Дерево – это мощная фабрика
Одно из наиболее актуальных направлений современной лесохимии − глубокая переработка всей биомассы дерева при заготовке древесины для получения ряда важных и полезных продуктов. Она подразумевает использование древесной зелени, сучьев, пней с корнями (отходов лесозаготовки), коры хвойных и лиственных пород деревьев (отходов целлюлозно-бумажной, деревообрабатывающей промышленности и др.) в качестве сырья. О том, в каком состоянии сегодня в России находится это перспективное направление лесохимии, нашему корреспонденту рассказал заведующий кафедры глубокой переработки и химии древесины Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии им. С.М. Кирова профессор Виктор Рощин.
В России и во всем мире с каждым годом растет интерес к производству целлюлозы, а также к использованию сульфатного мыла и скипидара, получаемых при варке хвойных и лиственных пород древесины. В США из различных видов скипидара (сульфатного, живичного и др.) производят более 500 наименований продукции. Практически весь годовой объем выпуска в стране витаминов, А и Е для нужд сельского хозяйства синтезируется из компонентов скипидара. Во времена СССР из скипидара получали более 20 различных продуктов. В настоящее время в России при производстве лесохимической продукции промышленники используют современные технологии. Например, в Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии (СПбГЛТА) разработана методика переработки древесных отходов (горбыля, стружки, сучьев, отходов фанерного производства) лиственных и хвойных пород деревьев. Из этого сырья можно синтезировать ксилит, топливный биоэтанол, ксилитно-сорбитный сироп, сырье для лактидных пленок, активный уголь, энтеросорбент, полиуретан и другие ценные продукты. Причем все это можно получить за один технологический цикл, регулируя направления переработки отходов древесины в соответствии с потребностями рынка и добиваясь наибольшей эффективности производства.
В течение более чем тридцати лет на кафедре глубокой переработки и химии древесины СПбГЛТА проводились исследования по изучению химического состава хвои, ветвей, коры − наиболее богатых живыми клетками органов и частей деревьев хвойных и лиственных пород. Коллективом кафедры изучена биологическая активность многих соединений и групп веществ, наконец выяснено их назначение для функционирования дерева как живой системы, а также определены возможности и направления использования этих соединений для нужд общества. Действительно, принципы функционирования клеток растений и животных различаются мало (безусловно, за исключением клеток высшей нервной системы). Главное отличие на уровне организмов в том, что растения синтезируют для себя и продукты питания, и средства защиты от патогенов и других вредителей, а животные и человек черпают продукты питания и многие необходимые для жизнедеятельности вещества, в том числе незаменимые аминокислоты, высшие жирные кислоты (например, w-3) из растений или (по пищевым цепям) из других животных. Это касается и средств защиты, которые животные и человек получают при поглощении растительной пищи, часто даже не подозревая об этом. Известно, что многие домашние животные, заболевая, «уходят на природу» и знают, какие именно растения им необходимы для излечения. Человек такое понимание растений с веками растерял. Мы уповаем на иммунную защиту организма, но она рано или поздно под действием тех или иных факторов дает сбой. Однако многие соединения растений можно использовать для укрепления иммунной системы и лечения сложных заболеваний. Важно их распознать, экстрагировать и найти им правильное применение.
Так, например, сотрудниками кафедры на основе экстракта из древесной зелени разработан лекарственный препарат «Ропрен». Он производится в России из местного древесного сырья и предназначен для естественной регенерации клеток печени, лечения нарушений когнитивных функций головного мозга и других заболеваний. Препарат поставляется в Австралию. В течение десяти лет он проходил испытания в российских клиниках и австралийских медицинских центрах и подтвердил свою эффективность. Сейчас налажено производство «Ропрена».
В Томске работает завод по глубокой переработке хвои с целью получения ингредиентов для дальнейшей переработки. Полуфабрикат, который там производят, затем поступает на фармацевтическую фабрику в Санкт-Петербурге, где из него изготавливают лекарственное средство. Поскольку строительство томского и петербургского заводов в основном финансировали частные австралийские инвесторы, то основная часть продукции, выпускаемой фабрикой в Петербурге, поступает в Австралию. Правда, есть планы расширения производства, и руководство надеется, что и в России это лекарственное средство будет поступать в аптечную сеть.
