На правах рукописи
УШАНОВА Валентина Михайловна
Комплексная переработка древесной зелени и коры
пихты сибирской с получением продуктов,
обладающих биологической активностью
05.21.03 – Технология и оборудование химической переработки
биомассы дерева; химия древесины
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора
технических наук
Санкт-Петербург 2012
2
Работа выполнена на кафедре промышленной экологии, процессов и
аппаратов химических производств в Федеральном государственном
бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального
образования «Сибирский государственный технологический университет»
Научный консультант:
Официальные оппоненты:
доктор химических наук, профессор
Репях Степан Михайлович
доктор химических наук, профессор
Рощин Виктор Иванович
доктор технических наук, профессор
Богданович Николай Иванович
доктор технических наук, профессор
Вураско Алеся Валерьевна
Ведущая организация:
Институт химии и химической
технологии СО РАН г. Красноярск
Защита диссертации состоится «06» марта 2012 г. в 14 часов на заседании
диссертационного
совета
Д
212.220.01
в
Санкт-Петербургском
государственном лесотехническом университете им. С.М. Кирова по адресу:
194021, г. Санкт-Петербург, Институтский пер., д. 5.
Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписями, заверенными
печатью, просим направлять по адресу: 194021, г. Санкт-Петербург,
Институтский пер., д. 5, Санкт-Петербургский государственный
лесотехнический университет им. С.М. Кирова, Ученый Совет
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского
государственного лесотехнического университета им. С.М. Кирова.
Автореферат разослан « »
Ученый секретарь диссертационного
совета, кандидат технических наук
2012 г.
Е. Г. Смирнова
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследований. Проблема рационального использования древесного сырья - одна из первостепенных задач лесного комплекса. Ее решение предусматривает утилизацию отходов лесозаготовок, лесопиления, ЦБК, которые могут
служить сырьем для производства ценных веществ. Такими отходами являются
древесная зелень (ДЗ) и кора пихты сибирской, запасы которых только в Красноярском крае составляют 1170 и 129,7 млн. м3 соответственно. Ежегодно на предприятиях лесопромышленного комплекса образуется около 30 млн. м3 коры в виде отходов окорки. По химическому составу и другим свойствам отходы окорки практически не отличаются от древесной коры. ДЗ и кора пихты содержат комплекс веществ, обладающих высокой биологической активностью и представляющих практически все классы органических соединений, встречающихся в растениях. Благодаря этому эти отходы могут использоваться для получения продуктов, находящих
применение в различных отраслях народного хозяйства. Перспективным направлением является химическая переработка такого сырья с применением экологически
чистых экстрагентов и утилизацией послеэкстракционных остатков.
Обработка растительного сырья сжиженными газами с целью извлечения отдельных компонентов в нативном виде относится к высокоэффективным технологическим процессам, обеспечивающим снижение трудовых затрат, улучшающим
качество продукции, способствующим комплексному использованию сырьевых ресурсов и материалов. Возможность регенерации растворителя делает этот способ
дешевым, простым и доступным для промышленности. Одним из направлений в
этой области является использование для экстракции диоксида углерода, который
находит все большее применение в различных отраслях промышленности как в
виде газа, так и в виде жидкости. Присутствие небольшого количества диоксида
углерода в готовых экстрактах оказывает консервирующее действие на лабильные
вещества, препятствует прогорканию жиров и позволяет сохранять экстракты в течение 4-5 лет. Использование таких экстрактов приводит к более мягкому и естественному воздействию на организм человека при проведении как лечебных, так и
профилактических мероприятий.
Количество экстрактивных веществ можно увеличить, используя последовательную экстракцию сырья разными по полярности растворителями. В целях рационального использования сырья и более полного извлечения веществ, содержащихся в древесных отходах, в качестве экстрагентов предлагается использовались
диоксид углерода, воду и этиловый спирт с получением углекислотных, водных и
спиртовых экстрактов. Для обеспечения экономической эффективности использования ДЗ и коры пихты сибирской необходима их комплексная переработка с получением не только экстрактов, но и утилизацией твердых остатков, что значительно
повысит рентабельность предприятий за счет вовлечения в оборот древесных отходов и увеличения ассортимента продуктов на основе экологически чистого сырья и
экстрагентов. Получаемые продукты востребованы, так как в настоящее время наблюдается дефицит в натуральных продуктах, получаемых из растительного сырья
и содержащих БАВ, а также в биологических препаратах защиты растений. Приоритетным направлением в борьбе с вредителями и болезнями растений считается
4
биологическая защита. Биопрепараты, в отличие от химических инсектицидов, безвредны для человека, животных, птиц, рыб, быстро разлагаются в почве, не вызывают эффект привыкания к ним насекомых. По качеству отечественные биопрепараты не уступают зарубежным, при этом используется отечественное экологически
чистое сырье, стоимость их ниже. В отличие от синтетических препаратов
получаемые углекислотные экстракты являются нативными продуктами и могут
использоваться как в пищевой промышленности, так и в медицине.
На различных этапах выполнения диссертационная работа была поддержана
грантами Красноярского краевого фонда науки: «Химия и технология переработки
древесной зелени» (1994 г.), «Фундаментальные исследования в области химической технологии» (1994-1996 г.г.), «Исследование закономерностей изменения химического состава запасных липидов в древесных тканях хвойных в ходе онтогенеза» (1996-1997 г.г.), «Влияние эколого-биологических факторов на метаболизм
мембранных липидов фотосинтетических тканей хвойных растений Сибири (на
примере пихты сибирской)» (1997-2000 г.г.); грант Красноярского краевого фонда
