Energent, a je lahko še mnogo več – EOL 57

Slovenija ima izredno bogate gozdne vire, saj skoraj 60 odstotkov njene površine prekrivajo gozdovi. Ti vsebujejo obilne zaloge vsakovrstnega lesa. Slednji je obnovljiv material s komplicirano kemijsko strukturo, ki jo je nemogoče sintetizirati, zato predstavlja edinstven, a premalo izkoriščen surovinski potencial. Danes se les uporablja predvsem kot energent, gradbeni material in surovina za proizvodnjo papirja. Manj znano pa je, da je tudi vir številnih dragocenih naravnih spojin, ki bi se jih dalo iz lesa izolirati in uporabiti v koristne namene. Les vsebuje poleg osnovnih gradbenih komponent, in sicer celuloze (40 do 50 odstotkov), hemiceluloze (20 do 30 odstotkov) in lignina (20 do 30 odstotkov) tudi od 2 do 5 odstotkov ekstraktivnih snovi, kot so npr. smole, olja in polifenoli. Slednji so še posebej zanimivi, saj zaradi svojih izrednih antimikrobnih in antioksidativnih lastnosti predstavljajo kemijsko zaščito lesa pred napadom mikroorganizmov in insektov, hkrati pa varujejo tkiva pred številnimi degenerativnimi procesi, sevanjem in poškodbami, ki jih povzročajo prosti radikali.
Številne študije kemijske sestave lesa so pokazale, da se nahajajo največje koncentracije polifenolnih antioksidantov v skorji, starih vejah in grčah, ki predstavljajo baze vej znotraj debla (slika 1). To so dokaj izpostavljena tkiva, saj pogosto prihaja do ranitev oz. odlomov vej, tik ob deblu. Odprta rana je občutljiva in dovzetna za infekcije, zato drevesa v grčah in skorji skladiščijo biološko aktivne spojine, ki preprečijo razkroj poškodovanih lesnih tkiv. Poudariti velja, da so omenjeni deli dreves pravzaprav odpadek pri sečnji oz. v lesnopredelovalni in papirni industriji. Ti odpadki ostajajo na mestih nastanka, torej v gozdovih ali pa se uporabljajo kot kurivo v energetskih obratih predelovalnic lesa. V obeh primerih ostajajo znatne količine visoko bioaktivnih polifenolov neizkoriščene.

Kaj so polifenoli in kako jih izoliramo iz lesnih tkiv

Polifenoli so spojine z dvema ali več fenolnimi skupinami v molekuli. V drevesnih tkivih se najpogosteje pojavljajo nižji polifenoli, in sicer flavonoidi, lignani in stilbeni, poleg njih pa so prisotne tudi višje molekularne strukture, kot so npr. oligolignani in tanini. Ker je njihova sinteza genetsko regulirana, vsebuje vsaka drevesna vrsta specifične spojine, po katerih se loči od drugih vrst. Tako je npr. karakterističen smrekov polifenol lignan hidroksimatairezinol, za borovce je značilen stilben pinosilvin, medtem ko sta glavni polifenolni komponenti v macesnu flavonoid taksifolin in lignan sekoizolaricirezinol.

Slika 1: Debelni les macesna z beljavo in jedrovino (prečni presek) ter grča (vzdolžni presek)

Polifenole lahko na enostaven način izoliramo iz lesa s pomočjo ekstrakcije. Kot ekstrakcijsko sredstvo se običajno uporablja polarno topilo, npr. etanol, aceton ali voda. Po končani ekstrakciji je možno topilo oddestilirati in ponovno uporabiti. Postopek izolacije je prikazan na sliki 2. Čisti ekstrakt, ki ga dobimo po odstranitvi topila, običajno sestavlja kombinacija spojin, ki izkazujejo močnejši antioksidativni efekt kot vsaka spojina posamično, torej gre za sinergistično delovanje v naravi sintetiziranih spojin.

