Никитин Н.И. Химия древесины

Подождите немного. Документ загружается.

240

Химия

древесины

Химический

анализ

древесины.

241

едкого натра. После

всех

этих экстракций древесина под-

вергается анализу на

другие

составные части, т. е. целлю-

лозу, лигнин и пентозаны. Применяя эту

схему

к анализу

древесины некоторых американских пород, Дорэ получал

суммарный химический состав, равный

101,5—102,5%

отвеса

древесины.

Схема, предложенная Кёнигом и Беккером, со-

стоит в том, что целлюлоза определяется по разности:

вычитанием процентной суммы лигнина, золы смолы, гексо-

занов

и пентозанов из 100%.

Однако Кёнигом и Беккером применялись не-

достаточно, точные методы определения гексозанов и пенто-

занов,

почему предложенная ими схема анализа является

довольно неубедительной.

Указанные схемы химического анализа древесины

являются конечно условными, однако подобное построение

анализа древесины помогает выяснению вопроса о том, какие

типы

веществ присутствуют в древесине и

дает

более пра-

вильные данные о количестве основных составных частей

древесины. В дальнейшем по мере изучения

схем

химиче-

ского анализа вероятно

будет

установлено несколько схем,

применительно к различной древесине (лиственная, хвой-

ная,

гнилая и пр.), как это предусматривается схемой

Дорэ.

В настоящее время очень часто химический анализ

древесины производится без соблюдения какой-либо из

указанных схем, но согласно правилам, предписываемым

для определения отдельных составных частей древесины.

При

проведении систематических исследований во всяком

случае

следует

придерживаться определенного порядка

химического анализа древесины, так как для результатов

анализа не всегда безразлично, по . какой

схеме

он про-

изводится.

Переходя к методам определения различных состав-

ных частей древесины в первую очередь остановимся на

способах определения целлюлозы.

Первый

метод количественного определения целлюлозы

был предложен, как это можно

думать,

в 1857 г. Шульце-

Геннебергом,

который применил для делигнификации

выделения целлюлозы смесь азотной кислоты и бертоле-

товой соли. Целлюлоза Ш у л ь ц е-Г еннеберга, как это

после выяснилось, не была вполне свободна от примесей

(лигнин,

пентозаны). С тех пор для определения целлюлозы

было предложено очень большое количество методов

(1920).

Schriften

des

Vereins

der

Zellstoff

und

Papier

Chemiker.

Band

ХШ

(свыше 100), которые в настоящее время можно разделить

на

три группы:

группа — гидролитические методы: метод Генне-

берга(1864

г.) с применением серной кислоты

(1,25%)

едкого кали (1,25%); метод Габриеля с применением

глицерина и серной кислоты и многие

другие

способы.

группа — окислительные методы: метод Мюл-

лера

(1877)

с применением брома, метод Шульце-Ген-

неберга, метод Кросса и Бивана

(1895)

с примене-

нием

газообразного хлора, метод Шмидта с применением

двуокиси хлора и многие другие.

III

группа — окислительно-гидролитические методы:

метод Лифшютца с применением серной и азотной кис-

лот, метод Класона с бисульфитом кальция, метод

Кюршнера

и Хоффера с применением спирта н азот-

ной

кислоты.

Произведенная

в свое время Хэгглундом

проверка

применяющихся способов показала, что выделенная при

помощи

этих методов целлюлоза также не является вполне

свободной от примесей, т. е. пентозанов, маннана и лиг-

нина

и в то же время вполне неповрежденной применяемыми

химическими реагентами (присутствие продуктов распада

целлюлозы: гидро и оксицеллюлозы). Естественно, что выде-

ляемая

из древесины различными аналитическими методами

целлюлоза имеет несколько колеблющийся химический со-

став в смысле различного содержания примесей, а потому

получается с различными выходами из одного и того же

образца древесины. Таким образом понятие „целлюлоза',

при

химических анализах древесины является до некоторой

степени условным, требующим непременной оговорки, по

какому

методу

выделена целлюлоза. Сравнение же анали-

тических данных для различных образцов древесины воз-

можно только

тогда,

когда данные эти получены одними

теми же методами.

Из

всего сказанного видно, что вполне полагаться на

современные методы анализа для выяснения вопроса о коли-

честве чистой клетчатки в древесине пока все еще

затруднительно. Однако для практических целей существую-

щие

способы достаточно пригодны (см. об этом далее).

Одним из лучших методов определения целлюлозы

следует

считать хлорный способ Кросса и Бивена в его раз-

личных модификациях (Зибераи Вальтера, Ренкера).

Способ этот может быть уточнен, если в целлюлозе Кросса

Бивена

будет

учтено остаточное количество пентозанов.

См.

ссылку

выше,

доклад

Хэгглунд

a. Zur

Frage

ZellulosebestlM-

mung,

стр. ПО, а

также

работу

Комарова

жури.

Прикладной

химии,

вып. 2 (1933).

bun

xpeiee«ra.

»•

242

Химия

древесины

Химический

анализ

древесины

24$

Недостатком указанного метода является его некоторая

сложность.

Целлюлоза Кросса и Б и вен а обычно получается

с выходом

63—67%,

содержит в себе до 60% пентозанов,

считая от их количества в древесине, примерно 1% оста-

точного лигнина, а также некоторое количество маннанов

случае

хвойной древесины; медное число целлюлозы

составляет

1,5—2,5.

Другим, часто применяемым ввиду его простоты мето-

дом является недавно предложенный окислительно—гидроли-

тический

способ КюршнераиХофферас применением

спирта и азотной кислоты. Целлюлоза Кюршнера и X о ф-

фера получается с выходом

48—52%,

содержит в себе

4 Ь/

пентозанов от веса целлюлозы хвойных пород (для

лиственных

6—8%),

некоторое остаточное количество лиг-

нина

(1—1,5%)

и имеет медное число 4—5.