науки «Научные проекты» на подготовку монографии (16 F 54) (2008 г.); грант
Министерства образования и науки РФ (2004 г.). Работа по исследованию выхода
пихтового масла выполнена при поддержке гранта проекта «ФОРЕСТ» № GA-RU5225-03-03 Винрокского международного института сельскохозяйственного
развития «Винрок Интернешнл» (США, 2003 г.).
Область исследования – химия и технология переработки древесной зелени и
коры пихты сибирской.
Цель исследования – экспериментально-теоретическое обоснование комплексной переработки древесной зелени и коры пихты сибирской с применением экологически чистых экстрагентов (жидкого диоксида углерода, воды и этилового
спирта) с получением биологически активных продуктов и утилизацией твердых
остатков.
Основные задачи исследований:
– разработать технологию комплексной переработки ДЗ и коры пихты сибирской и отходов окорки с использованием в качестве экстрагентов жидкого диоксида углерода, воды и этилового спирта, с получением продуктов, обладающих
биологической активностью, и утилизацией твердых послеэкстракционных остатков;
– исследование влияния эколого-биологических факторов, условий заготовки и
хранения сырья на его состав;
– установить закономерности изменения химического состава ДЗ пихты сибирской в зависимости от среднемесячной температуры и величины эффективного
излучения в годовом цикле;
– разработать теоретические основы комплексной переработки ДЗ и коры пихты
сибирской с обоснованием влияния подготовки сырья и продолжительности
экстракции на выход и состав БАВ;
– изучить динамику извлечения БАВ из ДЗ и коры пихты сибирской жидким
диоксидом углерода и водно-этанольными смесями различной концентрации;
5
– исследовать продукты комплексной переработки древесной зелени и коры
пихты сибирской и направления их использования;
– разработать способы утилизации твердых послеэкстракционных остатков
древесной зелени и коры пихты сибирской методом биоконверсии с получением
кормового продукта и биопрепаратов защиты растений;
– оценить экономическую эффективность предлагаемой технологии
переработки ДЗ и коры пихты сибирской;
– разработать нормативную документацию и провести апробацию технологии и
продукции.
Научная новизна. Разработаны теоретические основы ресурсосберегающей
комплексной переработки ДЗ и коры пихты сибирской, позволяющей в едином
технологическом процессе получать продукты, обладающие биологической активностью. С использованием метода главных компонент показаны связи между
химическим составом ДЗ пихты, среднемесячной температурой и величиной
эффективного излучения в годовом цикле, что позволяет сделать выбор
эффективного направления переработки сырья.
Установлено влияние размера сырья, вида экстрагента и продолжительности
экстракции на выход и состав БАВ из ДЗ и коры пихты. Даны рекомендации по
повышению эффективности процесса экстракции за счет изменения фракционного
состава сырья.
Получены адекватные математические модели зависимости выхода летучих
компонентов,
сесквитерпеновых
и
монотерпеновых
углеводородов,
кислородсодержащих соединений от размера сырья и продолжительности
экстракции коры пихты жидким диоксидом углерода. Определены коэффициенты
диффузии летучих компонентов, монотерпеновых и сесквитерпеновых
углеводородов, кислородсодержащих соединений при экстракции коры пихты
жидким диоксидом углерода и этанолом. Установлены зависимости выхода
экстрактивных веществ и коэффициента диффузии от концентрации этилового
спирта.
Впервые, используя жидкий диоксид углерода, из коры пихты выделено и
идентифицировано душистое вещество мальтол.
Методом твердофазной ферментации на ДЗ и коре пихты получен новый
биопрепарат латерин на основе продуцента 19/97-М Streptomyces lateritius (ВКПМ
Ас-1637) и установлено влияние предварительной обработки ДЗ и коры пихты на
биоконверсию.
По результатам теоретических и экспериментальных исследований даны
рекомендации по повышению эффективности процесса экстракции, а также
получению продуктов экстракции определенного состава.
Практическая значимость. Разработаны альтернативные технологии комплексной переработки ДЗ и коры пихты и отходов окорки с получением следующих продуктов: углекислотных, спиртовых и водных экстрактов, содержащих
БАВ; эфирного масла, хвойной пасты, соляно-хвойных брикетов, мальтола, пектина, кормовой добавки, биопрепаратов защиты и стимуляции растений, топливных брикетов.
6
ДЗ и кора пихты, а также отходы окорки использованы в качестве субстратов
для получения биопрепаратов защиты и стимуляции роста растений, кормового
белка и биогумусов. Опытные партии биопрепаратов, полученные путем
твердофазной ферментации штамма МГ 97/6 Trichoderma asperellum на коре пихты
и на коре пихты после СО2-экстракции, испытаны на посевах Picea obovata L., о
чем имеются акты испытаний. Результаты исследований показали, что выход
здоровых сеянцев Picea obovata L. в сравнении с контролем увеличился: при внесении чистого спорового биопрепарата триходермин-с в 1,6 раза; триходермина, полученного на коре пихты – в 4 раза; триходермина, полученного на коре пихты после СО2-экстракции – в 3,4 раза.
Универсальность предлагаемой технологии комплексной переработки ДЗ и
коры пихты сибирской подтверждена использованием ее для переработки
недревесного растительного сырья (травы, семена), продуктов пчеловодства
(прополис и воск) и грибов (лиственничная губка) с получением экстрактов (углекислотных, водных, спиртовых).
Внедрение в промышленное производство продуктов переработки ДЗ и коры
пихты сибирской в соответствии с разработанной нормативной документацией на
них (технологический регламент, технические условия) расширяет ассортимент
экологически чистой продукции, содержащей БАВ.
Новизна научно-практических концепций ряда технических решений
подтверждена 11 патентами РФ на изобретение.
Результаты исследований внедрены и приняты к использованию на ООО
«Флора Биотех» (г. Красноярск»), ООО «Эковит» (п. Еловое, Красноярского края),
АО «Канский биохимический завод» (г. Канск), АОЗТ «ПроТех» (г. Красноярск),
ООО НПЦ «Восточно-Сибирская медовая компания» (г. Красноярск), Мининском
