Совершенствование эффективности переработки леса в России и за рубежом
ДРЕВЕСНОЙ ЗЕЛЕНИ КАК СЫРЬя ДЛя ПОЛУчЕНИя БИОЛОГИчЕСКИ АКТИВНЫХ
ПРЕПАРАТОВ.
Моно- и сесквитерпеноиды, входящие в состав как эфирных
масел, так и нейтральные соединений древесной зелени сосны,
наряду с фитонцидной активностью проявляют высокую токсичность
для стволовых вредителей - ксилофагов и репеллентную активность
против двукрылых насекомых [Ягодин, 1981; Левин, 1981; Репях,
1988].
Исследования по применению эфирных масел в медицине показали,
что препарат, содержащий 10 % эфирного масла сосны в единице
лекарственной формы, может быть использован в качестве
стимулятора заживления гнойных ран.
Большой интерес представляют вещества, входящие в состав
нейтральных соединений древесной зелени сосны. Однако если (-
ситостерин, содержащий в древесной зелени как в свободной форме,
так и в виде сложных эфиров с высшими жирными кислотами,
является уже традиционным для лесохимии продуктом, то остальные
соединения до сих пор в России промышленно не выделяются.
Изоабиенол, являясь спиртом лабданового типа строения,
относится к ценным исходным соединениям для синтеза душистых
производных серой амбры - продукта жизнедеятельности кашалотов,
представляющего собой один из наиболее ценных видов сырья для
парфюмерии. За последние 10-15 лет интерес к душистым соединениям
значительно вырос, о чем свидетельствуют многочисленные
публикации. Объясняется это постоянно растущим спросом на них во
всем мире и непрерывным сокращением численности кашалотов
[Васильев, 1991].
При окислении изоабиенола удалось получить амбреинолид. При
обработке серной кислотой амбреинолид перегруппировывается в
кислоту, циклизующуюся далее в карбонильное соединение
феналановой структуры с сильным , амбровым запахом.
Амбреинолид является важным веществом для синтеза и других
ценных душистых соединений. В небольшом количестве он содержится
в табаке, но богатых им природных источников нет. Разработано
несколько синтезов рацемического амбреинолида. Все они
многостадийны, а исходные вещества труднодоступны. Поэтому
решение задачи синтеза этого соединения из доступного сырья
является важным достижением в создании процессов промышленного
синтеза душистых соединений [Васильев, 1991].
Полипренолы идентифицированы в листьях растений, а также
бактериях, тканях животных организмов, грибах. Отмечено, что
содержание полипренолов более высокое (в 10-50 раз) в хвойных
растениях, чем в лиственных. При этом в хвойных растениях
полипренолы содержат большее количество (от 10 до 20)
изопреновых звеньев в цепи молекулы, чем в лиственных (от 6 до
12). Концентрируясь в мембранах клеток, полипренилфосфаты
осуществляют перенос углеводов от соответствующих
нуклеотидсахаров с последующей их полимеризацией. Цепи
полипренолов входят в состав молекул таких биологически активных
соединений, как витамин К, токоферолы, некоторые коферменты.
Исследователи относят полипренолы к новому классу низко
молекулярных биорегуляторов, играющих исключительно важную роль в
продуцировании живыми организмами - от микроорганизмов до
млекопитающих - углеводосодержащих биополимеров ряда
полисахаридов, гликопротеинов, пентидогликонов и других
[Васильев, 1991].
В организме человека эти соединения сконцентрированы в
поджелудочной железе, мозге, сердце, почках, печени, селезенке
и других тканях. Полипренолы представляют интерес как
лекарственные вещества, в частности производные полипренолов
могут найти применение в качестве средств, снижающих кровяное
давление, противоожоговых средств, а также заживляющих язвы
желудка и двенадцатиперстной кишки. Отмечается также высокая
эффективность применения этих веществ в качестве кормовых
добавок.
Основные исследования по изучению полипренолов проводились в
США и Японии. В этих странах полипренолы получают из свиной
печени и свиной поджелудочной железы, а также хвои различных
растений методом промышленной колоночной хроматографии. Сложность
получения таких препаратов и высокая эффективность их применения
обусловливают высокую цену на эти продукты.
Фосфолипиды, представленные в основном глицерофосфатидами, и
их концентраты применяются в качестве эмульгирующих веществ в
биологически активных эмульсиях. Они улучшают качество и ценность
продуктов питания. Небольшие добавки этих соединений в корм
животных способствуют повышению продуктивности скота и птицы.
Поэтому использование древесной зелени в качестве дешевого и
доступного сырья для подобного производства является актуальной
задачей.
