Технологии комплексной переработки древесины лиственницы и свойства конечных продуктов

 

Уминский А.А., к.х.н., ИБП РАН; Кудряшов В.К., к.т.н., ИБП РАН;

 

Гаврилов А.Б., НПЦ «Бородино-МС».

 

В докладе рассматриваются особенности реализации технологических процессов выделения и очистки нативных компонентов растительного сырья и приводятся результаты исследований свойств получаемых компонентов, в первую очередь, дигидроквецетина и масел. Показано, что свойства компонентов, их физико-химические свойства и  биологическая активность, существенно зависят от выбора  и точности  поддержания параметров технологического регламента

 

Введение

Переработка возобновляемого растительного сырья, в частности древесины лиственницы, пихты, осины, березы и других, представляет актуальную задачу, т.к. оно является одним из основных источников производства природных нативных лекарственных средств и пищевых биологически активных препаратов, получения кормовых добавок и сырья для получения жидких топлив.

Новые методы получения компонентов растительного сырья отличаются тем, что позволяют выделять компоненты в нативном виде, используя «мягкие» импульсно-вакуумные физические воздействия при температуре не выше 40-50°С, баромембранные методы очистки, избирательные методы экстракции растворителями, создающими расслаивающиеся системы. Остающиеся после выделения биологически активных веществ,  очищенные от экстрактивных составляющих отходы переработки древесины представляют собой природный биополимер, который является ценным сырьем для получения кормовых добавок. Реализация такого подхода позволяет создать экологически безопасное, энергоэкономичное производство, обеспечивающее комплексное использование всей биомассы сырья. Предложенная технология на  Конкурсе русских инноваций 2005 года получила высшую оценку – «Гран-при».

 

Сертификация сырья

Из комлевой  и корневой частей  древесины лиственницы извлекается:

а) нативных смол и масел- 8-10%масс;

б) биофлавоноидов- 2-4%масс;

в) олигосахаридов- 16-20%масс;

г) полисахаридов (целлюлозы) – 18-20%масс.

Древесина лиственницы составляет в районах заготовок в Сибири  и на Дальнем Востоке в объеме до 40-60% всех хвойных запасов. Переработка отходов лесозаготовок может не только уменьшить себестоимость деловой древесины, но и открыть новые рабочие места. Запасы сырья для производства ДГК - лиственницы Сибирской (Даурской), лиственница Комарова, Каяндера составляют около 60 млрд. кубометров, а ежегодная её заготовка - до 3 млн. кубометров (с потенциальным ростом до 30 млн. кубометров). Отходы сырья лиственницы при этом составляют около 300 000 кубометров. При максимальном содержании ДГК в отходах лиственницы около 4%, реально достигаемая в настоящее время степень его извлечения из общей массы сырья может составить 2,0-2,5%.

 

 

 

Особенности технологии

- комплексное использование (на 75-80%) исходного сырья, при этом все виды продукции имеют рыночное потребление;

- эффективность технологии: обеспечивается высокая кинетика процессов дефибриллирования сырья, модульно-блочное исполнение, низкая металлоемкость оборудования;

- конечные продукты, в том числе ДГК, имеют ненарушенную природную структуру и высокую биологическую активность;

- попутно извлекаются нативные  масла и смолы, арабиногалактан, лигнинцеллюлозный биополимер;

- высокая кинетика операции экстракции флавоноидов (3-5 минут);

- экологически безопасная технологическая и аппаратурная схема производства;

- низкое энергопотребление (0,7 кВт/1 кг ДГК).

- отсутствие твердых и жидких промышленных технологических отходов;

- технологические жидкости, используемые в технологическом процессе, регенерируются для повторного использования;

- возможность переработки до 8 тысяч тонн сырья в год;

- короткий производственный цикл (7,5¸8часов);

- самая низкая из известных технологических схем себестоимость производства ДГК;

- технология и оборудование проектируются с учетом требований валидации в соответствии с требованиями стандартов GMP, аналогов нет.

 

Особенности технологии очистки

Особенность технологии состоит в том, что экстракция всего комплекса веществ осуществляется этиловым спиртом при температуре  не выше 35¸38°С.  Из спиртовых растворов в блоке реэкстракции выделяется  ДГК (С15Н12О7) и осуществляется его очистка от сопутствующих примесей по технологии Уминского в четыре ступени:

- реэкстракция в эфире;

- кристаллизация из эфирного раствора в водную фазу;

- перекристаллизация ДГК в абсолютном этиловом спирте;

- перекристаллизация ДГК в виде водного кристаллогидрата.

ДГК тестируется следующими методами: ORAC, HPLC, PCA, ЯМР спектроскопии, причем все эти методы применяются при тестировании технологии. Обсуждаются результаты исследований физико-химических параметров и биологической активности получаемых продкутов.