опытно-механизированном лесхозе (п. Минино, Красноярского края), ООО
«Бойдус» (г. Кызыл, Республика Тыва), Департаменте природных ресурсов и
лесного комплекса администрации Красноярского края (г. Красноярск), Городской
больнице скорой медицинской помощи им. Н.С. Карповича главного управления
здравоохранения администрации г. Красноярска (г. Красноярск).
Разработанные автором научные положения и практические решения используются в научно-исследовательской работе студентов и аспирантов, в учебном
процессе ФГОУ ВПО «Сибирского государственного технологического
университета» при подготовке инженеров-экологов специальности 280201 и
инженеров-технологов специальности 240406.
На защиту выносятся:
– ресурсосберегающая технология комплексной переработки ДЗ и коры пихты
сибирской и отходов окорки с получением продуктов, обладающих биологической
активностью, и утилизацией твердых послеэкстракционных остатков;
– результаты исследования влияния эколого-биологических факторов на
химический состав ДЗ пихты и получаемые продукты экстрагирования;
7
– теоретические основы комплексной переработки ДЗ и коры пихты с
обоснованием влияния подготовки сырья и продолжительности экстракции на
выход и состав БАВ;
– результаты исследования извлечения биологически активных веществ из ДЗ и
коры пихты жидким диоксидом углерода и водно-этанольными смесями различной
концентрации;
–способы утилизации отходов пихты методом биоконверсии с получением
кормового продукта и биопрепаратов защиты растений.
Достоверность научных положений, выводов и результатов определяется
применением современных методов химического, физико-химического, структурного анализов, ГЖХ, ЯМР-, УФ- и ИК-спектроскопии, используемых в химии древесины, а также корректным применением методов математического моделирования и статистических методов обработки результатов.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на
Всесоюзной научно-технической конференции «Химия и использование экстрактивных веществ дерева» (Горький, 1990); Региональном совещании республик
Средней Азии и Казахстана по химическим реактивам (Ташкент, 1990); Всесоюзных научно-практических конференциях: «Использование и восстановление ресурсов Ангаро-Енисейского региона» (Красноярск-Лесосибирск, 1991), «Интенсивные
безотходные технологии и оборудование» (Волгоград, 1991); Региональных конференциях: «Эколого-экономические проблемы лесного комплекса» (Санкт-Петербург, 1997), «Комплексное использование растительных ресурсов лесных экосистем» (Красноярск, 2004); Межрегиональной научно-методической конференции
«Непрерывное экологическое образование и экологические проблемы Красноярского края» (Красноярск, 2000, 2002, 2003, 2007); Международных симпозиумах:
«Лиственница-98» (Красноярск, 1998), «Каталитические преобразования натуральных органических полимеров» (Красноярск, 2000); Российской научно-практической конференции «Проблемы химико-лесного комплекса» (Красноярск, 1994);
Всероссийских научно-практических конференциях: «Проблемы сертификации и
управления качеством» (Красноярск, 1997), «Лесной комплекс – проблемы и решения» (Красноярск, 1999, 2000), «Проблемы экологии и развития городов» (Красноярск, 2001), «Химико-лесной комплекс – проблемы и решения» (Красноярск, 2001 2006), «Непрерывное экологическое образование и экологические проблемы»
(Красноярск, 2004, 2007 - 2009); Всероссийской конференции «Новые достижения
в химии и химической технологии растительного сырья» (Барнаул, 2005); Всероссийском совещании «Лесохимия и органический синтез» (Сыктывкар, 1998);
Международных научно-практических конференциях: «Химико-лесной комплекс –
научное и кадровое обеспечение в XXI веке» (Красноярск, 2000), «Биоразнообразие и сохранение генофонда флоры, фауны и народонаселения центрально-азиатского региона» (Кызыл, 2002), «Современные средства, методы и технологии защиты растений» (Новосибирск, 2008); Международной конференции «Грибы в
природных и антропогенных экосистемах» (Санкт-Петербург, 2005); конференции
«Химия и полная переработка биомассы леса» (Санкт-Петербург, 2010, 2011).
8
Под руководством автора подготовлена к защите и защищена кандидатская
диссертация (Ооржак У.С., 2006 г.)
Учебное пособие «Основы научных исследований» в трех книгах и материалы
монографий «Углекислотные экстракты как источники биологически активных
веществ», «Состав и переработка древесной зелени и коры пихты сибирской» и
«Экстрагирование древесной зелени и коры пихты сибирской сжиженным диоксидом углерода и водно-спиртовыми растворами» используются научными, инженерно-техническими работниками и студентами, а также в системе образования
при подготовке инженеров – экологов и инженеров – технологов.
Публикации. Общее число публикаций по теме диссертации – 106. Основные
результаты диссертационной работы опубликованы в 77 научных трудах, включая
3 монографии, 1 учебное пособие (в трех книгах), 18 патентов, 2 заявки на
изобретения. В изданиях, рекомендованных ВАК РФ, опубликовано 28 работ.
Личный вклад автора. Исследования проводились в течение 1990-2010 г.г.
лично автором и/или при его непосредственном участии в качестве руководителя
или ответственного исполнителя. Вклад автора в работы, выполненные в соавторстве, состоял в непосредственном участии во всех стадиях работы, начиная от постановки задач, выполнения теоретических и экспериментальных исследований и
внедрения полученных результатов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, основных выводов, списка литературы из 553 наименований и приложений. Работа
изложена на 333 страницах, содержит 54 таблицы и 126 рисунков.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, определена
цель и сформулированы основные задачи, решаемые в диссертации.
В первой главе представлен аналитический обзор научно-технической и патентной литературы по теме диссертации. Обобщены сведения о биологических
особенностях пихты сибирской, ареал и запасы. Рассмотрено влияние экологических и географических факторов на химический состав ДЗ и коры пихты сибирской. Анализ литературных источников показывает, что древесная зелень и кора
