Химический состав и свойства коры

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Химический состав и свойства коры

Химический состав древесной коры резко отличается от состава соответствующей древесины. Это отличие обусловлено разным анатомическим строением коры и древесины и назначением в жизнедеятельности растущего дерева. Кора содержит значительно больше экстрактивных веществ, чем древесина. Клетки тканей луба отличаются от клеток корки повышенным содержанием Уроновых кислот и пентозанов, отсутствием суберина. Оболочки ситовидных клеток состоят из целлюлозы, гемицеллюлоз и не содержат лигнина.

При сплаве из коры вымываются органические вещества и изменяется физико-химическое состояние смол.

В табл. приводится химический состав коры сосны и ели [8].

Как видно из данных табл. 14, химический состав луба и корки различен. В лубе по сравнению с коркой содержится больше экстрактивных веществ, уроновых кислот и пентозанов, меньше лигнина.

Основная особенность коры - содержание в ней большого количества экстрактивных веществ, которые могут быть извлечены различными растворителями.

В табл. приведен химический состав коры сплавной древесины [9].

Сравнение химического состава коры со свежесрубленной древесины с корой сплавной древесины показывает, что последняя характеризуется относительно низким содержанием водорастворимых веществ и более высоким содержанием золы, целлюлозы и пентозанов.

Кислотность (рН) коры. Кислотность имеет важное значение для разработки способов промышленного использования коры, особенно при переработке коры на гумус (удобрения для почвы), производстве плит из коры и химической переработке.

По данным СвердНИИПДрев [10, 11], рН водной вытяжки коры ели со свежесрубленной древесины составляет 4,47-4,49. Кислотность рН мало меняется с изменением температуры обработки:

Исследования, проведенные [46] на необработанной и экстрагированной холодной водой коре семи западных пород США, показали, что рН необработанной коры колебался от 3,2 у западного красного кедра до 4,9 у ситхинской ели, а рН экстрагированной коры колебался от 3,8 у дугласовой пихты до 6,4 у ситхинской ели.

Р. Мартин и Г. Грей [46] исследовали рН коры девяти разновидностей сосны, произрастающей в США. Кислотность рН коры определяли в зависимости от расположения коры по высоте дерева. Кору предварительно измельчали до фракции 40 меш. Кислотность рН различных видов сосны колебалась в пределах от 3,2 до 3,8. Исследованиями установлено, что большое влияние на величину рН оказывает величина содержания луба в коре. Так, рН коры, взятой от вершины деревьев, была выше, чем коры, взятой Пот комля.

Содержание редуцирующих веществ (РВ) в коре. В ЦНИИМОД и СвердНИИПДрев проводились исследования по определению редуцирующих веществ коры.

По данным СвердНИИПДрев [11], содержание РВ в коре несплавной древесины уральских пород составляет: у ели 2,43%; у сосны 1,88%.

В ЦНИИМОД проводилось сравнительное определение содержания РВ в коре древесины, поступающей сплавом и путем сухопутной доставки.

Содержание РВ в коре сплавной древесины составляет для ели 0,83%; у сосны 0,75%,; в коре несплавной древесины соответственно - 2,25% и 2,10%.

Данные показывают, что количество редуцирующих веществ в коре ели и сосны сплавной древесины примерно в 3 раза меньше по сравнению с количеством редуцирующих веществ в коре несплавной древесины.

Содержание минеральных веществ и примесей в коре (зольность). Содержание минеральных веществ и примесей в коре значительно выше, чем в древесине. Это объясняется не только наличием минеральных отложений в период роста дерева, но и значительным загрязнением коры при заготовке и транспортировке.

По данным В. И. Шаркова [8], зольность коры в свежесрубленном состоянии составляет: у луба сосны 2,2%, корки 1,4%; у луба ели 2,3%, корки 2,3%.

По данным А. Е. Соснина [9], зольность коры сплавной древесины сосны составляет 6,1%, елн 5,2%.

