Комплексна переробка зелені хвойних порід з метою одержання біологічно активних речовин

Описано технологічний процес отримання біологічно активних речовин із зелені хвойних порід.

У лісах Східного Сибіру переважають хвойні породи. Як правило, крона хвойних дерев використовується дуже мало і то в основному на виробництво хвойно-вітамінного борошна. Останнім часом гостро порушується питання комплексного використання всієї біомаси, зокрема і крони. Величезним потенціалом у цьому може стати отримання біологічно активних речовин із деревини хвойних порід. У Братському індустріальному інституті спільно з ТОВ ⌠Ія■ організовано експериментальний цех з виробництва комплексу біологічно активних речовин з деревної зелені хвойних порід: пасти хвойної хлорофіло-каротинової, препарату хлорофіліну натрію, провітамінного концентрату, хвойного воску олії, середньої , пасти бальзамічні. Попередні дані, закладені у проекті, розроблені та апробовані в КДТА (м. Красноярськ) [1, 2].

За дослідженнями [4] концентрація вільних та етерифікованих стеринів у хвої максимальна в зимовий період. За кількісним змістом стеринів у деревині хвойні породи розташовуються у такому порядку: ялиця сибірська, кедр сибірський, сосна звичайна, ялина сибірська.

Деревна зелень хвойних покрита тонким шаром воску, і залежно від породи кількість коливається від 2,0 до 5,0% [5].

Продукція, що випускається, являє собою біологічно активні речовини, одержувані шляхом екстракції хвойної зелені бензином і подальшою переробкою отриманого екстракту. Хвойна хлорофіло-каротинова паста - це фітонцидний полівітамінний препарат, що містить хлорофіл, каротин, каротиноїди, вітамін Е, стерини та інші біоактивні речовини, що стимулюють біологічноактивні процеси. Паста може використовуватися в медицині для лікування виразок, опіків, обморожень, захворювань шкіри, у тваринництві та птахівництві як вітамінна кормова добавка, у косметичній та парфумерній промисловості як біоактивний компонент.

Препарат хлорофіліну натрію являє собою продукт омиленого хлорофілу, що містить водорозчинні похідні хлорофілу та натрієві солі жирних та смоляних кислот. Препарат використовується як біоактивна добавка у виробах парфумерно-косметичної промисловості.

Провітамінний концентрат (неомильні речовини) містить каротиноїди, стерини, вітамін Е. Застосовується як біоактивна добавка в косметичних виробах і як вітамінне підживлення в тваринництві.

Хвойний віск містить 70-80% оксикислот (в основному жирних), 10-15% жирних кислот, 9-12% неомилюваних речовин. Застосовується як добавка у косметичних виробах.

Середня фракція ефірної олії містить до 16% терпенових спиртів та інші терпенові компоненти. Застосовується як аромат у парфумерно-косметичних виробах.

Тяжка фракція ефірної олії містить терпенові спирти та їх складні ефіри, сесквітерпени, невелику кількість монотерпенів. Застосовується у суміші з харчовою олією як засіб для лікування нирково-кам'яної хвороби.

Хвойна бальзамічна паста виходить при нейтралізації жирних і смоляних кислот, виділених з бензинового екстракту деревної зелені при виробництві хвойного хлорофіліну натрію, містить похідні хлорофілу, 50-60% смоляних кислот, 30-40% жирних кислот, близько 70% неом. Паста використовується як біоактивна добавка в туалетне мило і парфумерно-косметичні вироби.

Допоміжними матеріалами для виробництва біологічноактивних речовин методом екстракції є бензин-розчинник БР-2, їдкий технічний натр, сірчана кислота, спирт етиловий ректифікат, бікарбонат натрію. Бензин використовується для екстракції біологічно активних речовин: їдкий натр для омилена смолистих речовин у вигляді 40% розчину, сірчана кислота застосовується для підкислення водних розчинів солей жирних і смоляних кислот до рН 1?3 у вигляді 20% водного розчину; етиловий спирт застосовується для розчинення хлорофіліну натрію у вигляді 40% водного розчину, бікарбонат натрію застосовується для нейтралізації залишків сірчаної кислоти після промивання водою хлорофіліну натрію та у вигляді насиченого водного розчину.