пихты сибирской содержат значительное количество БАВ, являясь ценным сырьем
для получения биологически активных продуктов лечебно-профилактического и
пищевого назначения. Практически отсутствуют сведения о взаимосвязях между
содержанием отдельных компонентов ДЗ пихты сибирской в процессе онтогенеза,
что важно для прогнозирования состава получаемых экстрактов.
Проведен анализ литературных источников по вопросам практического использования ДЗ и коры пихты сибирской, состав полученных продуктов и области
их применения. Анализ литературных источников показал актуальность разработки
технологии комплексной переработки ДЗ и коры пихты сибирской с использованием экологически безопасных экстрагентов, при максимальном извлечении экстрактивных веществ и переработки послеэкстракционных остатков с получением
экологически чистых продуктов.
9
Во второй главе дана характеристика объектов исследования, методов исследования состава сырья и полученных из него продуктов. Обоснован выбор схемы
переработки ДЗ и коры пихты сибирской. Представлено описание лабораторных и
полупромышленных установок и условий проведения экспериментов.
В работе обобщены результаты экспериментальных исследований, проводимых
автором в течение 1990 – 2010 г.г. Объектом исследования служили ДЗ и кора
пихты сибирской (Abies sibirica Ledb.), а также отходы окорки. Древесную зелень и
кору хвойных пород, а также послеэкстракционные остатки и полученные
экстракты анализировали по методикам, принятым в химии древесины и химии
растительного сырья. Схема переработки древесной зелени и коры пихты
сибирской и отходов окорки приведена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Схема переработки древесной зелени, коры пихты сибирской и
отходов окорки
Индивидуальный состав эфирных масел и жирных кислот устанавливали методом хромато-масс-спектрометрии на газовом хроматографе GCD Plus «Hewlett
Packard, США». Идентификацию жирных кислот проводили по масс-спектрам и
сравнением их времен удержания со стандартами. В качестве стандартов использовали кислоты фирмы «Serva» (Германия) и «Sigma» (США).
При выполнении работы в качестве растворителей использовали жидкий
диоксид углерода, воду и этиловый спирт. Экстракты исследовали по ГОСТ
14618.0-78 – 14618.12-78 «Масла эфирные, вещества душистые и полупродукты их
синтеза». Общее количество липидов определяли весовым методом. Разделение
липидов на группы осуществляли методом колоночной хроматографии. Исследовался групповой и индивидуальный состав полученных продуктов. Исследо-
10
вание структуры отдельных групп веществ проводилось физико-химическими методами анализа: ИК-, УФ- и ЯМР-спектров, ГЖХ, масс-спектроскопии.
Предложена схема утилизации послеэкстракционных остатков методом биоконверсии: при использовании гриба Pleurotus ostreatus получается кормовой продукт,
при культивировании штаммов МГ 97/6 Trichoderma аsperellum и М 99/5 Trichoderma harzianum – биопрепараты защиты растений (триходермин), а при использовании продуцента 19/97-М Streptomyces lateritius – новый биопрепарат латерин.
Для оценки степени утилизации и изменения биохимического состава
растительных субстратов грибами рода Trichoderma проводили химический анализ
субстратов до и после биодеструкции по методикам, принятым в химии
растительного сырья.
Полевые испытания биопрепаратов проводили в Мининском лесном питомнике,
расположенном на территории Мининского опытного лесного хозяйства (56о10´c.
ш., 92о 42´в. д.).
В третьей главе приведены результаты исследования: сезонных изменений
химического состава ДЗ пихты; влияния хранения ДЗ пихты на содержание в ней
хлорофилла, каротина, витамина С; влияния подготовки ДЗ и коры пихты на выход
экстрактивных веществ при экстракции их растворителями различной полярности.
Представлены полученные обработкой экспериментальных данных результаты математической формализации изменений в годовом цикле следующих составляющих ДЗ пихты: водорастворимых веществ, витамина С, каротина, хлорофилла,
эфирного масла, суммы монотерпенов эфирного масла, борнилацетата, суммы кислородсодержащих соединений эфирного масла, суммы сесквитерпенов эфирного
масла, липидов и других составляющих ДЗ. Анализ корреляционных связей между
компонентами монотерпеновых углеводородов эфирного масла из ДЗ пихты показал существенную корреляционную связь между содержанием β-фелландрена и
суммы монотерпеновых углеводородов (R = 0,89); между изменением борнилацетата и суммы кислородсодержащих соединений (R = 0,91); между изменениями содержания кариофиллена (R=0,97), β-гумулена (R = 0,84), β-бизаболена (R = 0,77) с
изменением суммы сесквитерпеновых углеводородов.
В работе представлены коэффициенты корреляции между содержанием 26 компонентов ДЗ пихты в годовом
цикле, а также среднемесячной
температурой и величиной эффективного излучения.
На рисунке 2 представлены
графы значимых связей между
факторами на уровнях достоверности 95% (131 значимая связь).
Анализ корреляционных связей
на 90% уровне достоверности
показывает
наличие
статиРисунок 2 - Граф корреляционных связей между
стически
значимой
связи
факторами на 95% уровне достоверности
среднемесячной
температуры
11
(Х27) и эффективного излучения (Х28) с содержанием 19 компонентов древесной зелени пихты в годовом цикле.
Минеральные вещества
Витамин С
Каротин
Хлорофилл
Протеины
Эфирное масло
Сумма монотерпенов
β-фелландрен
Сумма кислородсодержащих
Сумма сесквитерпенов
Борнилацетат
Кариофиллен
β-гумулен
β-бизаболен
X1
X2
X3
X4
X5
X6
X7
X8
X9
X10
X11
X12
X13
X14
α –пинен
Камфен
β –пинен
Лимонен
Терпинолен
Сантен
Борнеол
Липиды
Фосфолипиды в ДЗ
Фосфатидилхолины
Фосфатидилэтаноламины
Фосфатидилинозиты
Среднемесячная температура
Эффективное излучение
X15
X16
X17
X18
X19
X20
X21
X22
X23
X24
X25
X26
X27
X28
Содержание эфирного масла в ДЗ пихты зависит от возраста, времени года и
времени суток. Получена модель оценки содержания эфирного масла в ДЗ пихты,
учитывающая возрастной, сезонный и суточный цикл
(1)
Yct , t1  = Y1(t)Y2(t1),
Yt , t1, t 2  = Yс(t, t1)Y3(t2),
где t – возраст пихты (t = 0,1,…), лет; t1 – номер дня года ( t1  1, 365 ); t2 – время
суток ( t 2  0, 24 );
t
t

