Почтовый адрес: САФУ, Редакция «Лесного журнала», наб. Северной Двины, 17, г. Архангельск, Россия, 163002

Местонахождение: Редакция «Лесного журнала», наб. Северной Двины, 17, ауд. 1425, г. Архангельск

Тел/факс: (818-2) 21-61-18
Сайт: http://lesnoizhurnal.ru/
e-mail: forest@narfu.ru

архив

Региональные и возрастные изменения химического состава лигноуглеводной матрицы лиственной древесины (на примере осины populus tremula)

Версия для печати

М.А. Пустынная, М.А. Гусакова, К.Г. Боголицын

Рубрика: Химическая переработка древесины

Скачать статью (pdf, 0.5MB )

УДК

630*81+547.992.3

Аннотация

В настоящее время спрос на волокнистые полуфабрикаты для изготовления бумаги и картона существенно возрастает в результате увеличения их потребления. Совершенствование структуры потребления древесного сырья предусматривает увеличение доли быстрорастущей лиственной древесины, направляемой на переработку. Для управления технологическими процессами и качеством продукции необходимы данные о строении, составе и свойствах древесины, закономерностях превращения компонентов древесины на молекулярном и надмолекулярном уровнях при химическом и физическом воздействиях. Ряд таких факторов, как комплекс природно-климатических условий, возраст дерева и время рубки, оказывают влияние на содержание и распределение основных компонентов древесины даже в пределах одного вида. В последние десятилетия наблюдается активный интерес к древесине осины как с точки зрения генетических и биохимических исследований, так и с точки зрения перспективности сырья для целлюлозно-бумажной промышленности при выработке химико-термомеханической массы и др. волокнистых материалов. Цель работы – показать влияние абиотических факторов и продолжительности жизни на компонентный состав лиственной быстрорастущей древесины на примере осины. Для достижения поставленной цели необходимо: исследовать химический состав разновозрастной древесины осины, отобранной в разных климатических зонах; оценить влияние абиотических факторов на изменение содержания основных компонентов древесины и продолжительности жизни дерева на изменение содержания основных компонентов древесины. Для исследования была взята стволовая часть серокорой древесины осины (Populus tremula) возрастом от 10 до 45 лет. Полевой материал собран в естественных насаждениях в летний период на территории зон северной и средней тайги. В работе представлены результаты исследования компонентного состава разновозрастной древесины осины. Для достоверной оценки общего содержания лигнина в древесине осины необходимо учитывать содержание кислоторастворимой фракции. В более мягких климатических условиях зоны средней тайги по сравнению с зоной северной тайги преобладает биосинтез углеводных компонентов, что отражается в повышенном содержании целлюлозы в древесине. Полученные данные свидетельствуют о наличии зависимости содержания целлюлозы и лигнина от абиотических факторов, а также от возраста древесины. Можно отметить незначительные колебания содержания спирторастворимых экстрактивных веществ с возрастом, преимущественно этот показатель стабилен.

Сведения об авторах

М.А. Пустынная1, асп.
М.А. Гусакова1, канд. техн. наук, зав. лабораторией
К.Г. Боголицын1,2, д-р хим. наук, проф.
1Институт экологических проблем Севера УрО РАН, наб. Северной Двины, 23, г. Архангельск, Россия, 163000; e-mail: lobanova2806@gmail.com; тел.: (8182) 28-55-40
2Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова, наб. Северной Двины, 17, г. Архангельск, Россия, 163002

Ключевые слова

осина, абиотические факторы, целлюлоза, кислоторастворимый лигнин, лигнин Класона, экстрактивные вещества, легкогидролизуемые полисахариды