На

деталях, указанных методов в этой книге, нет воз-

можности останавливаться.

Методы

определения

лигнина

в древесине можно раз-

делить на прямые и косвенные.

Прямые

методы основаны на изолировании лигнина

посредством минеральных кислот, которые вызывают гидро-

лиз

углеводной части древесины до простейших Сахаров,

лигнин

же остается в качестве негидролизованного остатка.

этой группе методов может быть отнесен например

способ Кёнига с 72-процентной серной кислотой в его

различных модификациях, метод Кёнига с 1-процентной

соляной

кислотой при температуре 150° и давлении 6 атмо-

сфер,

метод Вильштеттера с 42-процентной соляной

кислотой

на-холоду. Косвенные же методы основываются

на

учете

нелигнинных составных частей древесины с по-

следующим вычислением содержания лигнина „по разности"

или

на определении продуктов расщепления групп, входя-

щих в состав лигнина (например метоксильных групп).

Выделяемый существующими аналитическими методами

лигнин

не может считаться природным лигнином, так как

при

его выделении, например при помощи 72-процентной

серной

кислоты происходит частичное, небольшое отщеп-

ление боковых групп основного ядра лигнина (метоксиль-

ных) и в то же время серная кислота не может быть удалена

полностью из выделенного лигнина. ПоФрейденб ер г у

метоадх

. химического анализа древесины см. книгу Комарова.

и.Тмогп

лабораторным работам по химии древесины и целлюлозы

А.Г7.Н

i '"

Schwa

lbe

und

Sieber.

Die chemische Betriebskontrolle in

Д£Г

4-eiimose

— und Papierindustrie (1931); есть русский перевод под редак-

цией

проф. G А. ф о хиева (1934).

Freud

berg,

Z ос he г, DOrr. Berichte 62. 1814 (1929).

лигнин,

изолированный из древесины, является значительно-

более инертным, чем природный лигнин, вследствие того,,

что в изолированном лигнине отдельные цепи соединены

друг

другом

путем полимеризации с образованием

высокомолекулярных веществ, трудно реагирующих с раз-

личными

химическими реагентами.

В настоящее время наиболее часто применяемыми

методами определения лигнина являются способы Кёнига

с 72-процентной серной кислотой и Вильштеттера

с 42-процентной соляной кислотой, которые

дают

близкие

результаты. Косвенные же способы определения лигнина

являются недостаточно точными.

Определение

пентозанов

гексозанов

в древесине

основано

на косвенных методах с применением эмпири-

ческих расчетных формул. Так например все существую-

щие

методы определения пентозанов основаны на опре-

делении количства фурфурола, образующегося при кипяче-

нии

пентозанов с 12-процентной соляной кислотой. Все

методы определения пентозанов, а также гексозанов (маннан

галактан) имеют ряд недостатков, которые

делают

полу-

чаемые аналитические данные несколько условными. Это

особенно

относится к методам определения маннана и

галактана.

Из

всего вышесказанного можно заключить, что со-

временными

аналитическими методами не

могут

быть полу-

чены вполне точные данные об абсолютном количестве

чистой клетчатки, лигнина, пентозанов и

других

составных

частей. Однако, пользуясь одними и теми же методами

применяя сравнение аналитических данных, полученных

при

анализе различных образцов древесины, можно делать

практически

ценные выводы о составе древесины, истолко-

вывать различные биологические явления (гниение древе-

сины,

влияние условий местопроизрастания, возраста и пр.)

проводить контроль однородности состава древесины^

поступающей в то или иное производство (целлюлозное

производство, гидролиз древесины и пр.).

Состав различной древесины

а) Химический состав древесины различ»

ных пород. В таблице 51 приводятся данные о составе

древесины некоторых германских пород, полученные в 1919 г.

Швальбе и Беккером.

Анализы древесины производи-

»тт_„_^

Ло

(

cw o

этом

выше) с примене-

angew.

Chemie, 32, 229 (1919).

16"

244

Химия

древесины

245

лигнин

с 72-процентной серной кислотой, пентозаны по

Толленсуи Эллету, целлюлоза по КроссуиБивену

модификации Зибера и Вальтера, смолы — экстра-

гированием (последовательно) эфиром и спиртом илиспирто-

бензолом.

Данные приводятся в процентах от веса абсо-

лютно

сухого

вещества.

Таблица

Составные

части

древесины

Целлюлоза

свободная

от

пентозанов

Лигнин

Эфирный

экстракт

. . .

Спиртовый

гкстракт

. .

Сумма

эф.;и

спирт,

экстр.

Ель

57,84

28,29

11,30

0,78

1,52

2,30

0,77

Сосна

54,26

26,35

11,02

1,92

1,53

3,45

0,39

Бук

53,46

22,46

24,86

0,31

1,74

2,15

1.17

Береза

45,30

19,56

27,07

0,71

1,09

2,80

0,39

Осина

47,11

18,24

23,75

1,08

2,08

3,16

0,32

Следует

указать, что в работе Швальбе и Бек-

кера, хотя и приводится некоторая характеристика исследо-

ванной

древесины, но указания на условия местопроизраста-

ния

и качество деревьев в ней

отсутствуют,

равно как

некоторые

другие

подробности.

