Функции хвои (фотосинтетическая активность), смолистость и механические свойства зависят от количественного соотношения ассимиляционных, проводящих и механических тканей, которое, в свою очередь, зависит от древесной породы, по колеблется даже в пределах одного и того же рода. Так, проводящая система наиболее развита в хвое различных видов сосны и слабо у ели. Лиственница и пихта занимают промежуточное положение.

Развитие листа, в том числе и хвои - сложный процесс, связанный с делением меристематических клеток, дальнейшим ростом вновь образовавшихся клеток, их дифференциацией и развитием проводящей системы. Через определенное время про­исходит опадение листьев перед наступлением зимы. У хвойных деревьев одновре­менного ежегодного опадения листьев нет (за исключением лиственницы), но перио­дически часть хвои отмирает и заменяется новой.

Листья деревьев, главным образом хвою, используют в лесохимии как сырье, заготавливаемое в виде так называемой древесной зелени. В технологии переработки древесной зелени под хвойной древесной зеленью понимают хвойную лапку, т.е. охвоенные побеги. Для характеристики такого сырья его разделяют на хвою, кору и древесину. Наиболее ценные части, богатые биологически активными веществами, - хвоя и кора.

Анатомическое строение древесины, входящей в древесную зелень, в основных деталях не отличается от строения древесины ствола (стебля). По определению Яценко-Хмелевского, побег представляет собой облиственный (охвоенный) стебель. От ствола дерева отходят ветви первого порядка, от них ветви второго порядка и т.д. вплоть до побегов. Верхушки побегов содержат меристематическую ткань (верхушечную, или апикальную, меристему). В этих верхушках и возникают листья. В побегах (без хвои) очень велика доля паренхимных клеток за счет значительного объема (до 70%) молодой коры, что и приводит к высокому содержанию биологически активных веществ.

Практическое использование хвойной древесной зелени обусловлено ее особым химическим составом, наличием не только биологически активных соединений (витамина С, каротина, ферментов, гормонов и др.), но и ценных питательных веществ (протеина в количестве 8 . 15%, жиров- 5 .8%, легкоперевариваемых углеводов-до 3%). Это позволило разработать технологию промышленной заготовки и переработки древесной зелени с получением хвойной витаминной муки и других кормовых добавок, пихтового эфирного масла, хвойного экстракта, хлорофилло-каротиновой пасты, других биологически активных препаратов. Перспективной считают переработку и лиственной древесной зелени.

В химическом составе хвойной древесной зелени можно выделить те же самые основные высокомолекулярные компоненты древесины - целлюлозу, гемицеллюлозы, лигнин. Однако их доля существенно ниже, чем в древесине той же древесной породы, и значительно выше доля экстрактивных веществ, состав которых более разнообразен

6521

Рис. 1.1. Поперечные срезы листа березы (а) и сосны (б): 1 - эпидерма; 2 - кутикула; 3 - палисадная (столбчатая) паренхима; 4 - губчатая паренхима; 5 - устьице; 6 -склеренхимныс волокна; 7 - флоэма; 8 - ксилема; 9 - трансфузионная ткань; 10 - складчатая паренхима; 11 - смоляной ход; 12 - эндодерма; 13 - гиподерма

1.2 Экстрактивные вещества древесной зелени.

Основные компоненты экстрактивных веществ древесины присутствуют и в древесной зелени. Однако для зелени характерно наличие некоторых специфических веществ, таких как фотосинтетические пигменты, витамины и сложные липиды.

Эфирные масла хвои отличаются чрезвычайным разнообразием присутствующих терпенов и терпеноидов. Выход эфирных масел из хвои обычно невелик (0,2 .3,0%), у хвои пихт - до 5%. В их составе превалируют монотерпены, массовая доля которых достигает 60 .90%. В монотерпеновой фракции хвои различных видов сосны, произрастающих в России, главными компонентами являются -пинен и карен-3. Состав эфирного масла из древесной зелени зависит от соотношения хвои и побегов. В России в значительных количествах из древесной зелени пихты сибирской получают пихтовое масло. В его состав входит около 100 компонентов, главным образом, монотерпенов и их производных.

