ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА, 2013, № 1, с. 24-27
УДК 622.311.2:665.7.03.53
ФЕНОЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ СФАГНОВОГО ТОРФА © 2013 г. Г. В. Наумова, А. Э. Томсон, Н. А. Жмакова, Н. Л. Макарова, Т. Ф. Овчинникова
Институт природопользования НАН Беларуси, Минск Е-таИ: zhmakova@mail.ru Поступила в редакцию 20.04.2012 г.
Результаты исследований различных видов фенольных соединений, содержащихся в магеллани-кум-торфе различной степени разложения, показали, что он характеризуется высоким содержанием свободных фенольных соединений, включающих фенолкарбоновые кислоты, катехины, флаво-нолы. Показано, что рост степени разложения приводит к уменьшению в составе торфа фенолкар-боновых кислот, при одновременном значительном увеличении содержания флавонолов — важной группы биологически активных соединений фенольной природы.
Б01: 10.7868/80023117712060096
В последние годы уделяется значительное внимание торфу не только как источнику тепловой энергии, но и как экологически чистому органогенному сырью для химической переработки, на основе которого можно получать новые продукты и материалы, востребованные современным обществом.
Условия формирования торфяной залежи и участие в этом процессе разнообразной болотной флоры — от низших растений до древесных — приводит к образованию торфа различного химического состава с преобладанием тех или иных органических компонентов. Однако в пределах любого вида торфа существует четкая зависимость: чем глубже протекает процесс торфообра-зования, тем больше разрушаются растительные остатки и накапливаются более устойчивые вещества различных химических классов.
Уникальным в этом плане представляется накопление в природе многометровых слоев мало-разложившегося сфагнового торфа, формирующегося на основе сфагновых мхов.
Сфагновый торф широко распространен в природной среде. Наибольшее количество торфяных месторождений, сложенных таким торфом, сосредоточено в северном полушарии. Сфагновым торфом представлено большинство месторождений в Западной Сибири, в странах Балтийского региона и Скандинавии.
На территории Беларуси сосредоточены значительные ресурсы сфагнового торфа, залегающего преимущественно в северной части республики на неосвоенных крупных торфяных месторождениях верхового типа: Ельня, Оболь-2, Домжерицкое и др. (около 75% от общих запасов). В центральном регионе, восточной и юго-восточной части Беларуси также имеются месторождения верхового типа, сложенные сфагновым торфом (Ореховский мох, Славное, Есмановский мох, Острова Дулебы), в южном регионе — Кандель-Яловец.
Органическое вещество сфагнового торфа представлено преимущественно полисахаридами (углеводами), которые при этом тысячелетиями сохраняются в залежи в виде неразложившихся и малоразложившихся растительных тканей, несмотря на то, что они обычно являются первым объектом атаки микроорганизмов. Такую "самоконсервацию" сфагнового торфа в залежи принято связывать с присутствием в его составе биологически активных фенольных соединений. Сфагновый торф месторождений Беларуси детально исследован как гидролизное сырье, большинство работ посвящено оценке его углеводного комплекса, а изучению фенольных соединений уделено незаслуженно мало внимания.
Фенольные соединения — это неотъемлемая составляющая растений, при этом речь не идет о простейших фенолах, которые относятся к высокотоксичным соединениям и встречаются в составе растений крайне редко. Имеются в виду более сложные органические соединения, необычайно разнообразные по химическому строению, но содержащие в своем составе хотя бы одно ароматическое ядро и одну или более фенольные гидроксильные группы. К таким соединениям относятся фенолкарбоновые кислоты, флавонои-ды: катехины, антоцианы, флавоны, флавононы, оксикумарины и многие другие, а также конденсированные негидролизуемые соединения — дубильные вещества, лигнин. Функции этих соединений, их физиологическая роль в живой клетке чрезвычайно разнообразны. Они являются компонентами дыхательной системы, участвуют в процессе фотосинтеза, выполняют регуляторную роль в биохимических процессах, участвуют в ряде защитных механизмов, в формировании естественных барьеров на пути инфекции, активного антибиотического воздействия на возбудителя, в раневых и некротических реакциях, проявляют
Таблица 1. Общетехническая характеристика исследуемых образцов сфагнового торфа и мха
Образец Степень разложения, % рН водной вытяжки Ас, % Элементный состав, % горючей массы
С H N O + S
Магелланикум-мох - 4.65 1.9 48.0 5.7 0.8 45.5
Магелланикум-торф 5 4.59 2.1 48.3 5.7 0.9 45.1
То же 15 4.34 2.6 49.8 5.8 1.2 43.2
» 25 3.94 3.1 52.9 5.6 1.5 40.0
Таблица 2. Компонентный состав сфагнового магелланикум-торфа (месторождение Ореховский мох)
Степень
Компонентный состав торфа, % на daf
разложения, % битум (бензиновый) ВР ЛГ ТГ ГВ негидролизуе-мый остаток
Магелланикум-мох 1.5 11.5 52.8 29.1 - 5.1
5 1.4 7.6 46.7 26.5 12.8 5.0
15 2.8 5.2 39.7 25.3 19.8 7.2
25 3.9 3.7 31.0 23.6 27.7 10.1
антиоксидантную, антибактериальную, инсектицидную активность.