Из

данных таблицы 51

следует,

что древесина листвен-

ных пород (бук, береза, осина) содержит большое коли-

чество пентозанов, а именно

23—27%,

тогда

как хвойная

древесина (ель, сосна)

дает

их только 11%. Особенно боль-

/Ч70

°Л?Р

жанием

пентозанов отличается древесина березы

U' /о). Количество лигнина наоборот больше в хвойной

древесине, где оно составляет 26—28%,

тогда

как листвен-

ная

древесина содержит только

18—22%

лигнина. Содержа-

ние

целлюлозы Кросса и Бивена, свободной от пенто-

занов,

больше в древесине хвойных пород и в данном

случае

составляет

54—57%

против 45—53% в лиственной

древесине. Однако вопрос о том, какая древесина содержит

оольше чистой клетчатки не вполне ясен, так как

целлюлоза Кросса и Бивена из хвойной древесины со-

держатв себе некоторое (точно не установленное)

остаточное

В работе

Швальбе

Беккера

приводятся

и другие

аналити-

ческие

данные

(например

содержание

метоксила,

пектиновых

веществ,

которые

мы

впускаем).

Пентозаны

в ней

особо

определялись.

ДаННЬШ

Гейз

вР

Мерлау

(см.

CeUulosechemie

4.161

Мерлау

(см.

CeUulosechemie

4.16

4 en.

целлюлоза

Кросса

Бивена

из

хвойной

древесины

содержит

5—6°/о

маннанов.

Химический

анализ

древесины

количество гексозанов, (хвойная древесина содержит %

гексозанов),

чего нельзя сказать о целлюлозе из листвен-

ных древесин, так как содержание гексозанов в лиственной

древесине незначительно (2—3%). Содержание пентозанов

целлюлозе лиственных и хвойных пород, полученной по

способу Кросса и Бивена, как уже говорилось выше,

всегда учитывается особыми определениями. Что касается

данных об эфирном и спиртовом экстракте исследованных

различных пород, то о них мы не можем говорить распро-

страненно,

так как вещества эти совершенно различны по

своему составу в

случае

хвойных и лиственных пород.

Исследованием состава германских пород занимались

также Кёниг и Беккер, * проводившие анализ по осо-

бой

схеме

(см. об этом выше, стр. 240), состоящей в том,

что целлюлоза определяется по разности. Некоторые дан-

ные

этих авторов помещаются в табл. 52 (данные при-

водятся в процентах от веса абсолютно

сухой

древесины).

Таблица

Составные

части

древесины

Целлюлоза

без

пентозанов

Лигнин

..••••

Пентозаны

Гексозаны

Смочы

(спирто-бензол,

экстракт)

Зола

Пихта

40,62

29,17

11,48

13,58

2,83

1,10

Сосна

Береза

41,93

29,52

10,80

12,78

Тополь

41.85 | 47,36

26,27 22,45

25.86 | 22,71

4,61 S 2,60

Ива

3,17 ! 2,47

0,53 i 0,68

2,66

0,84

42,91

24,70

23,31

5.05

2,04

0,83

Из

приведенной таблицы

следует,

что содержание

целлюлозы в лиственной древесине

(42—47%)

в среднем,

приблизительно таково же, как и в хвойной

(40—42%)

а в

случае

древесины тополя

даже

несколько выше (47%).

Однако примененный авторами метод определения целлю-

лозы (см. об этом выше, стр. 240) не вполне надежен, так

что и в данном

случае

вопрос об истинном содержании

чистой клетчатки в древесине различных пород сле-

дует

считать не решенным.

Из

данных Кёнига и Беккера видно, что содержа-

ние

гексозанов больше в хвойной древесине, а именно

12—13,5%,

против

2,6—5%

в листренной древесине. Разли-

чия

в содержании пентозанов и лигнина в хвойной и лист-

венной

древесине такие же, как и по данным Швальбе

Беккера (см. выше, стр. 244), но

следует

отметить, что

Zeitschr.

angew.

Chemie,

32, 155 (1919).

246

Химия

древесины

Химический,

анализ

древесины

247

все приведенные в таблице 52 данные о лигнине являются

повышенными.

В нижеследующей таблице 53 приводятся данные

составе древесины некоторых наших пород, получен-

ные

Комаровым и Яковлевым.

Данные эти инте-

ресны

в том отношении, что они получены для древесины

ели,

сосны и осины, взятой от деревьев, произраставших

определенных однородных условиях с

учетом

возраста

качества деревьев (деревья взяты из насаждений II бони-

тета,

типа леса Picetum myrtillosum т. е. ельник

с покровом из черники). Возраст деревьев для ели и сосны

"92—96

лет в среднем и для осины 50 лет. Диаметр на

высоте

груди

для

всех

пород

22—25

см в среднем.

Время

рубки в октябре в одном из лесничеств Ленинградской

области.

Следует

указать, что данные эти являются сред-

ними

для целого ствола (средние для образцов, взятых от

основания,

середины и вершины ствола). Методика иссле-

дования

указана в таблице 53, в которой все цифры при-

водятся в процентах от веса абсолютно

сухого

вещества.

Таблица

ЬЗ

Составные части

древесины

Ель

Сосна

Обра-

зец 1

Обра-

зец 2

Обра- | Обра-

зец 1 I зец 2

Осина

Обра-

зец 1

Обра-

зец 2

Целлюлоза Кросса и Бивена,

свободная от пентозанов

Лигнин,

полученный с 72-

нроцентной

серной кисл.

Пентозаны

по Толленсу . .

Манна

по Шоргеру . . .

Галактан по Шоргеру . . .