Slika 2: Shematski prikaz ekstrakcije lesa

Največ polifenolov je v grčah

Lesna tkiva, kot so debelni les (beljava, jedrovina, grče) in les vej se med seboj znatno razlikujejo glede na sestavo in količinsko vsebnost polifenolov, prav tako pa ima drugačno vsebnost polifenolov tudi skorja, v kateri običajno prevladujejo višji polifenoli, kot so npr. tanini. Koncentracijsko porazdelitev polifenolov v lesnih tkivih evropskega macesna prikazuje tabela 1, iz katere je razvidno, da se daleč največ polifenolov v drevesu nahaja v grčah in delu vej tik ob deblu, torej v tehnološko nezanimivih delih, ki običajno predstavljajo odpadno lesno biomaso. Podobna porazdelitev velja tudi za druge iglavce in nekatere listavce. Vsebnosti polifenolov v grčah iglavcev se običajno gibljejo med 10 in 20 odstotki, preračunano na suho maso lesa, medtem ko so tipične koncentracije v jedrovini precej nižje, in sicer od 1 do 2 odstotkov. Zaradi visoke vsebnosti biološko aktivnih polifenolov v lesnih grčah lahko upravičeno trdimo, da so slednje najbogatejši vir antioksidantov, ki ga je moč najti v naravi, in hkrati tehnološko pomemben vir za pridobivanje teh spojin.

Tabela 1: Povprečne koncentracije polifenolov v različnih tkivih evropskega macesna

Polifenoli so tudi prehransko dopolnilo

Polifenoli, ki se nahajajo v grčah iglavcev, so visoko biološko aktivne spojine, zaradi česar ugodno vplivajo tudi na človeški organizem. Tako so npr. flavonoid taksifolin ter lignana sekoizolaricirezinol in hidroksimatairezinol (HMR) močnejši antioksidanti od vitamina E in karotenoidov. Delujejo protivnetno, protialergijsko, krepijo imunski sistem, varujejo pred degenerativnimi spremembami celic, izboljšujejo spomin in preprečujejo oksidativni stres. Zaradi izjemno visokih koncentracij, ki se nahajajo v odpadni lesni biomasi, je smotrna njihova izolacija in predelava v uporabne proizvode. Na Finskem je l. 2005 stekla industrijska proizvodnja HMR, pri kateri kot surovino uporabljajo smrekove grče, ki ostajajo kot odpadek pri proizvodnji celulozne vlaknine. Pri dnevni predelavi 1000 ton smrekovine v celulozo pridobijo na letni ravni 100 ton HMR. Slednjega je moč najti na tržišču kot prehransko dopolnilo, in sicer v obliki kapsul. Izredno močen antioksidant je tudi flavonoid taksifolin, ki ga pridobivajo iz grč in skorje sibirskega macesna. Preko 600 raziskav je potrdilo njegov izjemen učinek pri zaviranju degenerativnih pojavov v telesu.
Že nekaj časa je na tržišču tudi preparat Pycnogenol, ki je ekstrakt skorje mediteranskega bora. Vsebuje zmes naravnih polifenolov, ki med drugim pozitivno vpliva tudi pri zdravljenju sladkorne bolezni, saj znižuje raven glukoze v krvi. Upravičeno lahko trdimo, da so polifenolni antioksidanti lesnega izvora vsestransko uporabne spojine, torej spojine z visoko dodano vrednostjo v pravem pomenu besede. Poleg zdravilnih učinkov, ki pogojujejo njihovo uporabnost v medicini in farmaciji, bi jih lahko uporabljali tudi kot zaščitna sredstva v prehrambni in kozmetični industriji ter v številnih tehničnih proizvodih, kjer bi učinkovito nadomestili nekatere ekološko oporečne oz. toksične komponente sintetičnega izvora.
V odpadni lesni biomasi najdemo tudi druge spojine, ki so tehnološko uporabne, npr. smole, voske, olja, sterole, sladkorje in lignin, poleg tega pa je možno lesno maso na enostaven in energetsko ugoden način tudi utekočinjati in jo uporabiti kot gorivo, lepilo ali za proizvodnjo poliuretanskih pen, ki nadomeščajo plastične mase. Zavedati se moramo, da je les obnovljiva surovina, katere potencial je premalo izkoriščen. Odpadna biomasa se največkrat sicer uporabi kot energent, vendar pa pri tem uničimo številne spojine, ki bi jih lahko predhodno izolirali in predelali v tržno zanimive proizvode, preostalo, nekoliko osiromašeno maso pa nato uporabili v energetske namene. Les je rastoča surovina in zato material prihodnosti, ki bo delno nadomestil tudi surovo nafto, katere zaloge postajajo čedalje manjše.