Среди веществ, растворимых в воде, преобладают таннины и углеводы. Хвоя содержит довольно много таннинов: еловая до 10%, а сосновая около 3 .4%. Содержание моно- и олигосахаридов подвергается сезонным изменениям, увеличиваясь зимой и снижаясь летом. Среди олигосахаридов сосны обыкновенной преобладают сахароза и рафиноза, выделены также стахиоза и мелибиоза (схема 1.2). В водных экс­трактах древесной зелени содержатся органические кислоты, флавоноиды и другие фенольные соединения и их гликозиды, водорастворимые белки и группа водораство­римых витаминов. Количество веществ, экстрагируемых из хвои органическими растворителями, и их состав определяются природой растворителя. Неполярный растворитель - петролейный эфир - извлекает из еловой, пихтовой и сосновой хвои до 8 . 14% ее массы, малополярный диэтиловый эфир - 10 .22%, а растворители, способные к образованию водородных связей (этанол, изопропанол), - до 30 .40%. Состав этой группы веществ весьма разнообразен: пигменты, витамины, липиды (простые липиды, глико- и фосфолипиды).

1.3 Фотосинтетические пигменты.

Древесная зелень отличается от остальной биомассы дерева наличием большого числа клеток, содержащих хлоропласты, главным образом, клеток палисадной и губчатой тканей мезофилла листа и в меньших количествах других зеленых тканей. Обычно хлоропласты окрашены в зеленый цвет, и именно их присутствию зелень обязана своим названием. Они содержат фотосинтетические пигменты двух классов - хлорофиллы и каротиноиды, поглощающие свет разных длин волн. Хлорофиллы относятся к зеленым пигментам и поглощают свет в синей и красной областях видимой части спектра при длинах волн соответственно около 450 нм и 650 .700 нм. Каротиноиды - желтые и оранжевые пигменты, поглощающие свет в области 400 .500 нм.

Пигменты входят в состав пигментных систем в виде хромопротеинов, т.е. пигмент- белковых комплексов. Компоненты в этих комплексах соединены только межмолекулярными связями. Поэтому пигменты можно экстрагировать из измельченной древесной зелени органическими растворителями. Это могут быть и неполярные растворители, но более полное извлечение достигается с помощью ацетона или этанола.

Во всех фотосинтезирующих растениях обнаружен хлорофилл а, содержание которого превышает содержание других пигментов. Он является самым важным пигментом, так как образует реакционные центры, участвующие в световой фазе фотосинтеза. Другие формы хлорофиллов, а также каротиноиды рассматриваются как вспомогательные, или сопутствующие, пигменты. Функция каротиноидов не ограничивается ролью светособирающих пигментов. Они также защищают ткани от окисления кислородом на свету.

Хлорофиллы. Зеленые пигменты растений - хлорофиллы имеют определенное родство с гемом (гемином) - красным пигментом крови. И гем и хлорофиллы относятся к порфиринам. Порфирины - важнейшие органические компоненты биологических систем, имеющие в качестве основной структурной единицы гетероцикл пиррола. Порфирины содержат в молекуле макроцикл порфина - циклическую тетрапиррольную структуру с метиленовыми мостиками. Порфирины различаются боковыми заместителями и способны образовывать комплексы (хелатные соединения) с металлами. Хлорофилл - это Мg-порфириновый комплекс, а гем - Fе-порфириновый. Биологическая активность порфиринов зависит как от металла, образующего комплекс, так и от набора и расположения заместителей - метальных, этильных, винильных групп и, главным образом, остатков пропионовой кислоты. В основе молекул хлорофиллов лежит гетероциклическая структура форбина содержащая по сравнению с порфином дополнительное кольцо циклопентана, образующееся при циклизации с участием одного из остатков пропионовой кислоты. Второй остаток связан в виде сложного эфира с ациклическим дитерпеновым спиртом фитолом С Н ОН. Одно из ниррольных колец (в положениях 7,8) гидрировано. В растениях, в том числе древесных, кроме хлорофилла а присутствует хлорофилл Ь с формильной группой в положении 3 вместо метильной.