Эфирная

вытяжка

Вещества, раствор, в горя-

чей воде

Зола

58,8 ; 59,3 \ 56,5 | 57,6

28,0

10,5

7,5

2,6

1,0

1.7

0,2

9,5

7,7

2,6

1,1

1,8

0,2

27,0

10,4

1,5

4,9

! 2,9

0,2

26,8

11,0

7.1

1,4

3,2

2,3

0,2

52,2

21,1

22,7

нет

0,6

1,5

2,3

0,27

52,0

21,4

22,9

нет

0,7

2,5

0,25

ели

лицы

видн

°>

что

наибольшим содержанием

КроссаиБивена,

свободной от пентозанов,

™

ИГНИ

а>

маннана и

галактана отличается древесина

Яш°

ДерЖание

Целлюлозы

доходит

до 59,3%,

>1/о> маннана

-ОТо и т. д. Наоборот древе-

™

ичается

наименьшим содержанием целлюлозы

Ь иве на, свободной от пентозанов (52,0%),

См. Бум.

Пром.

3, 13 (1932).

Другие

подробности см. в

цитированной

работе.

лигнина

(21,1%), галактана 0,6%- Маннана в осинсфрй

древесине вовсе не было обнаруженр; содёр5$аниё пенто-

занов

в ней составляло 22,9% против

9—10%,

приходящихся

яа

долю хвойных древесин.

Древесина сосны по своему составу приближается

древесине ели, но содержит меньше целлюлозы и лиг-

нина

(на 1—2% в среднем), отличаясь от древесины ели

большим содержанием смолы (эфирная вытяжка) и раство-

римых в горячей воде веществ.

В заключение весьма интересно остановиться на хи-

мическом составе древесины саксаула, недавно исследован-

ном

Орловой

(саксаул представляет собой главную

древесную породу средне-азиатских пустынь и южных

частей Киргизского

края).

По ее данным древесина сак-

саула

содержит в среднем

36,18%

свободной от пентозанов

целлюлозы Кросса и Бивена,

29,12%

лигнина,

18,96%

пентозанов,

8,98% галактана, 0,18% маннана, 8% веществ,

экстрагируемых горячей водой, 1,58% веществ, экстраги-

руемых

серным эфиром и 3,41% золы. Таким образом

можно сказать, что по химическому составу древесина сак-

саула

представляет собой породу, весьма отличающуюся

от обычных европейских пород. В частности от древесины

хвойных пород саксаул отличается ббльшим содержанием

пентозайов (19% вместо

10—12%);

от лиственных пород —

большим содержанием лигнина (29% вместо 18—22%). Боль-

шими

особенностями отличаются также данные о содержа-

нии

целлюлозы (36% вместо 50%), галактана (9%!), раство-

римых в горячей воде веществ (8V

) и золы (3,4% вместо

0,5%).

Ь)

Химический состав древесины ветвей.

Химический состав древесины ветвей изучался Комаро-

вым и Яковлевым,

причем в данном

случае

были взяты

ветви ели, сосны и осины, характеристика и состав древе-

сины

которых только что приводились (см. табл. 53).

Соответствующие данные о составе древесины ветвей

приводятся в таблице 54, в процентах от абсолютно

сухого

веса.

Сравнивая

цифры табл. 54 о составе древесины ветвей

с данными табл. 53 о составе древесины ствола тех же

деревьев, можно сделать следующие выводы: древесина

ветвей в исследованных случаях содержит значительно

меньше целлюлозы, чем древесина ствола

(43,9—48,2%

древесине ветвей против

52—59,3%—в

древесине ствола).

Содержание пентозанов и лигнина больше в древесине

Журнал Прикладной

химии,

т. VI, 1934 г.

» См. Бум.

пром.

3, 13 (1932).

248

Химия

древесины

Химический

анализ

древесины

249

ветвей

(на

несколько процентов), равно

как и

веществ,

растворимых

горячей воде. Древесина ветвей хвойных

также отличается

от

древесины ствола меньшим содержа-

нием

маннана.

Таблица

Составные части древесины

Целлюлоза

по

Кроссу

Бивену, свободв.

от пентозанов

Лигнин,

полученный

72-процентн. серной

кислотой

Пентозаны

по

Толленсу

Манная

по

Шоргеру

Эфирная

вытяжка (смола)

Раствор,

в гор.

воде вещества

Древесина ветвей

Ели

44,8

34,4

12,8

3,7

1,3

6,6

Сосны

48,2

27,4

13,1

4,8

3.3

3,4

Осины

43,9

25,9

28,7

нет

2,5

4,9

с) Химический состав сердцевины и забо-

лони

ствола. Химический состав сердцевины и заболони

ствола весьма обстоятельно изучался в американской лабо-

ратории

лесных продуктов Риттером и Флеком.

Не-

которые данные этих авторов приводятся в табл. 55.

Таблица

Составные

части

Целлюлоза

по

Кроссу

Бивену,

своб.

от пен-

тозанов

. . .

Лигнин

Пентозаны

. .

Раствор,

в гор.

воде веще-

ства

....

Эфирная

выт..

Зола

Белый

ясень

Желтый

тополь

Желтая

береза

Белый

дуб

50,38

26,95

19,85

6,41

1,17

0,61

53,56

27,39

19,90

3,40

0,43

0,30

58,13

23,08

18,37

1,98

0,27

0,48

59,57

22,19

18,47

2,08

0,43

0,39

58,91

24,69

21,36j

1,18

0,48

0,26

56,88

49,53

26,62|

32,34

20,371

23,25

5,69

0,81

0,40)

4,11

0,46

0,57

Белая

сосна

48,68,

54,25

32,74|

26,51

21,82]

9,31

10,15,

0,71

0,43

5,15

5,46

0,23

50,23

26,14

8,56

7,68

3,62

0,42

аиничесиий

со"™™

15> 1056 <192;

9Т0Й

же

Моратории изучался

димичесиии состав многих американских пород.

