До питання про будову лігніну однорічних рослин та їх застосування у сучасних біотехнологіях
Останнім часом дедалі більше публікується наукових праць, у яких висвітлюються різні аспекти біологічної активності гумусових кислот, виділених із ґрунту, торфу та різних каустобіолітів. Сьогодні ці дослідження є фундаментальною базою для виробництва сучасних високоефективних органо-мінеральних добрив, таких як препарати компанії Agro.Bio.
Вважається загальновизнаним, що однією з найважливіших складових молекул гумусових кислот є лігнін або його окремі структурні ланки. Доведено, що мономери лігніну беруть активну участь у клітинному метаболізмі рослин, а ряд авторів вважає, що складові частини лігніну виконують найважливіші регуляторні функції. У зв'язку з цим величезний практичний та науковий інтерес представляє вивчення будови лігніну. Якщо будові лігніну багаторічних рослин (особливо хвойних порід деревини) присвячено багато досліджень, то про лігніну листяних порід та однорічних сільськогосподарських культур є дуже мало даних.
Недостатня вивченість лігніну однорічних рослин є причиною того, що цей складний та корисний полімер не завжди знаходить належне застосування. Мета даного дослідження - вивчення будови лігніну нехарчового рослинного матеріалу, зокрема, відходів сільськогосподарського виробництва: гречаних оболонок та просяних плівок.
ЕКСТРАКЦІЯ І ФРАКЦІОНУВАННЯ ЛІГНІНУ
Зі складу просяних плівок та гречаних оболонок були виділені лігніни за допомогою діоксану та спирто-бензольної суміші. Як каталізатор застосовувався 1%-ний газоподібний хлористий водень (HCl). За розчинністю у воді діоксанлігніни та спирто-бензольні лігніни поділялися на такі фрагменти:
- Фрагмент: Низькомолекулярна частина лігніну, розчинна у воді.
- Фрагмент Б: Високомолекулярна частина макромолекули лігніну, розчинна у спирто-бензолі, але нерозчинна у воді.
- Фрагмент А: Найбільш ущільнена частина макромолекули лігніну, що не витягується зі складу целолігніну спирто-бензольною сумішшю.
Фрагмент У лігніну просяних плівок та гречаних оболонок поділявся на окремі компоненти хроматографічним методом. Серед продуктів деструкції лігніну виявлено цінні органічні сполуки: ванілін, бузковий альдегід та пара-оксибензальдегід.
ХІМІЧНИЙ СКЛАД ФРАГМЕНТУ Б
Середня за молекулярною вагою частина макромолекули лігніну (фрагмент Б) аналізувалася на елементарний склад та зміст функціональних груп. Отримані дані представлені у таблиці нижче.
Таблиця 1. Зміст функціональних груп та елементарний склад фрагмента Б спирто-бензольного лігніну
| Сировина | Вихід фрагмента, % | С, % | Н, % | -ОСН₃, % | ВІН заг., % | ВІН фенольн., % | С = О, % |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Фрагмент Б лігніну просяних плівок | 11,40 | 62,96 | 7,25 | 16,99 | 14,69 | 8,11 | 2,86 |
| Фрагмент Б лігніну гречаних оболонок | 7,00 | 63,57 | 6,94 | 16,81 | 11,12 | 8,47 | 2,15 |
(Примітка: значення наведено у відсотках на суху речовину фрагмента).
На підставі цих даних було розраховано напівемпіричні формули для фрагментів Б спирто-бензольних лігнінів на фенілпропанову структурну одиницю C 6 -C 3 . Напівемпірична формула має такий вигляд:
- Для просяних плівок:
C 9 H 9.31 O 0.81 (OCH 3 ) 1.08 (OH) 1.81 (C=O) 0.20 - Для гречаних оболонок:
C 9 H 10 O 1.08 (OCH 3 ) 1.06 (OH) 1.33 (C=O) 0.14
Як бачимо, формули відрізняються вмістом кисню, гідроксильних та карбонільних груп. На кожну фенілпропанову ланку фрагментів Б досліджуваних лігнінів припадає в середньому одна метоксильна група. У фрагмента лігніну просяних плівок на кожну ланку припадає майже дві гідроксильні групи, тоді як у лігніну з гречаних оболонок приблизно півтори. Карбонільні групи розподіляються рідше: одна на п'ять ланок у просяних плівок і одна на сім у гречаних оболонок.
СПЕКТРОСКОПІЧНИЙ АНАЛІЗ (УФ І ІЧ-СПЕКТРИ)
Досліджувалися ультрафіолетові та інфрачервоні спектри молекул спирто-бензольних лігнінів. Історично доведено, що смуги поглинання при λmax 2800-2850 Å для хвойних порід і λmax 2740-2760 Å для листяних мають ароматичну природу (етерифіковані залишки пірокатехіну та пірогалолу).
У наших дослідах спектри діоксанлігнінів та спирто-бензольних лігнінів знімалися на спектрофотометрі СФ-4. Усі досліджувані препарати лігніну однорічних рослин характеризувалися чітко окресленими смугами не більше 283—287 нм і менш чіткими К-полосами не більше 309—314 нм. Ультрафіолетовий спектр фрагмента Б діоксанлігніну гречаних оболонок має ще один максимум при 275 нм.
Диметилові ефіри пірогаллола (до яких відноситься угруповання бузкового альдегіду) зрушують поглинання у бік більш коротких хвиль, чому відповідає смуга 275 нм. Поглинання в ділянці 284-286 нм обумовлено наявністю гваяцилового угруповання, а в ділянці 310-315 нм - присутністю карбонільної системи.
ВИСНОВКИ І ПЕРСПЕКТИВИ ВПРОВАДЖЕННЯ
Дані досліджень підтверджують наявність у лігнінах сільськогосподарських відходів гваяцилової та сирингової угруповань, а також карбонілу, що перебуває у поєднанні з ароматичним кільцем. Якщо лігніни листяних порід деревини складаються з похідних коніферилового та синапового спиртів (1:1), то лігніни однорічних рослин додатково містять похідні п-оксикумарового спирту.
Отже, просяні плівки, гречані оболонки та інші пожнивні залишки аграрних підприємств є не просто відходами, а найціннішим резервом для виробництва гумусових кислот та фізіологічно активних речовин.
Експертна ремарка Agro.Bio: Сьогодні цей глибокий науковий підхід знаходить своє практичне втілення у технологіях компанії Agro.Bio. Використовуючи передові методи переробки багатої лігніном та гуміновими кислотами органічної сировини, компанія виробляє екологічно чисті органо-мінеральні стимулятори росту (такі як Гумат Калію та Mind Agro.Bio). Ці препарати активізують метаболізм рослин на клітинному рівні, допомагаючи аграріям досягати максимальної врожайності та стійкості культур.