3.4.1. ПЕРЕРАБОТКА ДРЕВЕСНОЙ ЗЕЛЕНИ СОСНЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ЕЕ
РАЗВИТИЯ
Использование древесной зелени в настоящее время направлено
главным образом на применение ее в качестве кормовой добавки в
рационы сельскохозяйственных животных. Питательность древесной
зелени сосны составляет 0,28 кормовой единицы в 1 кг, т.е.
равна по питательной ценности пшеничной или ржаной соломе.
Хвоя содержит целый ряд ценных биологически активных веществ
и является витаминным кормом, а также служит источником
фитонцидов. Однако наличие в ней дубильных, смолистых веществ, а
также горечей, придающих ей специфический вкус и свойства,
ограничивает ее использование в значительных количествах в
нативном виде. Кроме того, древесная зелень является продуктом
ско-ропортящимся. Срок ее хранения после заготовки не должен
превышать в летнее время 5 сут., а в зимнее - 20 сут. [Васильев,
1991].
Для использования полезных свойств этого ценнейшего
растительного сырья при одновременном нивелировании отрицательных
сторон применяются различные методы переработки древесной зелени.
Их можно подразделить на механические и химические.
Механическая переработка древесной зелени
Для сохранения на более длительное время биологически
активных веществ хвои на практике проводят скоростную сушку и
затем высушенную древесную зелень измельчают в муку. Хвойная
витаминная мука потребляется животными лучше, чем свежая хвоя.
Это происходит потому, что при сушке из нее удаляется часть
эфирных масел и других летучих веществ, а часть дубильных
веществ переходит в малорастворимую форму.
Цехи по выработке витаминной муки на предприятиях России в
основном работают рентабельно. Выработка товарной продукции на
одного рабочего составляет около 5 тыс.р. в год. Эти показатели
могут быть значительно улучшены за счет механизации ручного труда
на заготовке сырья и комплексного его использования.
В России работает свыше 200 цехов и несколько передвижных
установок по выработке хвойной витаминной муки [Васильев, 1991].
Простота технологии и неограниченный сбыт продукции
способствовали быстрому росту этого производства. Однако в
последнее время реализация продукции затрудняется из-за высокой
(150-280 р./т) цены на витаминную муку.
Технология производства витаминной муки имеет и ряд
трудностей, связанных не только со сложностью сбора древесной
зелени, но и с зависимостью состава сырья от различных
неконтролируемых факторов, а также его неоднородностью.
Необходимо также отметить, что использование витаминной муки как
компонента кормов сельскохозяйственных животных ограничено
наличием дубильных и смолистых веществ, гликозидов и алкалоидов.
Поэтому становится очевидной необходимость облагораживать
древесную зелень или извлекать из нее биологически активные
вещества с использованием проэкстрагированного сырья, в качестве
витаминной муки или компостов, а также кормовых добавок,
Обогащенных белком за счет выращивания на ней дополнительной
биомассы.
3.4.2. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ
ВЕщЕСТВ ИЗ ДРЕВЕСНОЙ ЗЕЛЕНИ
Технология экстракционной переработки древесной зелени
заключается в извлечении из измельченного сырья различными
растворителями биологически активных веществ, их концентрирование
и использование в качестве конечного продукта или как сырья для
выделения соединений с ценными свойствами.
Все существующие технологические схемы можно подразделить на
непрерывные или периодические с использованием в качестве
экстрагента воды, водяного пара, полярных или неполярных
растворителей.
Переработка древесной зелени по способу батарейной
противоточной экстракции горячей водой после предварительной
отгонки эфирного масла острым паром относится к старейшим
производствам такого рода. Уже в 1931 г. на Тих-винском
лесохимическом заводе вошел в строй цех по переработке еловой
древесной зелени с получением хвойного лечебного экстракта и
эфирного масла [Ягодин, 1980]. В настоящее время этот цех
перерабатывает ежегодно около 3,5 тыс.тсырья и производит
экстракт хвойный натуральный (ТУ-81-05-97--70), экстракт хвойно-
соляный в брикетах (ТУ-81-05-98--70), а также тяжелое эфирное
масло (фС 42-659-73). Тяжелое эфирное масло применяется для
приготовления препарата "Пинабин", являющегося эффективным
средством лечения почечно- и желчекаменной болезни и
калькулезного холецистита.
Наряду с батарейным методом экстракции предложена
усовершенствованная технологическая схема переработки древесной
зелени с получением эфирного масла и хвойного натурального
экстракта на установках непрерывного действия НДТ-ЗМ и УНП
[Ягодин, 1980; Репях, 1988]. В 1975 г. такая технология
внедрена в Цюрупинском лесхоззаге Херсонской области Украины
[Продниекс, 1988].