Y1 ( t )  7,7  e 78,0  6,8  e 20,3 , ( t1 )  12  t1
масла
учетом
с

, Yc – состав эфирного
365
возрастной
и
сезонной
составляющих
  ( t )  4,6 2 
  ( t )  9,2 2 
  ( t )  10,8 2 
1
1




Y2 ( t1)  1  0,333  exp  
  0,667  exp  
  0,292  exp   1
 ,
 




1,1
0,7 
1,3
 
 

 

 
   t2 
   t2  .
Y3 ( t 2 )  1  0,030  sin 
  0,107  cos 

 12 
 12 
Изменения содержания и выхода пихтового масла в годовом цикле с максимумом в июне-июле и минимумом в ноябре-январе обусловлены динамикой изменения процессов фотосинтеза и сезонными колебаниями температуры. Результаты
моделирования позволяют прогнозировать и контролировать выход пихтового
масла.
При организации промышленного использования большое значение имеет
сохранность в ДЗ биологически активных веществ при ее хранении перед переработкой. В работе представлены результаты математического моделирования изменения содержания каротина в ДЗ пихты при хранении. Показано, что содержание
каротина в древесной зелени пихты уменьшается:
- на 20 % при хранении в течение трех недель при температуре минус 20 оС, в
течение недели при температуре 0 оС, в течение суток при температуре 20 оС;
- на 50 % при хранении в течение месяца при температуре минус 7 оС, в течение
пяти дней при температуре 15 оС.
12
Изменение содержания витамина С в ДЗ пихты от продолжительности хранения
и температуры окружающей среды определяется моделью (2) – (3):
Y ( t , T )  e  k ( T ) t  e

t
(T) ,
A  B  T  C  T 2 , T  T
1
1
1,
k (T )  
 A  B  T  C  T 2 , T  T1
(2)
(3)
где Y(t,T) – содержание витамина С в ДЗ пихты по отношению к первоначальному
содержанию при продолжительности хранения t (сутки) и температуры хранения
Т(0С); k (T)  dln( Y( t, T)  ; (T) = 1/k(T) – постоянная времени (продолжительность
dt
хранения, при котором содержание витамина С уменьшается в е  2,72 раз); А =
0,0201  0,0008; B = 0,00179  0,00004; C = 0,000051  0,000004; T1 = 17,5  1,9; Soc
= 3 % - стандартная ошибка модели; R2 = 0,98 – коэффициент детерминации.
Расчеты показали, что хвою и ДЗ для получения витамина С в летнее время
нельзя хранить более трех суток из-за резкого снижения аскорбиновой кислоты, а
хранение ДЗ при отрицательных температурах не приводит к заметному
разрушению витамина С. Это согласуется с литературными данными.
Изучен химический состав ДЗ, коры пихты и отходов окорки. В их состав входят эфирные масла (летучие терпеноиды). Исследования монотерпеновых углеводородов терпеноидов отходов хвойных пород показали, что во всех терпеноидах
коры преобладает α-пинен, наибольшее количество его содержится в терпеноидах
отходов окорки (24,8 % к сумме терпеноидов и 35,1 % к сумме монотерпеновых
углеводородов). В монотерпеноидах из ДЗ пихты превалирует камфен (19,5 % от
суммы терпеноидов и 28,1 % – от суммы монотерпеновых углеводородов); β-фелландрен+лимонен, 3-карен и α-пинен содержатся примерно в одинаковых количествах: 12.8, 12.3, 11,7 % соответственно (от суммы терпеноидов). Среди сесквитерпеновых углеводородов отходов окорки и ДЗ пихты превалирует кариофиллен: 3,9
и 1,5 % соответственно (к сумме терпеноидов). Для сесквитерпеновых
углеводородов коры пихты преобладающим является β-бизаболен (1,6 % к сумме
терпеноидов). В кислородсодержащих соединениях ДЗ и коры пихты преобладает
борнилацетат: 21,7 и 10,9 % соответственно (к сумме терпеноидов), а в отходах
окорки – камфара (6,3 % к сумме терпеноидов). Больше всего борнеола содержится
в терпеноидах коры пихты – 10,1 % (к сумме терпеноидов).
В ДЗ и коре пихты содержатся липиды: фосфолипиды, гликолипиды и нейтральные вещества. В липидах ДЗ пихты и отходах окорки преобладают насыщенные жирные кислоты 55,8 и 54,8 % (от суммы кислот) соответственно, тогда как в
коре пихты – ненасыщенные кислоты 58,4 % (от суммы кислот). Основными ненасыщенными кислотами (полиненасыщенными жирными кислотами, ПНЖК) в коре
пихты и отходах окорки являются олеиновая 33,6 и 27,4 % и линолевая 12,1 и 7,5%
кислоты, соответственно. В липидах ДЗ пихты преобладают линолевая 17,1% (семейства ω-6) и α-линоленовая 10,2% (семейства ω-3) кислоты. Среди насыщенных
кислот в липидах коры пихты и отходах окорки превалирует пальмитиновая кислота – 10,1 и 13,2 % соответственно, а в ДЗ пихты – изо-докозановая 12,9 % и
13
пальмитиновая 8,6 %. В липидах отходов окорки содержится больше стеариновой
кислоты, чем в липидах ДЗ и коры пихты (в 2,2 и 3,8 раза соответственно).
В четвертой главе рассмотрены теоретические основы процесса экстракции ДЗ
и коры пихты жидким диоксидом углерода, водой и растворами этилового спирта.
Представлены результаты исследования влияния технологических параметров (степени измельчения сырья и продолжительности экстракции) на выход
экстрактивных веществ при экстракции коры пихты жидким диоксидом углерода
на полупромышленном экстракторе. При проведении исследований влияние других
факторов было стабилизировано.
На извлечение экстрактивных веществ из ДЗ и коры пихты оказывает влияние
степень их измельчения, так как при этом возрастает поверхность массоотдачи.
Основную массу сырья коры пихты составляют фракции размером от одного до
трех мм, на долю которых приходится более 60 %. Такие размеры сырья позволяют
извлекать наибольшее количество экстрактивных веществ. ДЗ пихты измельчали
до размеров 0,5-2,2 мм. Наибольший выход экстрактивных веществ наблюдался
при размере частиц 0,8-0,9 мм. Измельчение, а затем и лепесткование ДЗ пихты на
вальцах увеличивает выход экстрактивных веществ на 10-13 %. Уменьшение
толщины лепестка приводит к сокращению диффузионного пути и к увеличению
удельной поверхности сырья, что в свою очередь, интенсифицирует процесс
экстракции. Исследования показали, что при измельчении ДЗ пихты и последующем лепестковании удельная поверхность сырья увеличивается в 1,4 раза. Разрушение клеточной структуры в процессе измельчения сырья является важным фактором, существенно влияющим на эффективность экстракции.
В качестве экстрагентов применяли жидкий диоксид углерода, воду и этиловый
спирт. Экстракцию жидким диоксидом углерода проводили при температуре
18-22 оС и давлении 5,6-6,0 МПа. Исследована динамика выхода экстрактивных
веществ при экстракции коры пихты жидким диоксидом углерода. При проведении
экспериментов продолжительность экстракции изменялась от 1 до 6 ч.
Установлено, что при увеличении продолжительности экстракции с 2 до 5 ч выход
углекислотного экстракта возрастает с 5,6 до 7,8 % (к а.с.с.), а содержание летучих
компонентов в нем – с 2,7 до 3,4 % (к а.с.с.).
Модель динамики выхода экстрактивных веществ при экстракции коры пихты
жидким диоксидом углерода в исследуемых экстракторах:

