Химия растительного сырья

Экспериментальная часть

Образцы сырья предварительно измельчались в дезинтеграторе Nossen 8255 до размера частиц 1–3 мм (частота вращения измельчающих частей 3000 об./мин.). Механохимическую активацию (МА) коры осины проводили в мельнице-активаторе планетарного типа АГО-2С (разработка Института химии твердого тела и механохимии СО РАН, Новосибирск, http://www.solid.nsc.ru). В конструкции мельницы с периодической загрузкой используются два барабана объемом по 150 мл, заполненных в приведенных опытах, приблизительно на 1/3 своего объема стальными шарами, на 1/3 исследуемым веществом в количестве 10 г и 1/3 приходится на свободное воздушное пространство. В качестве воздействующих тел применялись 60 стальных шаров диаметром 8 мм и общим весом 75 г, скорость вращения барабанов составляла 1290 об/мин и 1820 об/мин, центробежное ускорение шаров достигало 300 и 600 м/с² соответственно. Время пребывания сырья в зоне обработки изменялось от 1 до 10 мин при комнатной температуре.

Процесс МА можно представить как сочетание ударной и сдвиговой деформации на контактах между воздействующими телами и частицами твердого вещества. При скорости вращения барабанов 1290 об/мин измельчение сырья происходит в значительной степени за счет истирания. Вращение барабанов со скоростью 1820 об/мин обеспечивает измельчение за счет сдвиговой и ударной составляющих деформации.

Объектом исследования являлась кора молодой осины (рода Populus tremula), произрастающей в Томской области, отбор которой осуществляли в мае 2007 г.

Механохимическую активацию (МА) коры осины проводили в мельнице-активаторе планетарного типа АГО–2С (разработка Института химии твердого тела и механохимии СО РАН, Новосибирск, http://www.solid.nsc.ru). В конструкции мельницы с периодической загрузкой используются два барабана, заполненных в приведенных опытах приблизительно на 1/3 своего объема стальными шарами, на 1/3 исследуемым веществом и 1/3 приходится на свободное воздушное пространство. В качестве воздействующих тел применялись стальные шары диаметром 8 мм. Процесс МА можно представить как сочетание ударной и сдвиговой деформации на контактах между воздействующими телами и частицами твердого вещества. Образцы сырья предварительно измельчались в дезинтеграторе Nossen 8255 до размера частиц 1–3 мм (частота вращения измельчающих частей 3000 об./мин). Измельченные образцы взвешивались на аналитических весах, затем механоактивировались при скорости вращения барабанов 1395 и 1820 об/мин. Время пребывания сырья в зоне обработки изменялось от 1 до 10 минут при комнатной температуре.

Для извлечения водноспиртовых экстрактов использовали воду и этанол в соотношении 1 : 1. К исходной (измельченной и просеянной сквозь сито с отверстиями диаметром 1 мм) и механоактивированной коре осины добавляли растворитель в соотношении 1 : 50, нагревали при перемешивании, поддерживая слабое кипение в течение 2 ч. Полученный экстракт отделяли от осадка, высушивали и взвешивали. Содержание ВСВ приводится в процентах в пересчете на сухое сырье.

Определение содержания полифенолов проводили путем упаривания водноспиртового экстракта, отделенного от осадка, до 1/5 объема и добавления этилового спирта в соотношении 1 : 3. Углеводы, выпавшие в осадок, отделяли центрифугированием, а раствор (полифенолы) упаривали, высушивали и взвешивали.

Антиоксиданты в водноспиртовых экстрактах определяли кинетическим методом на основе модельной реакции инициированного окисления кумола с диметилсульфоксидом в соотношении 9 : 1 [4, 5]. Измерение производили по скорости поглощения кислорода кумолом при температуре 60 ºС на автоматизированной газометрической установке [6]. В качестве препарата сравнения использовали ионол. Скорость инициирования (6,8·10^–8 моль/л·с) задавали навеской инициатора азо-бис-изобутиронитрила (10,1 мг).

Зависимость количества поглощенного кислорода от времени реакции обрабатывали с помощью ЭВМ и выводили на экран дисплея в виде интегральной кривой. Используя программное обеспечение, проводили параллельную обработку информации и определяли значения следующих параметров: периода индукции, содержания ингибиторов окисления, констант скорости ингибирования и содержание С, % мас. в пересчете на стандарт.

На рисунке 1 приведена кинетическая кривая поглощения кислорода кумолом в присутствии водноспиртового экстракта из механоактивированной коры осины. Период индукции определяли графически, используя приемы, описанные в работе [4].

Для определения содержания антиоксидантов неизвестного состава (С, моль/кг), содержащихся в экстракте, использовали соотношение:

где W_i – скорость инициирования, равная 6,810^–8 моль/лc; Р – навеска анализируемой пробы экстракта, кг/л (с учетом объема реакционной смеси 10 мл);  – период индукции, с.

Константу скорости ингибирования (k_7, л/мольс) определяли из соотношения:

,

где k₃ – константа скорости продолжения цепи, 1,75 л/мольс, а для определения tg  кинетическую кривую поглощения кислорода кумолом спрямляли в координатах: Х = –log(1–t/); Y=[0₂ ]/[RН]_0. На рисунке 2 представлена полулогарифмическая анаморфоза кинетической кривой, состоящая из двух участков каждый из которых представляет собой прямую линию. Это свидетельствует о том, что в анализируемом экстракте присутствуют два типа антиоксидантов, отличающиеся по k₇. Для каждого антиоксиданта рассчитывались кинетические параметры по вышеприведенным формулам.

Суммарное содержание ингибиторов окисления (С_общ, % мас.) в пересчете на ионол определяли по формуле: С_общ=(С_общ, моль/кг / 9,08)100 %. (Ионол в концентрации 510^–5 моль/л (навеска 0,11 мг) дает период индукции 24,5 мин. Рассчитанное значение С для ионола по формуле (1) равно 9,08 моль/кг).

Элементный состав коры осины определяли методом сожжения: С, Н, N – в реакторе Покровского с последующим газохроматографическим анализом продуктов деструкции. Содержание серы S анализировалось колбовым методом по Шенигеру. Количество золы определяли по методике [7].

Рис. 1. Кинетическая кривая поглощения кислорода кумолом с ДМСО (9 : 1) в присутствии водноспиртового экстракта, выделенного из механоактивированной в течение 5 мин при скорости вращения реакторов 1395 об./мин коры осины
Рис. 2. Полулогарифмическая анаморфоза кинетической кривой поглощения кислорода кумолом с ДМСО (9 : 1) в присутствии водноспиртового экстракта, выделенного из механоактивированной в течение 5 мин при скорости вращения реакторов 1395 об./мин коры осины