Из

данных табл.

можно заключить,

что

химический

состав сердцевины

заболони различных пород неодноро-

ден. Однако отличия

составе сердцевины

заболони

ствола имеют непостоянный характер

зависимости

от

породы.

Так

древесина сосны

(по

данным Риттера

л е к а

также

остальные хвойные породы) отличается,

ббльшим содержанием целлюлозы

лигнина

заболони.

Содержание

же

веществ, растворимых

горячей воде

эфире, больше

сердцевине хвойных пород (приведен-

ные

для

белой сосны данные

по

растворимости

эфире

представляют повидимому исключение).

Для

лиственных

пород

этом отношении трудно слелать какое-либо обоб-

щение,

так как у

одних лиственных содержание целлюлозы

других

веществ больше

заболони,

других

же

наобо-

рот—

сердцевине.

d)O6 однородности химического состава-

древесины

по

длине ствола.

Вопрос

об

однородности химического состава древе-

сины

по

длине ствола (основание, середина

вершина

ствола) изучался

в 1917 г.

Джонсеном

ив 1932 г.

Кома-

ровым

Яковлевым.

Последние

два

автора

для

этой

цели пользовались древесиной

ели,

сосны

осины. Анали-

тические данные, полученные

ими,

показывают,

что

суще-

ствующие отличия

составе древесины, взятой

из

различ-

ных частей ствола (основание, середина, вершина)

не

очень

велики

(2—2,5%)- Наибольшим содержанием целлюлозы

отличается древесина середины ствола (например

для

сосны

58,4% целлюлозы

середине ствола

55,6%

— в

вершине.

Содержание лигнина больше

древесине вершины,

где

наблюдается меньшее содержание целлюлозы.

случае

древесины

ели

меньшее количество целлюлозы наблюдалось

основании ствола,

где

также имелось повышенное коли-

чество лигнина.

е) Отличия

составе весенней

летней

древесины.

Этот ьопрос изучался

американской лаборатории

лесных продуктов Риттером

Флеком

для

многих

американских

пород (Дугласова пихта, белая сосна, сосна

Лоблолли, красная

ольха,

ясень

и др.).

Результаты анали-

зов показали,

что

лигнин

весенней древесине присут-

ствует

больших количествах,

чем в

летней, целлюлоза

же-

наоборот присутствует

значительно больших количествах

Paper

8, 15

(1917);

Бум.

пром.

3, 13

(932).

Об

этом

см.

монографию

Хаулей

Уайз. Химия доевесиньг

стр.

144 и

кнлгу

Хэгглунла.

Химия древесины

стр 171. В

обоих

кни-

га

приводятся подробные аналитические данные

по

аатронутому вопросу.

550

Химия

древесины

летней древесине. От этого правила иногда бывают от-

клонения.

f) Химический состав древесины, повре-

жденной гнилями.

Химический состав древесины, поврежденной гнилями,

изучался Розе и Л и с с е, * Бреем и Эндрю с,

Фал fa-

ком,

* Комаровым* и некоторыми другими исследова-

телями. Согласно данным Фалька, изменения, происходя-

щие в химическом составе древесины при гниении зави-

сят от типа гнили. Фальк указывает, что

следует

раз-

лучать

два основных типа гниения: коррозионный

деструктивный. С химической стороны при кор-

розионном

типе гниения, вызываемом обычно „белыми"

„пестрыми" гнилями, происходит относительное умень-

шение лигнина и пентозанов, целлюлоза же остается почти

без изменений. При деструктивном типе гниения, вызывае-

мом обычно „бурыми" гнилями, происходит относительное

уменьшение целлюлозы и пентозанов и значительное отно-

сительное увеличение лигнина.

Брэй

и Эндрюс изучали одновременно потерю

весе и изменения в химическом составе древесины, вы-

зываемые гниением одного и того же куска дерева и опре-

делили таким образом действительную процентную потерю

каждой составной части. В

результате

этих исследований

было обнаружено увеличение количества веществ, раствори-

мых в холодной и горячей

воде

и в щелочах, уменьшение

же было обнаружено в содержании целлюлозы.

Комаров

изучал химический состав древесины

сосны,

ели, осины и березы (русские породы), поврежден-

ной

главнейшими дереворазрушающими гнилями в различ-

ных стадиях (2-я и 3-я стадии), распространенными в лесных

насаждениях, главным образом на сырорастущих деревьях.

Вместе

с тем в целях сравнения производилось исследова-

ние

состава нормальной древесины, равноценной по усло-

виям

местопроизрастания, возраста и условиям выбора

образцов. Последние были получены путем специальной

их заготовки в

лесу.

Некоторые данные Комарова при-

водятся в табл. 56 (в % от

веса

абсолютно

сухого

веще-

ства). Что касается методов анализа, то в данном

случае

Ind. Eng.

Chem.

9, 284 (1917).

Ind. Eng.

Chem.

16, 137 (1924).

Berichte,

Heft

10 (1926),

Berichte,

H. 1 (1927).

* Бум.

IFJOM.

2, 49 (1934).

Экспериментальная

часть

исполнена

со-

вместно

с И. В.

Немиловой.

Это

отнюдь

не

значит,

что

количество

лигнина

единице

объема

могло

при

гниении

увеличиться.

Увеличение

получается

относи-

тельное,

чисто

счетное.

Химический

анализ

древесины

251

"58

•3

•1ГВ1Э

snuBiuSi

sauioj

(чноиоаве)

BBH4If8WdOH

snueiuSi

sauioj

(чинна

d SSUIOJ

(Ч1ГИНЛ

•dl33U)

ВИИЕ1Э

а> о о,

ю" о" »

oo c*

Tf" cf

со"

С1

о со t~.

