939. 107 с.
8. Чуркин С.П. Изучение состава эфирного масла сосны обыкновенной // Экстрактивные вещества древесных пород Сибири. Красноярск, 1972. С. 42-47.
9. Кисловская Т.П. Биологически активные вещества культур сосны и ели Среднего Урала // Лесные биологические вещества. Хабаровск, 2001. С. 296-297.
10. Колесникова Р.Д., Тагильцев Ю.Г. Особенности химического состава и физико-химических характеристик хвойных эфирных масел разных стран мира // Лесные биологические вещества. Хабаровск, 2001. С. 202-207.
11. Белоусова Н.И., Хан В.А., Ткачев А.В. Химический состав эфирного масла багульников // Химия растительного сырья. 1999. №3. С. 5-39.
12. ГОСТ 24027.2-80. Сырье лекарственное растительное.
Поступило в редакцию 21 апреля 2007 г.