Литература

1. Атлас Архангельской области / Под ред. Д.Ф. Федорова. М.: ГУГК, 1976. 72 с.
2. Аким Э.Л., Молотков Л.К. Проект «Лиственница». Биорефайнинг осины // Целлюлоза. Бумага. Картон. 2011. № 8. С. 26–31.
3. Бессчетнов В.П., Бессчетнова Н.Н. Образование и лигнификация ксилемы плюсовых деревьев сосны обыкновенной // Лесн. жур. 2013. № 2. С. 45–52. (Изв. высш. учеб. заведений).
4. Боголицын К.Г., Резников В.М. Химия сульфитных методов делигнификации. М.: Экология, 1994. 420 с.
5. Браунс Ф.Э., Браунс Д.А. Химия лигнина. М.: Лесн. пром-сть, 1964. 864 с.
6. Бучельникова Я.В. Особенности использования осиновой древесины при производстве химико-термомеханической массы: дис. ... канд. техн. наук: М., 2011. 146 c.
7. Гелес И.С. Древесное сырье – стратегическая основа и резерв цивилизации. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2007. 500 с.
8. Горшкова Т.А. Биогенез растительных волокон. М.: Наука, 2009. 260 c.
9. Грушников О.П., Елкин В.В. Достижения и проблемы химии лигнина. М.: Наука, 1973. 296 с.
10. Ивантер Э.В., Коросов А.В. Элементарная биометрия. Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2010. 104 с.
11. Елисеев С.Г. Технические и эксплуатационные свойства древесины морфологических форм осины: дис. ... канд. тех. наук. Красноярск, 2010. 119 с.
ISSN 0536 – 1036. ИВУЗ. «Лесной журнал». 2015. № 1
12. Желдак В. Вопросы совершенствования нормативно-методического регламентирования лесоводственных мероприятий, сохранения и усиления экологической, природоохранной роли лесов // Устойчивое лесопользование. 2013. № 1 (34). С. 45 – 52.
13. Зарубин М.Я. Реакция лигнина при сольволизе растворами кислот и оснований: дис. … д-ра хим. наук. Л., 1976. 429 с.
14. Зубов И.Н., Хвиюзов С.С., Лобанова М.А., Гусакова М.А., Боголицын К.Г. Влияние абиотических факторов на формирование лигноуглеводной матрицы древесины можжевельника // Лесн. журн. 2012. № 1. С. 113–120. (Изв. высш. учеб. заведений).
15. Лебедев К.К. Исследования по химии лигнина. М.: Лесн. пром-сть, 1965. 292 с.
16. Михайлов Л.Е. Осинники: монография. М.: Лесн. пром-сть, 1972. 119 с.
17. Неволин В.Ф., Полубояринов О.И., Зарудная Г.И. Технология целлюлозно-бумажного производства. Справочные материалы. В 3 т. Т.1 Сырье и производство полуфабрикатов. Ч. I. СПб.: ЛТА, 2002. 432 с.
18. Никитин Н.И. Химия древесины и целлюлозы. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1962. 711 с.
19. Оболенская А.В., Ельницкая З.П., Леонович А.Л. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы. М.: Экология, 1991. 320 с.
20. Лигнины / Под ред. К.В. Сарканена и К.Х. Людвига; пер. с англ. М.: Лесн. пром-сть, 1975. 632 с.
21. Фенгел Д., Вегенер Г. Древесина (химия, ультраструктура, реакции). М.: Лесн. пром-сть, 1988. 512 с.
22. Чуйко В.А. Тенденции развития российской ЦБП // Целлюлоза. Бумага. Картон. 2012. № 1. С. 3 –7.
23. Browning B.L., Bublitz I.O. The isolation of holocellulose from wqqd // Tappi. 1953. Vol. 36, N. 10. P. 452–458.
24. McDonald I.R.C., Campbell W.G. Acid-soluble Lignin // Nature. 1952. N 169. P. 33.
25. Stumpf W., Freudenberg, K. Losliches Lignin aus Fichten-und Buchenholz // Angew. Chem. 537 p.