Многие органические соединения, как выяснено, обладают физиологической активностью, то есть непосредственно участвуют в процессах жизнедеятельности растительных организмов. Примерно такие же соединения есть и в организме человека и выполняют схожую роль. По сути, это полипренолы, которые содержатся во всех живых клетках, в том числе и в клетках организма человека. Выделяя эти соединения из живых клеток растения, их можно использовать для приготовления медицинских препаратов. Безусловно, нет смысла отрицать существование искусственных, синтетических, медицинских средств, которые необходимы для лечения. Но для профилактики многих заболеваний, а зачастую и для лечения вещества природного происхождения весьма эффективны. Организм человека может давать сбои, в том числе на генетическом уровне, иногда развиваются заболевания, связанные с гликозидированием белков, с ослаблением иммунной и рецепторной систем. За нормальное функционирование этих систем и отвечают полипренолы, синтезируемые человеческими клетками. Эти соединения содержатся в хвое и в листьях деревьев. Полипренолы успешно борются со многими заболеваниями. Хлорофилл, как известно, аналог гемма крови, только зеленого цвета, который обусловлен наличием в молекуле иона магния, а в гемме крови содержится железо, однако структура гемма крови очень близка к структуре хлорофилла. Поэтому препараты на основе хлорофилла весьма эффективны для лечения некоторых заболеваний кровеносной системы.
Многие незаменимые аминокислоты, витамины вырабатывают именно растения. Эти соединения можно извлекать и эффективно использовать, в том числе для нужд сельского хозяйства. Добавка витаминного препарата, полученного из хвои, в корм кур-несушек повышает содержание каратиноидов в желтке в десятки раз. Многие препараты из древесной зелени и хвои обладают мощным бактерицидным, противогрибковым и противовирусным действием. Их можно применять как в ветеринарии, так и в медицине.
Есть несколько препаратов, созданных на основе веществ, вырабатываемых деревьями, которые помогают в борьбе против онкологических заболеваний. Например, препарат на основе бересты. Белый цвет бересты обеспечивает соединение, которое называется бетулином. Сейчас исследователи во многих странах мира работают над тем, чтобы из бетулина получить бетулиновую кислоту, азотсодержащие и другие производные, которые очень эффективны при лечении рака кожи, меланом различного происхождения, саркомы Ивнинга и многих других онкологических образований.
Проведены экспериментальные исследования нового препарата из хвои, предназначенного для уничтожения и снижения активности микроорганизмов − штаммов Helicobacter, являющихся, как известно, причиной целого ряда заболеваний (исследователям этого вида бактерий присуждена Нобелевская премия): хронического гастрита, язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, рака желудка и др.). Сотрудниками кафедры создаются и другие препараты на основе переработки древесной зелени и других отходов лесопользования.
На кафедре проведены исследовательские работы по изучению результатов глубокой переработки биомассы крон деревьев. В ходе исследований выяснялось, как, для какой цели и какое соединение синтезировано тем или иным растением. На основе дитерпеновых кислот и спиртов получены препараты для защиты сельскохозяйственных растений (плодовых, овощных культур) от болезней, насекомых-вредителей, грызунов в курортных зонах (Кавказ, Крым и т. д.). В некоторых районах этих зон в результате безответственной и бездумной многократной обработки ядохимикатами сельскохозяйственных растений земля стала бесплодной, а природные источники минеральных вод превратились из целебных в источники распространения заболеваний. В свое время в СССР было принято постановление о запрете обработки садов ядохимикатами в курортных зонах. Но без такой обработки невозможно получить хороший урожай. Поэтому разработка экологически безопасных препаратов против вредителей и болезней оказалась востребованной для того времени. Не менее большой урон горному и степному садоводству приносили грызуны − мыши и зайцы. Было подсчитано, что на площади 1000 га они уничтожали ежегодно около 150 га ценных садов. Препарат «Репеллент против грызунов плодовых деревьев» обеспечивал 100% эффект защиты плодовых деревьев. Этот и другие препараты, полученные способом глубокой переработки, содержали только природные элементы, которые не наносили урон окружающей среде, не загрязняли водоемы. Обработанные препаратом плоды не содержали вредных для человека ядохимикатов. Начиная с 1988 года в сельское хозяйство страны ежегодно направлялось около 3т репеллента.
Инсектициды, созданные на основе соединений, полученных способом глубокой переработки древесной зелени, адаптированы к окружающей среде и не наносят ей вреда. В то же время они достаточно эффективны против насекомых-вредителей и болезней сельскохозяйственных культур. Это особенно важно для садоводств южных зон, здравниц нашей страны, горных садоводств, районов, в которых расположены города-курорты. Дело в том, что после обработки садов или полей обычными ядохимикатами, последние попадают в почву, минеральные источники, подземные воды и реки. Обработка угодий биологически активными веществами, взятыми у природы и адаптированными к её условиям, но синтезированными против определенного вида вредителя, показала очень высокую эффективность во многих хозяйствах, в том числе в сельскохозяйственных угодьях степных зон и в горных садоводствах.