•Ф"

«о" о

ю cs —

о 1

8" =

00,

со ca CJ,

со" <o ю

— "^ ^i. "°-

g |

(яиинл

BBI/39)

о |

-Dtujssp

to со

^-Г ю"

to"

5 I

•е-

ffl

?, «•

са

252

Химия

древесины

применялась особая

схема

до некоторой степени похожая

на

схему

Ш о р г е р а (об этом см. цитированную работу).

Необходимо указать, что гниль сосны от гриба Poly-

porus destructor распространена на валежной древесине

немногочисленных районах (например в Марийской области);

гниль Merulius I

aery

mans—повсеместно на старых

постройках. Таким образом эти гнили не являются типичными

для сырорастущих деревьев. Однако характерное изменение

состава древесины при этих гнилях представляет большой

интерес. Приведенные в табл. 56 гнили ели и березы распро-

странены на сырорастущих деревьях.

Обсуждая аналитические данные табл. 56,

следует

первую очередь отметить, что во

всех

рассмотренных

случаях

гнилей сосны, ели, березы и осины наблюдается па

сравнению с нормальной древесиной, сильное увеличение

веществ растворимых в горячей

воде

и в 1-процентном

растворе едкого натра (продукты распада составных частей

древесины — целлюлозы, лигнина, пентозанов). Также может

быть отмечено общее увеличение минеральных веществ

(золы) в гнилой древесине по сравнению с нормальной и

общее уменьшение количества пентозанов (за исключением

осины).

Что касается целлюлозы и лигнина, то, как указывалось

Фальком (см. об это выше), эти изменения зависят от

типа гнили. В

случае

повреждения „белыми" и „пестрыми"

гнилями

наблюдается относительное увеличение или весьма

небольшое понижение содержания целлюлозы и более

заметное уменьшение количества лигнина; в

случае

же

повреждения „бурыми" гнилями наоборот наблюдается

сильное уменьшение содержания целлюлозы и увеличение

количества лигнина. В этом отношении гнили сосны Р о

у-

porus destructor (белая гниль) и Merulius

lacry-

mans (бурая гниль)

служат

яркими примерами. Наоборот

изменения,

вызываемые в еловой древесине грибом Тга-

metes

abietis

носят сравнительно умеренный характер.

Заканчивая

на этом рассмотрение состава гнилой древесины

нельзя не отметить неизученность продуктов распада дре-

весины при гниении. Необходимо также указать на делаю-

щиеся

попытки использовать микробиологические процессы

распада древесины для технических целей

(получение

целлюзозы, органических кислот и пр.) В заключение инте-

ресно привести некоторые данные о составе сосновой дре-

весины поврежденной кренью, т. е. имеющую эксцентри-

ческое расположение годичных колец. Согласно исследо-

» См.

например работу Рокицкой

.Бум.

пром.*

№ 6, 1933 г.

Химический

анализ

древесины

253

ваниям

Хэгглунда

и Люнгрена

указанная древесина

отличается от нормальной сосновой древесины весьма по-

вышенным содержанием лигнина — 38% вместо 28%, а также

гемицеллюлоз (пентозаны и гексозаны) — 29,9% вместо 24,3%,

значительно меньшим количеством целлюлозы —

27,3°/»

против

41,5°/о

в нормальной древесине. Указанными авторами

установлены и

другие

особенности состава древесины по-

врежденной кренью.

g)O6 изменениях в химическом составе

древесины в течение вегетационного периода.

Этот весьма интересный вопрос изучался Жеребовым

Вейновым

применительно к совсем молодым побегам

сосны в течение вегетационного периода (май — сентябрь).

Авторы

работы приходят к следующим выводам:

1. Количество смол и жиров является максимальным

начальном периоде, составляя в апреле — мае около

половины общего состава древесины побегов (38,6%). Не-

прерывно уменьшаясь в течение

следующего

периода, это

содержание падает до 6—9% и снова возрастает, начиная

августа

— сентября (10—12%).

2. Целлюлоза не является начальным продуктом при

синтезе растительной ткани. В апреле — мае она составляет

незначительную часть обессмоленной древесины побегов

(23,11%). Содержание целлюлозы увеличивается лишь

июне — июле приближаясь к нормальному для зрелой

древесины.

3. Содержание лигнина в течение всего вегетацион-

ного периода подвергается незначительным колебаниям

является близким к содержанию его в спелой древесине.

Образование лигнина повидимому предшествует образованию

целлюлозы. Прослеженное понижение содержания пенто-

занов при одновременном повышении содержания лигнина,

подтверждает имеющиеся в литературе предположения

об образовании лигнина из пентоз.

Заканчивая

на этом рассмотрение данных о составе

древесины,

следует

еще указать на отрывочные сведения об

отличиях в составе древесины различного возраста

и раз-

личных условий местопроизрастания

. Однако данные эти

настолько малочисленны, а иногда и противоречивы, что

по

этим вопросам

лучше

воздержаться от каких-либо

обобщений.

Papier

—

Fabrikant,

27—А,

1932 г.

См.

Лесохимический

сборник

Института

древесины

№ 1, 1932 г.

Швальбе

Беккер.

Zeltschr.

ang.

Cbemie

33, 14 (1920).

Никитин,

СолечникиКоыаро

в.

Труды

по

лесному

опытному

делу,

вып. II, 1930 г.

Никитин

Комаров.

Хозяйство

Севера.

J* 7—8, 1930 г.