Кроме получения хвойных экстрактов в настоящее время
существует несколько способов получения соков из хвои. Выход
клеточного сока зависит от способа и глубины обработки сырья и
составляет от 10 до 30 %. Для увеличения выхода сока древесную
зелень подвергают многократной пропарке или ферментации. Это
дает возможность разрушить защитную оболочку хвои и значительно
повысить выход сока, состав которого мало отличается от состава
натурального хвойного экстракта.
Все получаемые таким образом экстракты представляют собой
галеновые препараты со слабо изученным, составом и используются
только для приготовления хвойных ванн в качестве лечебного
средства при заболеваниях центральной и периферической нервной
системы, сердечно-сосудистых и ревматических заболеваниях.
Из органических растворителей в настоящее время нашли
промышленное применение только бензин БР-1 и БР-2, а также
трихлорэтилен. Начало использования жирорастворимых веществ
приходится на 1949 г., когда был предложен способ переработки
древесной зелени экстракцией бензином. Получаемый продукт,
который после омыления растворяется в воде, был назван
хлорофилло-каротиновой пастой (ГОСТ 21802-84). Производство
хлорофилло-каротиновой пасты впервые было организовано в
Лисинском учебно-опытном лесхозе в 1950 г., а затем
модернизировано [Ягодин, 1980; Левин, 1981; Репях, 1988].
В настоящее время такие производства перерабатывают как
только сосновую древесную зелень, так и сосновую древесную зелень
совместно с еловой. Поэтому, исходя из состава используемого
сырья, цехи по переработке древесной зелени в зависимости от
технологического варианта подразделяются на два вида. К первому
относятся цехи, перерабатывающие только древесную зелень сосны, с
получением хвойной хлорофилло-каротиновой пасты, хвойного воска
(ОСТ-56-65-82) и эфирных масел. Ко второму - цехи,
перерабатывающие древесную зелень сосны и ели с получением, кроме
упомянутых продуктов, хлорофиллина натрия (ОСТ 56-33-85),
бальзамической пасты (ОСТ 56-58-83), провитаминного концентрата
(ОСТ-56-32-85), а также фракций эфирных масел (рис. 6). В 1980 г.
внедрена технология получения хвойного эфирного масла путем
вакуумной фракционной дистилляции масла-сырца с применением
ротационного пленочного испарителя ИР-10 [Ягодин, 1988].
Согласно технологической схеме бензиновый экстракт древесной
зелени, освобожденный от восков, подвергают обработке 30 %-ным
водным раствором щелочи. При этом происходит омыление
сложноэфирньк групп в молекуле хлорофилла с выделением металла,
фитола, а также нейтрализация свободных жирных, смоляных и
хлорофиллиновых кислот.
Натриевые соли кислот и некоторые производные хлорофилла,
образовавшиеся в результате воздействия на экстракт щелочи,
растворяются в воде. Нейтральные же вещества остаются в
бензиновом растворе. После отгонки растворителя из нейтральных
веществ получают провитаминный концентрат и эфирные масла.
Водорастворимые вещества обрабатывают 15-20 %-ным раствором
серной кислоты, в результате чего выделяются хлорофиллин-сырец,
а также жирные и смоляные кислоты.
Для получения смоляных и жирных кислот применяют метод
экстрагирования бензином при 60-65 С0 с последующей отгонкой
растворителя. Полученный продукт нейтрализуют 40 %-ной щелочью с
добавлением воды до 40 % влажности. Он представляет собой
бальзамическую пасту.
Водная суспензия хлорофиллина-сырца промывается водой до
нейтральной реакции в промывных водах. Затем производится сушка
продукта. Полученные хлорофиллиновые кислоты нейтрализуются
карбонатом натрия (содой) в 20%-ном водном растворе этанола при
температуре 75 С и соотношении растворитель: хлорофиллин
натрия:сода равном 10:1: :0,5 в течение 15-20 мин [Репях, 1988].
При получении спиртового раствора хлорофиллина натрия спирт
частично отгоняется до получения нужной концентрации продукта.
При получении же водного раствора спирт отгоняется полностью и
концентрат хлорофиллина натрия растворяется в воде. Полученные
растворы поступают в фасовочное отделение и
[pic]
Рис. 6. Принципиальная схема переработки
древесной зелени
по способу бензиновой экстракции
разливаются в стеклянную тару.
Таким образом, учитывая использование обессмоленной древесной
зелени, в настоящее время можно говорить о создании безотходной
технологии переработки этого сырья с получением целого ряда
биологически активных продуктов. Однако все они представляют
собой сложные, полностью не изученные смеси, что ограничивает их
применение и, прежде всего, в фармакологии.