n
  k   
   ,
Y()  Y max 1   с i  exp
 i 1
 d 2 
 i 

4  к
,
 2 
D= 
n
 сi  1,
(4)
i 1
(5)
где n – число размерных групп экстрагируемого сырья; i  1, n – номер размерной
(фракционной) группы; Ymax – содержание экстрагируемого вещества в сырье;
Yi () – количество извлеченного экстракцией вещества из сырья i-й фракционной
группы при продолжительности экстракции ; Ki = k/di2 – коэффициент массоотдачи для характерного размера сырья di; k – коэффициент массоотдачи при d = 1;
14
сi – доля i- й фракционной группы в составе экстрагируемого сырья;  – случайная
составляющая (ошибка модели); D – коэффициент диффузии.
Показана адекватность модели при 5% уровне значимости. Определен 95%-й
доверительный интервал содержания летучих компонентов при СО2-экстракции
коры пихты и коэффициента диффузии: Ymax  [4,4; 5,2] % а.с.с; D  [0,46;
0,58]10-9 м²/с.
Результаты расчетов
выходы летучих компонентов при СО2-экстракции коры пихты представлены на рисунке 3.
Получены адекватные
(при 5 % уровне значимости) математические модели выхода летучих компонентов, сесквитерпеновых и монотерпеновых
углеводородов, кислородРисунок 3 – Экспериментальные данные и результаты
содержащих соединений.
расчетов по модели (1) динамики выхода летучих
компонентов при СО2-экстракции коры пихты
Исследование состава
летучих
компонентов
СО2-экстрактов коры пихты показало, что при увеличении продолжительности экстракции изменяется доля отдельных компонентов в составе монотерпеновых, сесквитерпеновых углеводородов и кислородсодержащих соединений по отношению к
их сумме (таблица 1). Полученные результаты позволяют определять условия экстрагирования сырья для получения экстрактов заданного компонентного состава.
Проведенные экспериментальные исследования и результаты математического
моделирования показали высокую чувствительность выхода летучих компонентов
и их составляющих (монотерпеновых, сесквитерпеновых углеводородов и кислородсодержащих соединений) при СО2-экстракции коры пихты к изменению
фракционного состава сырья.
Определены коэффициенты диффузии трициклена, -пинена, камфена, β-пинена, β-мирцена, 3-карена, лимонена + β-фелландрена, суммы монотерпеновых углеводородов, n-цимола, фенхола, β-терпинеола, камфары, γ-терпинеола, изоборнеола, борнеола, борнилацетата, суммы кислородсодержащих соединений, терпинилацетата, лонгифолена, кариофиллена, ε-муролена, β-гумулена, γ-муролена, β-бизаболена, α-муролена, кадинена, прочих сесквитерпеновых углеводородов, суммы
сесквитерпеновых углеводородов.
Проведена оценка: степени извлечения экстрактивных веществ из открытых
клеток и пор при СО2-экстракции коры пихты (32 % – для летучих компонентов, из
них 30% – для монотерпеновых, 10% – для сесквитерпеновых углеводородов, 38%
– для кислородсодержащих соединений); постоянной времени извлечения
компонентов из труднодоступных частей коры пихты (2,5 ч – для летучих
15
компонентов; 1,8 ч – для монотерпеновых; 5,0 ч – для сесквитерпеновых углеводородов; 2,1 ч – для кислородсодержащих соединений).
Таблица 1 – Доля отдельных компонентов (%) в составе монотерпеновых,
сесквитерпеновых углеводородов и кислородсодержащих соединений в
СО2-экстрактах коры пихты
Кислородсодержащ
ие соединения
Сесквитерпеновые
углеводороды
Монотерпеновые
углеводороды
Компоненты
Продолжительность экстракции, ч
1
5
Трициклен
-пинен
Камфен
β-пинен
β-мирцен
3-карен
Лимонен + β-фелландрен
Терпинилацетат
Лонгифолен
Кариофиллен
ε-муролен
β-гумулен
γ-муролен
β-бизаболен
α-муролен
Кадинен
0,7
44,5
8,6
15,6
1,0
7,8
21,8
2,6
6,4
20,7
11,4
9,4
4,8
12,1
2,1
4,9
0,8
33,7
7,0
20,0
1,2
10,6
26,7
2,2
3,6
22,9
12,6
10,1
4,3
8,8
2,1
4,4
n-цимол
Фенхол
β-терпинеол
Камфара
γ-терпинеол
Изоборнеол
Борнеол
Борнилацетат
2,8
11,2
8,9
20,1
4,4
3,6
9,2
39,8
3,5
8,7
10,1
15,9
3,7
3,6
8,2
46,3
Проведено исследование влияния водно-спиртовых растворов с концентрацией
этилового спирта от 20 до 96 % на выход и состав получаемых экстрактов, а также
зависимость между технологическими параметрами и скоростью процесса
экстракции. Проведены исследования по получению экстрактов как из исходных
коры пихты и ели, так и из твердых остатков после экстракции жидким диоксидом
углерода. Определены удельные поверхности исходной коры пихты и ели, а также
их твердых послеэкстракционных остатков. Установлено, что удельная поверхность исходной коры пихты и ели значительно меньше, чем у твердых остатков после экстракции жидким диоксидом углерода. Так, у коры пихты размером