ГЛАВА

ТРИНАДЦАТАЯ

ГНИЕНИЕ ДРЕВЕСИНЫ

ПРИЧИНЫ,

ETQ

РЫЗЫВАЮЩИЕ

Гниение

древесины является процессом, широко рас-

мространенным в природе. Гниению подвергается не только

срубленная древесина на складах и в постройках, но и

древесина живых растущих деревьев. В настоящее время

определенно установлено, что гниение древесины в боль-

шинстве случаев происходит от развития в ней различ-

ных паразитных и сапрофитных грибов. Грибы являются

низшими

растительными организмами, размножающимися

посредством спор и грибницы.

Подробное описание грибов, разрушающих древесину,

можно найти в специальных работах по Лесной фитопато-

логии,

' здесь же достаточно только сказать, что

существует

большое число видов грибов, растущих на древесине и что

каждый из них развивается при наличии определенной

влажности, температуры и

других

биологических фак-

торов.

Под

влиянием грибов в древесине

могут

происходить

двоякого рода изменения. В одном

случае

древесина мало

или

почти совсем не изменяет своих физических и

меха-

нических свойств и только принимает ту или иную интен-

сивную окраску, зависящую от пигментов, выделяемых

самими

грибами и-ли от цвета их гиф. Такого рода измене-

ния

известны под названием окрашивания древесины

грибы, вызывающие подобного рода изменения, носят

название

деревоокрашивающих грибов.

Типич-

ным

примером деревоокрашивающих грибов

могут

служить

грибы из рода Ceratostomella, вызывающие серовато-синюю

окраску древесины (синева). В

другом

случае

древесина,

помимо

изменения цвета, разрушается и значительно изме-

няет

свои физические и механические свойства; такого

Ванин,

С. И. Гниль дерева, ее

причины

и меры борьбы. 3-е из-

дание,

Сельхозги?, 1932.

Ванин,

С. И.

Синева

древесины и меры борьбы с вей.

Селыозгиз,

J932.

Гниение

древесины

причины,

его

вызывающие

25$

рода изменения носят название гнили древесины

грибы,ее вызывающие, называются дереворазрушаю*

щи

ми грибами.

Из

двух

указанных процессов изменения древесины

под влиянием грибов наибольший интерес как с практиче-

ской,

так и с теоретической стороны представляет процесс

гниения.

Еще Р. Г a p т и г указывал на то, что гниение дре-

весины

происходит оттого, что гифы грибов выделяют

особую жидкость, растворяющую клеточные стенки дре-

весины,

дальнейшие исследования показали, что гниение

древесины происходит под влиянием ферментов, выделяемых

грибами в процессе их жизнедеятельности. Большая часть

дереворазрушающих грибов содержит в грибнице и в пло-

довых

телах

весьма разнообразные ферменты, действующие

на

вещества, содержащиеся в живых клетках древесины

(крахмал, жиры и др.) и на вещества, из которых состоят

оболочки клеток (целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин).

Из

всех

ферментов, находящихся в дереворазрушающих

грибах, наибольший интерес представляют ферменты, ра-

створяющие клеточные оболочки. К числу этих ферментов

относятся

целлюлаза, гемицеллюлаза и лигниназа. Первый

из

них, действуя на целлюлозу, превращает ее в глюкозу,

второй превращает гемицеллюлозу в растворимые сахара

наконец лигниназа растворяет лигнин, превращая его также

какие то растворимые продукты.

результате

действия ферментов клеточные оболочки

постепенно

растворяются и древесина загнивает.

1. Микроскопическая картина гниения

Развитие гриба в древесине сопровождается микроско-

пическими

изменениями, происходящими в клетках и в кле-

точных оболочках древесины.

Наиболее простые микроскопические изменения про-

исходят в древесине, зараженной деревоокрашивающими

грибами, например грибами синевы (Ceratostomella) или

плесенями

(Penicillium)

Гифы

этих грибов распространяются главным образом

клетках сердцевинных лучей и в паренхимных клетках,

где имеются запасы легко растворимых питательных

веществ (крахмал, сахар, жиры) и в более редких случаях

сосудах

трахеидах.

Деревоокрашивающие грибы питаются за счет содер-

жимого клеток и не растворяют клеточных оболочек.

Гифы

этих грибов переходят из клетки в клетку обычно

через естественные отверстия (поры) и только в редких слу-

чаях

могут

пробуравливать отверстия в оболочках клеток.

256

Химия

древесины

наблюдается

скопление

особого

Гниение

древесины

причины

его

вызывающие

257

красящего вещества, по своим химическим свойствам

близкого гуминовым веществам. Благодаря скоплению этих

веществ, древесина в начальной стадии гниения приобре-

тает

буроватую

окраску. При дальнейшем развитии процесса

гниения

в древесине наблюдаются различные изменения кле-

точных оболочек, происходящие под влиянием гиф гриба.

Первоначальные изменения, происходящие в оболочках

клеток

по данным Оршанской характеризуются отста-

ванием

третичных и вторичных слоев от первичных, наблю-

дающимся в клетках либриформа; дальнейшие изменения про-

исходящие в оболочках клеток характеризуются появлением

них отверстий, проделываемых гифами (рис. 35, верхн. ряд).

Отверстия, проделываемые гифами, обычно бывают цилин-

дрической формы, но иногда встречаются отверстия с утон-

чением в середине. Эта последняя форма отверстий происхо-

дит в том случае, когда срединная часть оболочки оказывает

гифе ббльшее сопротивление, чем крайние. Число отверстий,

проделываемых гифами в оболочках клеток, бывает иногда

очень велико; так например Гилей (Hiley), анализируя

гниль лиственницы от гриба Fomes annosus, насчитывал на

стенках

трахеид

на площади в

0,002

кв. мм около 35 отвер-

стий.

