Совершенствование эффективности переработки леса в России и за рубежом

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

комплексная переработка древесной зелени. Эффективность

получения продуктов при комплексной переработке зависит в этом

случае главным образом от выбора экономически обоснованного

направления использования сырья.

3.4.3. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПЕРЕРАБОТКИ

ДРЕВЕСНОЙ ЗЕЛЕНИ

В настоящее время предложен целый ряд способов комплексной

переработки древесной зелени методами последовательной

экстракции водой и бензином. Однако двухстадийная экстракция

исследованная как в периодическом, так и в непрерывном режиме не

нашла применения в цехах по комплексной переработке древесной

зелени. В НПО "Силава" был разработан экспериментальный проект

завода с последовательной бензино—водной экстракцией. Из

приведенных основных технике—экономических показателей следует,

что экономическая эффективность производства при введении такой

экстракции снижается [Левин, 1981; Репях, 1988]. Основные

технико-экономические показатели производства:

Сумма товарной продукции, тыс.р. . . 123,90/184,09

Водный экстракт, т.…………………....... -/100

Хлорофилло-каротиновая паста, т …….. 30/30

Хвойный воск, кг............ 1800/1800

Эфирное масло, кг ........... 57/57

Потребность:

в сырье .........………….... 600/600

в технологическом паре . .. .. 1554/4140

в технологической воде, м3 . . . 18000/21400

Число работающих, чел. ........ 16/30

Капитальные вложения, тыс.р. . . .. 101,0/214,8

Общая рентабельность, %....... 37/21

Срок окупаемости капитальных вложений, год.........

2,54/5,60

Примечание: Числитель - данные для бензиновой экстракции,

знаменатель - для совмещенной.

Поэтому для широкого внедрения схемы комплексной

переработки древесной зелени необходимо интенсифицировать

процесс экстрагирования или получать на основе хвойно—водного

экстракта, который в 5 раз дешевле хлорофилло-каро-тиновой

пасты, продукты с высокой потребительной стоимостью.

В настоящее время разработан способ совмещенной водно-

бензиновой экстракции биологически активных веществ из

древесной зелени по дифлегмационному методу, который позволяет

увеличить выход биологически активных веществ на 15 % и

сократить продолжительность процесса экстракции более чем в 2

раза по сравнению с последовательными экстракциями. Полученные

экстракты при этом перерабатываются раздельно.

Из одной тонны древесной зелени сосны по безотходной

технологии можно получить 210-230 хлорофиллина натрия, 4,4-4,6

кг провитаминного концентрата, 4,5-4,7 кг бальзамической пасты,

1,8-2,0 кг воска, 70-90 кг водного лечебного экстракта, 450-470

кг хвойной витаминной муки на сумму 1250-1360 р. в зависимости

от выхода продуктов [Ягодин, 1988].

Для увеличения выхода экстрактивных соединений при

использовании двухстадийной экстракции предлагалось также

использовать анионные поверхностно-активные вещества

(алкилсульфанаг натрия), добавление которых в количестве 0,1 % от

экстрагента (воды) позволяет существенно увеличить выход

биологически активных веществ.

Анализ водного экстракта древесной зелени, получаемого по

существующим технологиям, показал значительное содержание в нем

витаминов, Сахаров, органических кислот, фенольных соединений и

минеральньк компонентов. Это дало возможность использовать водные

экстракты как сырье для ферментативной переработки.

Кроме того, значительное содержание в древесной зелени

протеина (8-14 % в хвое сосны) и его высокая кормовая ценность

вследствие нахождения в нем дефицитных аминокислот, и прежде

всего лизина, позволили разработать и предложить для реализации

ряд технологических схем по выделению белково-витаминных

концентратов холодной водой с добавками неорганических веществ.

[pic]

рис. 7. Принципиальная схема комплексной переработки

древесной зелени с получением БВК

Технологическая схема, позволяющая получить наряду с

водорастворимыми и жирорастворимыми биологически активными

веществами еще и белково-витаминный концентрат, приведена на

рис. 7. По предложенной схеме из 1 т абс. сух. сырья могут быть

получены белково-витаминный концентрат - 80-90 кг, хло-рофилло-

каротиновой пасты - 50, хлорофиллина натрия -40 г, хвойного

воска - 6-7 кг, ТЭМ - 250 г, хвойного лечебного экстракта - 170-

200 кг, кормовых дрожжей -60—70 кг, а также углеводного корма до

500 кг, который по содержанию протеина на основании ГОСТ

200083-74 можно отнести ко 2 группе. Наибольшее влияние на выход

протеина оказывают добавки щелочи до концентрации 0,3 %.

Подобные схемы, несмотря на глубокий и дифференцированный

подход к проблеме переработки древесной зелени, не нашли

промышленного применения. Прежде всего это связано с большими

энергетическими и временными затратами на ступенчатое

использование различных растворителей при последующей их

регенерации. Качество же получаемых белково-витаминных

концентратов в значительной мере снижается из-за примесей

соединений, переходящих в водный раствор - горечей, дубителей и

т.д., освобождение от которых пока не отработано.

Американские ученые осуществляли экстракцию из древесной

зелени путем ее измельчения в воде (1:4 по весу). Экстракт

отделяли фильтрованием через ткань, а затем центрифугировали.

Выделяемый после центрифугирования осадок лиофильно высушивали,

получая пастообразный хлорофилло-каротиновый продукт, а

надосадочную жидкость использовали для получения белка, который

осаждали ацетоном в течение 5 ч. При этом осаждалось до 95 %

белка. Выход белка и пасты составил соответственно 2,5 и 12 %.

Такой способ считается экономически эффективным, если область

заготовки сырья и сбыта продукции не будет превышать 60 км от

места переработки. Расчет при этом делается, главным образом, на

породы с более высоким, чем в сосне, содержании протеина. Кроме

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8