Химия и химическая
технология/4.Химико-фармацевтическое производство
Богачова
М.С., Игнатченко А.В. , Россихин В.В.
Харьковский
технический университет «ХПИ»
ТОВАРНЫЕ ПРОДУКТЫ ИЗ ДРЕВЕСНОЙ ЗЕЛЕНИ
Несмотря на то, что общая фитомасса украинских лесов немалая - 13 млрд.
тонн (в том числе до 0.6 млрд. тонн древесной зелени), страна испытывает
значительные трудности в обеспечении отраслей народного хозяйства древесиной и
продукцией ее переработки. При традиционных способах заготовки и переработки
древесного сырья, крайне низок уровень его использования - 25…30% общего запаса
биомассы дерева.
Биомасса дерева состоит из разнообразных по строению и потребительским
свойствам компонентов: стволовая древесина - 55; кора - 15; ветви, вершины,
хвоя (листья) - 16; корни - 11; пни - 3%. В общем балансе отходов, образующихся
в отраслях лесного комплекса, на долю элементов кроны приходится ежегодно 15…20
млн. куб. м, в том числе 5…6 млн. тонн древесной зелени (ДЗ).
Древесная зелень - специфический вид лесного сырья, в составе которого
преобладают живые клетки хвои (листьев), молодых (перенхимных) побегов и коры.
Как известно, в живых растительных клетках содержатся белки, углеводы,
витамины, ферменты, желтые и зеленые пигменты, стерины, микроэлементы и другие
вещества, которые необходимы для обеспечения жизнедеятельности растений,
животных и человека. Значение химической переработки этого сырья с каждым годом
возрастает, и в будущем можно ожидать только усиления этой тенденции.
Одним из наиболее перспективных направлений использования ДЗ является
безотходная химическая переработка с получением биологически активных веществ
(БАВ) кормового и лечебно-профилактического назначения. Успехи химии природных
соединений и развитие биотехнологии за последние десятилетия открыли широкие
возможности для использования БАВ во многих областях медицины, ветеринарии,
животноводства, кормопроизводства, а также пищевой, парфюмерно-косметической и
химической промышленности. Однако только выявленная потребность в этих
продуктах отраслей народного хозяйства удовлетворяется в настоящее время на
10…15%. По имеющимся прогнозам вовлечение в переработку экономически доступных
ресурсов ДЗ позволит создать новую подотрасль лесного и агропромышленного
комплексов.
Производство эфирного масла из пихтовой древесной зелени существовало
уже в XVIII в., а благодаря исследованиям советских ученых впервые в мировой
практике была налажена промышленная переработка ДЗ. Началом промышленного
производства БАВ можно считать 1931 г., когда в СССР был пущен в эксплуатацию
цех Тихвинского лесохимического завода, который и в настоящее время
осуществляет переработку еловой ДЗ путем паровой отгонки и водной экстракции. В
1950 г. было впервые организовано производство хвойной хлорофилло-каротиновой
пасты из бензинорастворимых веществ ДЗ сосны и ели. В Украине, к сожалению,
подобное непрерывное производство отсутствует.
По существующим в традиционной лесохимии теоретическим представлениям
экстрагирование гидрофобным растворителем (бензином) смолистых веществ из
влажного сырья считается затруднительным, поскольку наличие влаги препятствует
растворению и диффузии смолистых веществ в капиллярах древесины. При экстракции
смолистых веществ из осмольной щепы бензином предусматривается предварительная
сушка сырья различными способами. Сегодня в производстве проводят одностадийные
процессы извлечения водой или бензином с выходом основных продуктов 55…60% от
теоретического. При этом только частично используются экстрактивные вещества, а
85…98% биомассы ДЗ, в зависимости от способа переработки, попадает в отходы.
В настоящее время разработан новый теоретический подход к использованию
ДЗ и созданы основы безотходной технологии получения БАВ кормового и
лечебно-профилактического назначения в едином технологическом цикле.
В качестве объектов исследования были использованы ДЗ ели, сосны,
березы, осины, ольхи, пихты сибирской. Исследования проводились в лабораторных
условиях, на специально сконструированных камеральных установках и в условиях
промышленного и сельскохозяйственного производства. Условия проведения
экспериментов позволяли изучить в динамике и моделировать как отдельные стадии
технологического процесса, так и весь процесс в целом.
В результате технико-экономического анализа промышленных вариантов переработки
ДЗ и теоретического обобщения экспериментальных данных учеными предложена
универсальная технологическая схема, позволяющая получать известные и новые БАВ
(кормовая мука, экстракт водный натуральный, паста хлорофилло-каротиновая,
воск, масло эфирное–сырец, хлорофиллин натрия, концентрат поливитаминный, паста
бальзамическая), что ранее в одном технологическом процессе считалось
невозможным. Экстрагирование БАВ осуществляется одновременно бензином и
водой с последующим разделением на растворы бензино- и водорастворимых веществ.
После отгонки бензина экстрагированная ДЗ используется для приготовления
кормовой муки. Из водорастворимых веществ получают экстракт хвойный натуральный
и брикеты соляно-хвойные. Из раствора липидов при охлаждении, отстаивании и
фильтровании выделяют суспензии воска-сырца, из которого путем экстракции
получают воск и безметальные аналоги хлорофилла. Очищенный бензиновый раствор
после отгонки растворителя обрабатывают едким натром, получая таким образом
хлорофилло-каротиновую пасту. По другому варианту, после выделения воска
очищенный бензиновый раствор обрабатывают едким натром и серной кислотой и
разделяют на три фракции: раствор нейтральных липидов, раствор полярных липидов
и суспензию безметальных аналогов хлорофилла. Из раствора нейтральных липидов
путем последовательной отгонки растворителя получают эфирное масло и
провитаминный концентрат. Раствор полярных липидов перерабатывают с получением
бальзамической пасты, безметальных аналогов хлорофилла, жирных и дитерпеновых
кислот. Из суспензии безметальных аналогов хлорофилла получают хлорофиллин
натрия, металлокомплексы, жирные и дитерпеновые кислоты. Ориентировочные объемы
продукции представлены в табл.1.
Таблица 1.
Выход товарных продуктов из 1 тонны древесной зелени,
кг
|
Пилотные испытания по переработке ДЗ сосны, ели, осины, березы, ольхи
полностью подтвердили высокую эффективность универсальной безотходной
технологии получения новых и известных БАВ в одном процессе на существующем
оборудовании.