1 мм удельная поверхность после СО2-экстракции в 2,2 раза больше, чем у исходной коры пихты, а для коры ели эта величина больше в 4,3 раза. С увеличением
размера коры (от 1 до 3 мм) удельная поверхность возрастает, особенно после СО2-
16
экстракции. Для коры пихты размером 2 мм удельная поверхность составляет
349,3 м2/кг, а после СО2-экстракции – 751,9 м2/кг. Это характерно и для коры ели.
На начальной стадии взаимодействия пористых материалов с водой или водноэтанольными растворами происходит заполнение системы пор (пропитка). Оценка
времени приближения к равновесию, пр, с, за которое степень завершенности
процесса пропитки достигает 0,98, определяется выражением
 8  2 ,
 пр  
L
 r 
(6)
где σ – поверхностное натяжение, Н/м; μ – вязкость жидкости, Па∙с; r –эффективный радиус пор образца, м; L – линейный размер пористого образца, м.
Результаты количественной оценки процесса пропитки при экстрагировании
коры хвойных (пихта, ель) размером (1-3)∙10-3, м, приведены на рисунке 4.
а) (L = 1 мм)
б) (L = 3 мм)
Рисунок 4 – Зависимость продолжительности пропитки коры пихты и ели водой и
водными растворами этилового спирта от концентрации этилового спирта и
температуры
Установлено, что продолжительность пропитки коры размером (1-3)∙10-3 м
водой и водными растворами этилового спирта существенно меньше
продолжительности экстракции, составляя 0,003% общей продолжительности
экстракции. Поэтому процессом пропитки пористых частиц коры при
исследовании экстракции водой и водными растворами этилового спирта можно
пренебречь.
В случае взаимодействия воды и водно-этанольных растворов с корой, степень
завершенности диффузионных процессов γ (при значении критерия Био Bi = )
определяется уравнением
  D  2n  12   2 

8
  1 
 exp 
 t ,
2
2
2


n  0 2n  1  
4L
(7)
где D – коэффициент диффузии, м2/с;  – степень извлечения; t – продолжительность экстракции, с; L – половина толщины слоя частиц коры, м.
При
17
2
t > tm = 8  L
(8)
9  2  D
динамика процесса экстрагирования определяется первым членом ряда
 1
 D  2 
 exp 
 t  , t > tm.
2
2

 4  L

8
(9)
Продолжительность экстракции tэк, при которой обеспечивается заданная
степень извлечения з (з > 8/2 = 81 %),

 4  L2  
8
.
  ln 
t эк  
 D   2    2  (1   ) 

 
э 
(10)
Продолжительность экстракции при 98 % степени извлечения определяется
выражением
 2
D
 
tэк  1,5   L  .
(11)
Проведенные исследования процесса экстракции коры растительного сырья и
анализ литературных источников показал, что D  (10-10–10-9) м2/с. При толщине
слоя сырья 310-3 м и D = 10-10 м2/с tm = 0,5 ч, а продолжительность экстракции,
обеспечивающая 90% степень извлечения, составляет 5,3 ч, что хорошо
согласуются с экспериментальными данными (5-6) ч.
Определены коэффициенты диффузии при экстракции исходной коры пихты
водно-этанольными растворами при температуре 22 оС. Показана адекватность модели экспериментальным данным при 5% уровне значимости. Статистические характеристики моделей приведены в таблице 2.
Таблица 2 – Статистические характеристики модели (7) процесса экстракции коры
пихты водой при температуре 22 С
Показатель
Значение
Ymax, % к а.с.с.
2,45
D, мм2/ч
0,65
D10 9, м2/с
0,181
So, % к а.с.с.
0,03
R2
0,987
Ymax – максимальный выход экстрактивных веществ; D – коэффициент диффузии;
So – стандартная ошибка модели; R2 – коэффициент детерминации
Рисунок 5 – Динамика извлечения экстрактивных
веществ при экстракции коры пихты
водой при температуре 22 С
На рисунке 5 представлены
результаты расчета процесса
экстракции для условий проведенных экспериментов, а
также для минимального (0,9
мм),
среднего (1,8 мм) и
максимального (3,0 мм) характерного размера сырья в
экспериментах. Показана высокая чувствительность результатов экстрагирования к
размеру сырья. Выход экстрак-
18
тивных веществ при минимальном и максимальном размере сырья изменяется в 4,8
раза при продолжительности экстракции 0,5 ч, в 3,1 раза – при одночасовой
экстракции, в 1,3 раза – при шестичасовой экстракции. Это учитывалось при
планировании экспериментов по изучению динамики выхода экстрактивных веществ и разработке технологических регламентов получения БАВ экстракцией
коры пихты.
Максимальная толщина сырья hmax, обеспечивающая заданную степень
извлечения э при фиксированной продолжительности экстракции tэ, оценивается
выражением:
.
(12)
D  tэ
h max  2  L max   