Хорошие перспективы в области использования препаратов на основе природных соединений в птицеводстве и животноводстве. Исследования, проводимые специалистами Санкт-Петербургской академии ветеринарной медицины, Новосибирского института животноводства и Московского института птицеводства, а также австралийскими учеными, показали, что применение препаратов из древесной зелени не менее эффективно, чем принятая сегодня практика использования антибиотиков, искусственных витаминов и гормонов для ускоренного роста птицы и крупного рогатого скота. Однако нельзя забывать, что добавка антибиотиков, искусственных витаминов и гормонов в корм птиц и крупного рогатого скота таит скрытую угрозу для человека, поскольку эти вещества по пищевой цепи попадают в его организм. Исследованиями австралийских и американских ученых установлено, что потребление куриного мяса, получаемого с использованием антибиотиков, искусственных витаминов и гормонов, привело к более раннему половому созреванию 10-12-летних детей и росту числа людей с избыточным весом. Постоянное потребление антибиотиков (даже в малых дозах) с мясом животных и птицы приводит к снижению ответа иммунной системы человека, уменьшению эффективности воздействия антибиотиков при необходимости лечения ими заболеваний, аллергическим реакциям. В то же время использование препаратов на основе древесной зелени в птицеводстве и животноводстве не только абсолютно безвредно для здоровья человека, но и увеличивает количество витаминов в продукции.
Другая проблема, которая может быть решена с помощью методов лесохимии, − это загрязнение бытовыми отходами, использованной тарой и упаковкой больших площадей суши и Мирового океана. В настоящее время уже найдены технологии, с помощью которых можно производить материал для производства тары и упаковки, обладающий способностью разлагаться на открытом воздухе, в речной и морской воде, в почве за 80−100 дней, а не за 400 лет. Это направление промышленного производства связано с получением лактатных пленок из древесного сырья, а точнее, древесных отходов. Во Франции, например, уже принято решение о том, чтобы с 2010 года не использовать пластиковую упаковку. Для производства тары и упаковки в этой стране будут использоваться новые, экологичные материалы.
В коре лиственницы и хвое сосны, в древесине других пород содержится большое количество химических соединений, которые можно использовать для получения широкой гаммы душистых веществ. С помощью методов глубокой переработки биомассы дерева получают также и стабилизаторы запаха, которые важны в парфюмерной промышленности.
Безусловно, следует изучать методы глубокой переработки древесной зелени, расширять производство препаратов и веществ из продуктов этой переработки. Для развития лесохимии в России необходима поддержка государства. Создание предприятий для получения лекарственных средств обходится довольно дорого. Для этого нужна не только разработка проекта, но и получение большого количества согласований, различных лицензий и разрешительных документов.
В области производства физиологически активных веществ в России есть идеи, есть уникальные разработки, но по внедрению их в промышленное производство мы, к сожалению, отстаем от зарубежных стран.
Лесохимическое производство необычайно наукоемко. Чтобы создать технологию, прежде нужно изучить физиологию растения. Нужно выбрать наиболее подходящее соединение, а в растении их очень много. Сотрудники кафедры СПбГЛТА выделили в ходе исследований с помощью экстракции в петролейном эфире около 300 соединений из хвои сосны и около 500 соединений из хвои ели. Это те вещества, которые экстрагируются из древесной зелени, а ещё остается огромное количество веществ, экстрагируемых в более полярных, чем петролейный эфир, растворителях. Выяснить, какими свойствами обладает то или иное соединение в растении, зачем, для каких целей растение его синтезирует, − этого мало. Надо понять, как можно это соединение использовать в медицине или в других отраслях. Для того чтобы вести научные исследования в этом русле, необходимо обладать знаниями в смежных областях: органической химии, технологии химических производств, физиологии растений, физиологии человека, медицине, ветеринарии, лесном хозяйстве, сельском хозяйстве и др. Рассматриваемый лесохимией круг вопросов очень широк, поэтому подготовить хорошего специалиста для такой работы очень сложно. Но готовить специалистов в области глубокой переработки древесных ресурсов необходимо, если мы хотим правильно использовать то богатство, которым обладает наша страна. В лесу есть практически все физиологически активные вещества, необходимые для жизнедеятельности человека. Если бы дерево в процессе своей жизни не смогло обеспечить свою защиту от вредителей и болезней, то оно бы погибло. А оно борется против болезней, вирусов, насекомых-вредителей.
Дерево − это мощная фабрика по производству химических продуктов и защитных средств. Можно и нужно брать их для пользы человека, для защиты его здоровья. Именно поэтому необходимо строить предприятия по глубокой переработке древесных отходов, готовить в учебных заведениях страны специалистов самого высокого уровня для работы в этой сфере.
Подготовил Антон Кузнецов