UDC 630*811; 630*812/813; 547.992.3
The Regional and Age-Related Changes of Hardwood Lignin-Carbohydrate Matrix Chemical Composition in Terms of Aspen (Populus Tremula)
M.A. Pustynnaya1, Postgraduate
M.A. Gusakova1, Candidate of Engineering
K.G. Bogolitsyn1,2, Doctor of Chemistry, Professor
ISSN 0536 – 1036. ИВУЗ. «Лесной журнал». 2015. № 1
1Institute of Ecological Problems of the North, Ural Branch of the Russian Academy
of Sciences, Naberezhnaya Severnoy Dviny, 23, Arkhangelsk, 163000; Russia;
e-mail: lobanova2806@gmail.com; ph.: (8182) 28-55-40
2Northen (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Naberezhnaya Severnoy Dviny, 17, Arkhangelsk, 163002, Russia
The demand for semi-finished fiber for paper and paperboard manufacturing is increased significantly as a result of their consumption. Improvement of wood raw material consumption structure leads to increase of fast-growing hardwood allocated for processing. Data on the structure, composition and properties of wood, wood components transformation regularities at the molecular and supramolecular levels in the chemical and physical impacts are needed for the industrial processing control and product quality. Several factors, such as complex of climatic conditions, age of a tree and felling time, influence on the content and distribution of the main components of wood, even within the same species. In recent decades many scientists pay their attention to the aspen wood in genetic and biochemical studies, and consider the aspen wood as a potential raw material for the pulp and paper industry in the development of chemi-thermomechanical pulp and some other fibrous materials. The purpose of this paper is to show the influence of abiotic factors and lifetime on the chemical composition of the fast-growing hardwood in terms of an aspen. To achieve this purpose it is necessary to:
- investigate the chemical composition of mixed-age aspen wood, selected in different climatic zones;
- evaluate the influence of abiotic factors on the content of the main components of wood;
- assess the impact of the tree life time to change the content of basic chemical components of wood.
The stick of aspen age from 10 to 45 years was felled for the study. Aspen wood was collected in the natural stands in the summer on the territory of the northern and central areas of the taiga. The paper presents the results of a study of volume components of the all-aged wood of aspen (Populus tremula). For a reliable assessment of the total value of the lignin content at aspen wood it is necessary to consider the content of acid-soluble fraction, which increases the value of lignin in wood. Mild climate conditions of the middle taiga allow the carbohydrate components biosynthesis to dominate, which is reflected in the higher content of cellulose compared with the samples from the northern taiga. These data indicate the dependencies of the content of cellulose and lignin on the abiotic factors, and the dependencies of the age of wood and the lignin content. As for the changes in the content of alcohol-soluble extractives with aging we can note the minor variations and the stable pattern in their content.
Keywords: aspen, abiotic factors, cellulose, acid-soluble lignin, Klason lignin, extractives, hydrolyzable polysaccharides.
REFERENCES
1. Atlas Arhangel'skoj oblasti [Atlas of the Arkhangelsk Region]. Ed. by D.F. Fedorov. Мoscow, 1976. 72 p.
2. Akim E.L., Molotkov L.K. Proekt «Listvennica». Biorefajning osiny [The Project "Larch". Biorefayning of Aspen]. Tselluloza. Bumaga. Karton, 2011, no. 8, pp. 26 - 31.
3. Besschetnov V.P., Besschetnova N.N. Obrazovanie i lignifikacija ksilemy pljusovyh derev'ev sosny obyknovennoj [Formation and Lignification of the Xylem of Scots Pine Seed-Production Trees]. Lesnoy zhurnal, 2013, no. 2.