Фенольные соединения способны аккумулироваться в торфах в составе лигно-гуминового комплекса, а также присутствовать в виде низкомолекулярных свободных соединений, поэтому торф можно рассматривать как потенциальное сырье для получения биологически активных препаратов на их основе.
Объекты наших исследований — образцы наиболее распространенного на болотах Беларуси сфагнового торфа (Sphagnum magellanicum) различной степени разложения, а также его расте-ния-торфообразователя — мха Sphagnum magellanicum. Характеристика исследуемых образцов по степени разложения (R), зольности (Ас), кислотности (рН водной вытяжки), элементному составу и компонентному составу торфа, выполненная по методам, изложенным в [1], представлена в табл. 1 и 2.
Как видно из приведенных данных, сфагновый торф характеризуется низким содержанием минеральных веществ, кислой реакцией среды (рН 3.94—4.59). По содержанию кислорода, углерода и азота он при малой степени разложения (R 5%) проявляет сродство со сфагновым мхом, в то время как наиболее разложившийся торф несколько богаче углеродом и азотом, но беднее кислородом, что представляется закономерным, учитывая направленность торфогенных процессов.
В компонентном составе исследуемых образцов торфа при переходе от малой степени разложения (5%) к средней (15%) и наиболее высокой (25%) происходит увеличение выхода битумов, гуминовых веществ (ГВ), негидролизуемого остатка при одновременном снижении содержания в органическом веществе водорастворимых (ВР), легкогидролизуемых (ЛГ) и трудногидроли-
зуемых веществ (ТГ). Что касается сфагнового мха, то его компонентный состав, как и следовало ожидать, отличается самым высоким выходом полисахаридов различного строения (гемицел-люлоз и целлюлозы).
Исследовано содержание в этих торфах, а также в растении-торфообразователе — магеллани-кум-мхе, отдельных групп биологически активных соединений, а именно свободных фенольных соединений, а в их числе фенолкарбоновых кислот, катехинов и флавонолов.
Содержание свободных и летучих фенольных соединений в сфагновом торфе определяли общепринятыми методами [2], предусматривающими соответственно экстракцию этих соединений этиловым спиртом или их отгон из торфа водяным паром с последующим спектрофотометриче-ским измерением интенсивности окрашивания цветных продуктов, образующихся при взаимодействии фенольных соединений с реактивом Фолина-Дениса.
Для выделения катехинов, флавонолов и фенолкарбоновых кислот торф и мох экстрагировали этанолом (1:100). При изучении катехинов применяли известные в биохимии методы, изложенные в [3], фенолкарбоновые кислоты в пересчете на хлорогеновую определяли по [4]. Качественное и количественное определение флавонолов осуществляли спектрофотометрически с использованием для их разделения двумерной бумажной хроматографии [5]. Результаты определения свободных фенольных соединений в спиртовых экстрактах этих образцов представлены в табл. 3.
Как видно из приведенных данных, в сфагновом мхе их содержалось 13.0 мг/г сухого вещества, а в образцах сфагнового торфа — 8.8—12.3 мг/г. При этом наиболее высокий показатель их выхода (12.3 мг/г) характерен для торфа с минимальной
26
НАУМОВА и др.
Таблица 3. Содержание свободных фенольных соединений в магелланикум-мхе и торфе различной степени разложения
Образец Степень разложения торфа, % Свободные феноль-ные соединения, мг % в сухой массе
Магеллани- — 1300.0
кум-мох
Магеллани- 5 1230.0
кум-торф 15 990.0
25 880.0
Таблица 4. Содержание летучих фенольных соединений в сфагновом мхе и торфе
Степень Содержание летучих фенольных соединений
Образец разложения, % мг % в сухой массе % от суммы фенольных соединений
Магеллани- — 11 0.9
кум-мох
Магеллани- 5 10 0.8
кум-торф 15 7 0.7
25 6 0.7
Таблица 5. Содержание катехинов в магелланикум-тор-фе и мхе
Степень разложения торфа, % Содержание катехинов
Образец мг % в сухой массе торфа % от суммы фенольных соединений
Магеллани- — 71.5 5.5
кум-мох
Магеллани- 5 65.2 5.3
кум-торф 15 72.6 7.4
25 84.4 9.5
Таблица 6. Содержание фенолкарбоновых кислот в ма-гелланикум-мхе и торфе
Образец Степень разложения торфа, % Содержание фенолкар-боновых кислот
мг % в сухой массе торфа % от суммы фенольных соединений
Магеллани- — 86.0 6.6
кум-мох
Магеллани- 5 68.3 5.5
кум-торф 15 42.9 4.3
25 19.1 2.2
степенью разложения, в то время как наиболее разложившийся торф содержит соединений этой группы значительно меньше (8.8 мг/г). Следовательно, разложение сфагнового торфа в залежи под воздействием микрофлоры, физических и химических факторов приводит к постепенному снижению в нем свободных фенольных соединений, что может быть обусловлено их вымыванием и поступлением в болотные воды, а с другой стороны, являясь химически активными, они могут участвовать в синтезе высокомолекулярных фе-нолсодержащих компонентов торфа: фульвокис-лот, гуминовых кислот и др.
Значительный интерес представляло изучение содержания летучих фенольных соединений, которые определяли в составе водных отгонов
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.