Зависимость зольности коры от способа транспортировки древесины к местам переработки видна из следующих данных: у ели при сухопутной доставке зольность составляет 2,1%, а при сплаве 5,6% (7].

В ЦНИИМОД была определена зольность коры сплавной древесины сосны и ели в зависимости от диаметра бревен. Сравнивалась зольность коры древесины, поступающей непосредственно в окорочную станцию, и коры, отмытой от минеральных примесей (образцы отбирали из одного и того же места бревна).

Результаты определений приведены в табл.

Химический состав коры деревьев резко отличается от химического состава древесины (ксилемы). Нужно также отметить, что внутренняя и внешняя части коры, имеющие разное функциональное назначение и соответственно строение, существенно отличаются друг от друга и по составу. Но достаточно часто анализ химического состава коры делается без разделения ее на луб и корку.

Отличительной особенностью химического состава коры является высокое содержание экстрактивных веществ и наличие неких специфичных компонентов, не удаляемых нейтральными растворителями. Последовательным экстрагированием растворителями с увеличивающейся полярностью из коры разных видов извлекают от 15 до 55% ее массы. Следующая обработка 1%-м раствором NaOH дополнительно растворяет от 20 до 50% массы. В результате таких поочередных обработок древесная кора теряет от 10 до 75% собственной массы. При всем этом из коры удаляются не только некоторая часть гемицеллюлоз, но и такие специфические составляющие, как суберин и полифенольные кислоты коры, которые нельзя относить к экстрактивным веществам. Особенности строения и химического состава коры вызывают определенные трудности при ее анализе и требуют модифицирования методик, разработанных для анализа древесины, а именно, введения дополнительных предварительных обработок водным и спиртовым растворами и фоксида натрия. В противном случае наличие суберина и полифенольных кислот может привести к значительному завышению результатов определения холоцеллюлозы и лигнина. Кора если сравнивать с древесиной содержит больше минеральных веществ (1,5...5,0%). Иногда это обусловлено отложением в коре кристаллов карбонатов. Зольность коры в значительной степени зависит от условий произрастания дерева (состава и влажности почвы и др.).

Массовая доля холоцеллюлозы в коре приблизительно в 2 раза меньше, чем в древесине, при этом в лубе ее содержание выше, чем в корке. Целлюлоза в коре, как и в древесине, является главным полисахаридом, но в отличие от древесины ее нельзя назвать преобладающим компонентом коры В литературе для массовой доли целлюлозы в непроэкстрагированных образцах коры приводятся значения от 10 до 30%.

Как и в древесине, главные гемицеллюлозы коры хвойных пород -- глюкоманнаны и ксиланы, а лиственных -- ксиланы. В стенках пробковых клеток найден глюкан -- каллоза. Каллоза появляется и во флоэме в качестве вещества, закупоривающего ситовидные пластинки. Обращает на себя внимание довольно большая массовая доля уроновых кислот в коре, особенно в тканях луба, что связывают с высоким содержанием пектиновых веществ. С этим согласуется значительно большее количество водорастворимых полисахаридов в коре по сравнению с древесиной Состав пектиновых веществ коры существенно не отличается от состава этих веществ в древесине. Отмечают только более высокое содержание арабинозы. древесина кора зольность холоцеллюлоза

Как уже подчеркивалось, нужно осторожно относиться к имеющимся в литературе данным по определению лигнина и других компонентов в коре. К примеру, для сосны ладанной (Pinus taeda) интервал результатов определения лигнина в коре весьма широк: от 20,4 до 52,2%. Различия могут быть обусловлены внедрением различных способов подготовки образцов коры к анализу и проведения самого анализа.

Лигнин в тканях коры распределен менее равномерно, чем в древесине. Внешний слой коры наиболее лигнифицирован, чем внутренний. Наиболее лигнифицированы стенки каменистых клеток. Лигнин также содержится в стенках волокон и некоторых типов паренхимных клеток флоэмы и корки. Распределение лигнина среди разных видов клеток в коре имеет сильные видовые различия. Лигнин коры наиболее конденсирован, чем в древесине этой же древесной породы, что в какой то степени подтверждается данными по делигнификации коры. Кора труднее делигнифицируется, чем древесина.