В експериментальній частині роботи виконано такі дослідження: визначення оптимальних режимів технологічних процесів одержання біологічно активних речовин шляхом екстракції хвойної зелені, визначення відсоткового виходу готової продукції від обсягу сировини, визначення впливу групового хімічного складу деревини на вихід продукції.

Внаслідок цього можна запропонувати наступний технологічний процес (рис. 1).

Сировина для отримання біологічно активних речовин подрібнюється до 6-10 мм, потім подається в циклон. У циклоні відбувається заспокоєння повітря, подрібнена деревна зелень осідає і під дією сили тяжіння надходить на завантаження екстрактор. В екстрактор подаються пари бензину. При конденсації утворюється бензинова місцела. Тривалість екстракції 3-3,5 години.

Мал. 1. Структурна схема отримання біологічно активних речовин із зелені хвойних порід

Потім місцелла перекачується у відстійники. Повний оборот одного відстійника становить 24 години. Періодично (через 5 діб) пором проводиться відігрів відстійника воскоподібного, що відклався на стінках.продукту, що у гарячому вигляді спускається до збірки воску-сирцю щоб одержати хвойного воску. Містела, що відстоялася, перекачується через фільтр у перегінний куб, де проводиться відгін хлорофіло-каротинової пасти та її омилення. Бензиновий розчин неомильних речовин зливається у збірник, де в результаті перегонки, відстоювання та промивання одержують провітамінний концентрат, бальзамічну хвойну пасту та фракції ефірної олії.

Оскільки виробництво пов'язане з хімічними речовинами, важливою проблемою є утилізація відходів виробництва та очищення стічних вод. Відходами виробництва є проекстрагована зелень, яка може йти на отримання хвойного вітамінного борошна, що використовується як корм для великої рогатої худоби або як складова для компосту. Шкідливих викидів у повітря не виробляється. Внаслідок отримання біологічно активних речовин утворюються умовно-чисті та брудні води. Умовно чисті води замкнуті у систему оборотного водопостачання. Брудні води надходять у каналізацію та накопичуються у спеціальних ємностях, звідки вивозяться на звалище у відведене місце. Загальний обсяг стічних вод не перевищує 5-6 м 3 на добу.

Конденсат пари надалі йде на вторинне використання тепла-опалення виробничих та інших будівель та приміщень.

В результаті аналізу експериментального технологічного процесу виявлено, що найбільш оптимально обладнання використовується при переробці 800-1200 тонн деревини хвойних порід на рік. У цьому вихід готової продукції таке:

паста хвойна хлорофіл-каротинова ≈ 3,75%;
препарат хлорофіліну натрію ≈ 4,0%;
провітамінний концентрат ≈ 0,13%;
хвойний віск ≈ 0,25%
середня фракція ефірної олії ≈ 0,04%;
важка фракціяефірної олії ≈ 0,06%;
паста бальзамічна - 0,63% від маси вихідної сировини.

Хвойна деревина має різний груповий хімічний склад залежно від породи дерева. Так, при переробці ялинової деревини вихід хлорофіліну натрію більший. Тому при отриманні біологічно активних речовин деревну зелень сосни та ялини доцільно переробляти окремо та отриманий екстракт із соснової хвої переробляти у хлорофіло-каротинову пасту, а екстракт із ялинової хвої пустити на виробництво хлорофіліну-натрію.

У результаті можна зробити такі висновки:

виробництво комплексу біологічно активних речовин з деревини хвойних порід дозволяє вирішити питання комплексного використання біомаси крони хвойних порід;
одержувані лісобіохімічні продукти знаходять застосування як лікарських засобів, кормових добавок, добавок у косметичній та парфумерній промисловості.