ISSN 0536 – 1036. ИВУЗ. «Лесной журнал». 2015. № 1
4. Bogolitsyn K.G., Reznikov V.M. Himija sul'fitnyh metodov delignifikacii [Chemistry of Sulfite Methods of Delignification]. Мoscow, 1994. 420 p.
5. Brauns F.E., Brauns D.A. Himija lignina [Chemistry of Lignin]. Мoscow, 1964. 864 p.
6. Buchelnikova Ya.V. Osobennosti ispol'zovanija osinovoj drevesiny pri proizvodstve himiko-termomehanicheskoj massy: dis. ... kand. tech. nauk [Usage Features of Aspen Wood in the Manufacture of Chemithermomechanical Pulp: Cand. Eng. Sci. Diss.]. Moscow, 2011. 146 p.
7. Geles I.S. Drevesnoe syr'e - strategicheskaja osnova i rezerv civilizacii [Wood Raw Materials - a Strategic Framework and Provision of Civilization]. Petrozavodsk, 2007. 500 p.
8. Gorshkova T.A. Biogenez rastitel'nyh volokon [Biogenesis of Plant Fibers]. Мoscow, 2009. 260 p.
9. Grushnikov O.P., Yolkin V.V. Dostizhenija i problemy himii lignina [Achievements and Challenges of Lignin Chemistry]. Мoscow, 1973. 296 p.
10. Ivanter E.V., Korosov A.V. Jelementarnaja biometrija [Elementary Biometrics]. Petrozavodsk, 2010. 104 p.
11. Yeliseev S.G. Tehnicheskie i jekspluatacionnye svojstva drevesiny morfologicheskih form osiny: dis. ... kand. tech. nauk [Technical and Operational Properties of Wood of Morphological Forms of Aspen: Cand. Eng. Sci. Diss.]. Krasnoyarsk, 2010. 119 p.
12. Zheldak V. Voprosy sovershenstvovanija normativno-metodicheskogo reglamentirovanija lesovodstvennyh meroprijatij, sohranenija i usilenija jekologicheskoj, prirodoohrannoj roli lesov [Questions to Improve the Regulatory and Methodical Regulation of Silvicultural Events, Conservation and Consolidation of Ecological, Environmental Role of Forests]. Ustoichivoye lesopolzovanie, 2013, no. 1 (34), pp. 45 - 52.
13. Zarubin M.Ya. Reakcija lignina pri sol'volize rastvorami kislot i osnovanij: dis. … dokt. him. nauk [Reaction of Lignin at Solvolysis by Acids and Bases Solutions: Dr. Chem. Sci. Diss.]. Leningrad, 1976. 429 p.
14. Zubov I.N., Khviyuzov S.S., Lobanova M.A., Gusakova M.A., Bogolitsyn K.G. Vlijanie abioticheskih faktorov na formirovanie lignouglevodnoj matricy drevesiny mozhzhevel'nika [Influence of Abiotic Factors on the Formation of Lignin-Carbohydrate Matrix of Juniper Wood]. Lesnoy zhurnal, 2012, no. 1, pp. 113 – 120.
15. Lebedev K.K. Issledovanija po himii lignina [Studies on the Chemistry of Lignin]. Moscow, 1965. 292 p.
16. Mikhailov L.E. Osinniki: monograf. [Aspen: Monograph]. Мoscow, 1972. 119 p.
17. Nevolin V.F., Poluboyarinov O.I., Zarudnaya G.I. Tehnologija celljulozno-bumazhnogo proizvodstva [Technology of Pulp and Paper Production]. Saint Petersburg, 2002, vol. 1. 432 p.
18. Nikitin N.I. Himija drevesiny i celljulozy [Chemistry of Wood and Cellulose]. Мoscow – Leningrad, 1962. 711 p.
19. Obolenskaya A.V., Yelnitskaya Z.P., Leonovich A.L. Laboratornye raboty po himii drevesiny i celljulozy [Laboratory Works on the Chemistry of Wood and Cellulose]. Мoscow, 1991. 320 p.
20. Sarkanen K.V. Ligniny (struktura, svojstva, reakcii) [Lignans (Structure, Properties, Reaction)]. Мoscow, 1975. 632 p.
21. Fengel D., Vegener G. Drevesina (himija, ul'trastruktura, reakcii) [Wood (Chemistry, Ultrastructure, Reactions)]. Мoscow, 1988. 512 p.
22. Chuiko V.A. Tendencii razvitija rossijskoj CBP [Trends in the Development of the Russian Pulp and Paper Industry]. Tselluloza. Bumaga. Karton, 2012, no. 1, pp. 3 -7.
23. Browning B.L., Bublitz I.O. The Isolation of Holocellulose from Wood. Tappi, 1953, no. 36, pp. 452-458.
ISSN 0536 – 1036. ИВУЗ. «Лесной журнал». 2015. № 1
24. McDonald I. R. C., Campbell W. G. Acid-Soluble Lignin. Nature, 1952, no. 169, p. 33.
25. Stumpf, W., Freudenberg, K. Lösliches Lignin aus Fichten- und Buchenholz. Angewandte Chemie, 1950, vol. 62, no. 22, p. 537.

DOI:

10.17238/issn0536-1036.2015.1.133