Кроме отверстий, проделываемых гифами, в стенках

оболочек иногда можно еще наблюдать косые трещины,

идущие в определенном направлении. Часто при известной

установке микроскопа, можно видеть трещины

двух

при-

мыкающих клеточек, благодаря чему эти трещины кажутся

как

будто

скрещивающимися. Дальнейшие изменения,

происходящие в клеточных стенках, весьма разнообразны

зависят как от разнообразия ферментов, которыми рас-

полагают гифы данного гриба, так и от последовательности

их действия.

В одних случаях после образования обычных отверстий,

проделываемых гифами, в клеточных стенках начинают

образовываться большие, неправильной формы дыры,

клеточные стенки затем начинают растворяться, так что

от них остаются только обр мвки (рис. 35, левый средн. ряда).

других

случаях происходит равномерное растворе-

ние

клеточных оболочек без образования в них крупных

дыр и отверстий. В

результате

изменения объема клеточных

стенок

и происходящего в силу этого сжатия стенок в них

появляются многочисленные тргщины (рис. 35, правый нижн.

ряда).

Внешняя

картина

гниения

При

гниении древесина изменяет свои физические,

механические и химические свойства. Гниение в. первую

древесины.

258

Химия

древесины

очередь сопровождается изменением цвета древесины,

В начальной стадии гниения цвет древесины становится

красновато-бурым

и в

более редких случаях — желтоватым.

В конечной стадии гниения древесина становится

или

светлее, или темнее окружающей

ее

здоровой древесины.

В зависимости

от

этого различают:

1) белые гнили (светлые цвета — белый, желтый

др.)

бурые

гнили (темные цвета — темно-коричневый,

бурый, красный

др.).

случае

бурых

гнилей цвет может быть или однород-

ным

или же на основном фоне образуются светлые пятна

полосы, происходящие

от

образования целлюлозы,

по-

следнем

случае

гниль называется пестрой.

Характерной особенностью грибной гнили является

присутствие

древесине мицелиальных пленок

и в не-

которых случаях особых темных линий, известных

под

названием

„черных линий" (black lines), являющихся местом

скопления

особого красящего вещества

темно окра-

шенных гиф гриба. Окраска гнили, внешний вид пленок

черных линий

могут

служить признаками для отличия

гнилей

друг

от

друга.

В гнилой древесине наряду

изменением цвета проис-

ходит

и изменение удельного веса

физической структуры.

В последней стадии гниения объемный вес гнилой

древесины становится

2—3 раза меньше объемного веса

здоровой древесины. В начальной стадии гниения объемный

вес зараженной древесины не отличается от объемного веса

здоровой древесины,

а в

некоторых случаях

даже

увеличи-

вается. Так например поданным Мисевича объемный

вес древесины осины

начальной стадией гнили

от

гриба

Fomes

igniarius

оказался несколько больше объемного веса

здоровой древесины.

В конечной стадии загнивания физическая

структура

древесины сильно изменяется. Различают следующие струк-

туры

гнилей древесины:

пластинчатую, — когда гни-

лая древесина легко разделяется

на

тонкие пластинки;

2) призматическую, — когда гнилая древесина

тре-

скается

разделяется на призмочки или квадратики раз-

личной

величины;

пор о шко образную,—когда дре-

весина при надавливании пальцами легко крошится и расти-

рается

порошок;

ямчатую,— когда

древесине

появляются углубления ввиде ямок

пр. (рис. 36) Призма-

тическая

порошкообразная гнили обычно образуются

при

деструктивном процессе гниения (см. ниже).

В связи

изменением объемного веса гнилой древе-

сины

и ее

структуры изменяется

ее

влагоемкость. Гнилая

Гяиение

древесины

причины

его

вызывающие^

259

древесина поглощает

воду

гораздо большем количестве

нежели здоровая древесина, как это видно

из

таблицы 57.

Таблица 5Т

Наименование

породы

род

повреждения

Размер

образцов

(в

см)

Объем-

ный

вес

образцов

Осина

здоровая

. . •

Гнилая

осина

(от Fo-

mes

igniarius

III

стад.)

Береза

здоровая

Гнилая

береза

(от Fo-

mes

igniarius

III

стад.)

Сосна

здоровая

. . .

Гнилая

сосна

(от Ме-

rulius

lacrymans)

Дуб

здоровый

•

Гнилой

дуб (от

Poly-

porus

sulphureus

III

стад.)

. .

•

2X2X2

0,30

0,55

0,35

0,68

0,36

Первона-

чальная

влаж-

ность

образца

°/о

проЦ.

поглощения

воды

при

полном

погружении

воду

через

час 25 час.

199

217

168

Как

видно из таблицы, разница поглощения воды 31-

висит не только

от

состояния,

котором находится древе-

сина,

но также

и от п

иба, вызывающего разрушение.

Что касается гигроскопичности гнилой древесины,

то

она

обычно несколько больше гигроскопичности здоровой

древесины, как это видно из данных нашего опыта, пред-

ставленных

таблице 58.

Таблица 5S

Название

образца

Объем-

ный

i ее

Первона-

чальная

влаж-

ность

образца

Поглощение

воды из воз-

духа,

нло-чц.

влагой 0С№%)

<••„ кайс.сух.

весу,

через

6 дней

Осина

здоровая

Осина,

поврежденная

Fomes

igniarius

. .

Сосна

здо.овая

Сосна,

поврежденная

Merulius

lacrymans

0,41

0,26

0,52

0,21

10,8

11,2

20,7

21,0

22,5

23,5

17*