Суберин. Характерным компонентом наружного слоя коры является суберин продукт сополиконденсации, главным образом, высших (С16...С24) насыщенных и одноненасыщенных алифатических а, дикарбоновых кислот с гидроксикислотами (последние могут быть дополнительно гидроксилированы). Участие в поликонденсации мономеров с 3-мя и более многофункциональными группами (карбоксильными, гидроксильными) приводит к образованию сложного полиэфира с сетчатой структурой. Некоторые исследователи допускают существование и простых эфирных связей. В результате суберин невозможно выделить из коры в неизмененном виде, так как он не экстрагируется нейтральными растворителями, а сложноэфирные связи делают его весьма лабильным компонентом. Из коры суберин выделяют в виде субериновых мономеров после омыления водным или спиртовым растворами щелочи и разложения образовавшегося суберинового мыла минеральной кислотой.

Суберин содержится в перидерме, в том числе и в раневой. Он локализуется в пробковых клетках, являясь составной частью клеточной стенки. Пробковые ткани пробкового дуба содержат 42...46% суберина, бразильского тропического дерева паосанта (Kielmeyera coriacea ) -- 45%, а пробковые клетки березы бородавчатой -- 45% суберина. Массовая доля суберина во внешнем слое коры изредко превышает 2...3%, но есть древесные породы, отличающиеся высоким содержанием суберина. В вышеперечисленных древесных породах субериновые мономеры составляют 20...40% массы внешней части коры. Характерной особенностью пробковой ткани березы -- бересты является накопление наряду с суберином тритерпенового спирта -- бетулина. Состав субериновых мономеров весьма разнообразен. Кроме упомянутых выше дикарбоновых и гидроксикислот, в состав субериновых мономеров входят одноосновные жирные кислоты, одноатомные высшие жирные спирты (до 20% массы суберина), фенольные кислоты, дилигнолы (димеры фенилпропановых единиц) и другие.

Полифенольные кислоты. Как уже отмечалось, обработкой предварительно проэкстрагированной нейтральными растворителями коры 1%-м водным раствором NaOH извлекается до 15...50% материала, представляющего собой группу фенольных веществ, обладающих кислыми свойствами. Это дало повод назвать их полифенольными кислотами. Однако в них обнаружены не карбоксильные, а карбонильные группы. После осаждения из щелочного раствора лодкислением минеральными кислотами полифенольные кислоты становятся частично растворимыми в воде и полярных органических растворителях. По всей вероятности, «полифенольные кислоты» -- полимерные вещества флавоноидного типа, родственные конденсированным танинам и способные поэтому в щелочной среде претерпевать перегруппировку с появлением карбонильных групп.

В заключение следует подчеркнуть, что существенные различия в строении и химическом составе коры и древесины обусловливают необходимость раздельной переработки этих составных частей биомассы дерева как с технологической, так и с экономической точек зрения. Однако существующие методы удаления коры (окорки) сопряжены с потерями древесины. В отходах окорки наряду с корой содержится значительное количество древесины, что осложняет химическую переработку такого сырья. Разнообразие представленных в коре химических соединений делает привлекательной идею извлечения наиболее ценных компонентов. Развитие данного направления утилизации коры сдерживается относительно низким содержанием извлекаемых компонентов. Вследствие этого основные направления переработки коры все еще ограничены ее утилизацией как органического материала в качестве топлива, в сельском хозяйстве и т.п. Редкие примеры использования коры отдельных древесных пород для выделения дубильных веществ, производства пробки, получения дегтя (из бересты березы) и выделения из коры растущих деревьев пихты пихтового бальзама не улучшают, к сожалению, общую картину неэффективного использования содержащихся в коре ценных органических соединений.

Размещено на Allbest.ru