Выход хлорофилло-каротиновой пасты по описанной технологии
переработки древесной зелени сосны из 1 т сырья при использовании
для ее подготовки усовершенствованного измельчителя кормов
"Волгарь-5" составляет 60-70 кг и 120-150 т тяжелого эфирного
масла [Ягодин, 1988]. В среднем извлекается приблизительно 50-60
% смолистых веществ. Количество хлорофилловых пигментов в
бензиновом экстракте составляет 20-30 %, а каротиноидов до 50 %
от содержания их в исходном сырье. При дальнейшей переработке
экстрактов древесной зелени сосны и ели получают до 5 кг
провитаминного концентрата, 5-5,5 кг бальзамической пасты, до 2
кг хвойного воска, а также 200-230 г хлорофиллина натрия.
В НПО "Силава" (Латвия) на основании данных о работе цехов
по переработке древесной зелени на базе типового оборудования с
использованием нестандартных экстракторов разработан проект
лесобиохимического цеха с получением хлорофилло-каротиновой пасты
и тяжелого эфирного масла [Продниекс, 1988]. Ниже приведены
технико-экономические показатели цеха.
Технико-экономические показатели цеха
Годовой выпуск товарной продукции, тыс.р. 123,95
Годовая потребность, т:
в сырье .....……………………………............ 600
в бензине ............…………………………….. 39
в едком натре ........………………………... 2,82
Общая сумма капиталовложений, тыс.р. 101,27
Средняя прибыль, тыс.р. .....……………..... 47,52
Средняя рентабельность, %.…………........ 62
Окупаемость капитальных вложений, год . . 2,54
Удельные капитальные затраты на 1 руб. товарной продукции,
81,7 коп.
Однако в проекте заложены заниженные данные по выходу
продуктов из 1 т сырья: хлорофилло-каротиновой пасты-50 кг,
тяжелого эфирного масла -95 г. Их выход составляет до 70 кг и
140 г соответственно. То есть по выпуску товарной продукции
данные занижены на 45 тыс.р. Денежный выход с 1 т продукции
составит 281,7 р. [Левин, 1981; Репях, 1988]. Таким образом,
цеха, получающие в качестве продуктов переработки древесной
зелени только тяжелое эфирное масло и хлорофилло-каротиновую
пасту уже оказываются высокорентабельными предприятиями. Нo
неполнота извлечения экстрактивных веществ, а также высокая
пожароопасность производства обусловили поиски новых
растворителей для проведения процесса экстракции.
Внедрение в промышленные технологические схемы в качестве
экстрагента трихлорэтилена было осуществлено на основании
исследований, проведенных на кафедре процессов и аппаратов
Таллиннского политехнического института. Отмечено, что
трихлорэтилен имеет наивысшую среди хлорорганических
растворителей стабильность в условиях экстракции, относительно
низкую температуру кипения (87,0°С) и практически не растворима
воде (0,1 %), что облегчает его регенерацию. Авторами была
разработана технология экстракции древесной зелени хвойных
пород трихлорэтиленом в непрерывном процессе при обработке
извлеченньк смолистых веществ триэтиламином. Эта технология была
внедрена в химцехе Валгского лесхоза и Выруского леспромхоза
(Эстония) и в химцехе Тетеревского опытного лесхоззага
(Украина). Однако анализ работы этих предприятий показал, что,
хотя трихлорэтилен и является трудногорючей жидкостью,
пожароопасность которой на одну категорию ниже, чем у
экстракционного бензина БР-1, он обладает повышенной
токсичностью. Предельно допустимая концентрация его паров в
воздухе рабочей зоны составляет 10 мг/м3, что очень трудно
достижимо в промышленных условиях. Возникают большие
затруднения при очистке стоков. Кро ме того, при длительном
хранении на свету трихлорэтилен постепенно окисляется кислородом
воздуха до фосгена, а при соприкосновении с водой образует
корродирующую смесь. Поэтому этот способ не нашел широкого
распространения, так же как и предложенная схема экстракции
древесной зелени в винтовых аппаратах непрерывного действия.
К недостаткам рассмотренных схем относят прежде всего
неполное извлечение и использование содержащихся в древесной
зелени веществ. При получении биологически активных веществ по
технологической схеме с применением экстракции органическим
растворителем в обессмоленной древесной зелени остаются
неиспользованными водорастворимые вещества, а при водной
экстракции - жирорастворимые. Резервом дальнейшего улучшения
показателей является совершенствование технологии, а также
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
|