8

ln 
  2  (1  э) 


Для обеспечения 95 % степени извлечения экстрактивных веществ при пятичасовой экстракции коры пихты и температуре 22 С, толщина коры должна быть
не более 3,4 мм.
Получена корреляционная зависимость максимального выхода экстрактивных
веществ (Ymax, % к а.с.с.) и коэффициентов диффузии (D, м2/с) от концентрации
этилового спирта (С = 0  1) при экстракции коры пихты при температуре 22 С
(коэффициент детерминации модели R2 = 0,967  0,995):
Ymax(C) = 3,667 + 11,702C2 + 37,541C3 – 42,677C4,
(13)
D(C) = (0,187 + 2,044C2 – 1,786C3)10-9 ,
(14)
графики соответствующих зависимостей представлены на рисунке 6.
Полученное по (14)
значение коэффициента диффузии для экстракции коры пихты
водой D = 0,18710-9
м2/с совпадает с полученным ранее значением по серии независимых экспериментов
(таблица 2).
При концентрациях
от 0 до 15 % Ymax и D
Рисунок 6 – Зависимость максимального содержания
практически не измеэкстрактивных веществ (Ymax) и коэффициентов диффузии (D)
няются на уровне (3,7
от концентрации этилового спирта (С) при экстракции коры
 4,0) % к а.с.с. и (0,19
пихты водными растворами этанола при температуре 22 С
 0,23)10-9 м2/с соответственно. С увеличением концентрации скорость экстракции увеличивается, так
как наряду с водорастворимыми веществами начинают извлекаться липидные компоненты, при этом Ymax и D достигают максимума (13,9 % к а.с.с. и 0,5810-9 м2/с)
при концентрации (70  80)%. Это объясняется тем, что 70 % этиловый спирт
19
извлекает как жиро- так и водорастворимые компоненты. При дальнейшем увеличении концентрации спирта до 96 % Ymax и D снижается до 11,4 % к а.с.с. и
0,4910-9 м2/с, так как более концентрированный спирт экстрагирует в основном липидные компоненты.
Проведены исследования полученных водных и водно-этанольных экстрактов
как из исходных коры пихты и ели, так и из твердых остатков после СО2-экстракции. С увеличением концентрации спирта общее количество экстрагируемых
веществ увеличивается. При температуре 22 оС, продолжительности экстракции 5 ч
и использовании растворителей с концентрацией от 20 до 70 % этилового спирта,
происходит увеличение содержания экстрактивных веществ в экстрактах как из
коры пихты с 3,5 до 12,5 % , так и из коры ели с 4,9 до 11,4 % соответственно.
Повышение температуры экстрагента до температуры его кипения приводит к
общему увеличению выхода экстрактивных веществ как из коры пихты, так и из
коры ели.
На растворимость и скорость диффузии веществ в экстрагенте оказывают влияние такие физические свойства растворителей, как вязкость и поверхностное натяжение. Анализ показал, что вязкость водных смесей этанола может быть
рассчитана по модели Макаллистера-Эйринга, в которой взаимодействие между
слоями молекул при градиенте скорости обуславливает «активированные» скачки
молекул из слоя в слой. Молекула, перемещающаяся таким образом, рассматривается как подвергающаяся воздействию химической реакции. Проталкивание или
сдавливание такой движущейся молекулы требует, чтобы она преодолевала во
время этого процесса определенный барьер потенциальной (свободной) энергии.
Такой механизм приводит к уравнению, известному как корреляция Андраде. Экспериментальные и расчетные значения динамических коэффициентов вязкости
водно-этанольных растворов от температуры представлены на рисунке 7. На рисунке 8 представлены результаты расчетов зависимостей энтропийного фактора
ln(A) и кажущейся энтальпии активации Н от концентрации этанола в водноспиртовой смеси.
Рисунок 7 – Зависимость вязкости
водно-этанольных растворов от
температуры
Рисунок 8 - Зависимость энтропийного фактора ln(А) и энтальпии активации Н от концентрации этанола в водно-этанольной смеси
Величина энтальпии активации вязкого течения является мерой интенсивности
межмолекулярного взаимодействия макромолекул в растворах (для воды 15,0
кДж/моль; для этилового спирта 14,6 кДж/моль). Для водно-этанольных растворов
20
эта величина больше, а при концентрации этилового спирта 40 % (об.) – она максимальная и составляет 23,8 кДж/моль. При этой концентрации растворителя наблюдается наибольшее значение энергии активации и происходит упорядочивание
структуры раствора. Следовательно, при экстракции будут извлекаться те вещества, которые внедряются в структуру водно-этанольных растворов, не разрушая
их. Энтропийный фактор выражает меру беспорядка в растворе, имеет отрицательное значение, достигая минимального значения при концентрации этилового
спирта 40 % (об.), что также свидетельствует об упорядоченности системы.
Поверхностное натяжение растворителя уменьшается с увеличением концентрации спирта в растворе, так как этанол является поверхностно-активным веществом по отношению к воде. Поверхностное натяжение экстрактов, полученных из
исходной коры пихты при температуре 22 оС, уменьшается с 65,9 мН/м (водные
экстракты) до 24,3 мН/м (экстракты, полученные 96 % этанолом). При экстракции
твердых остатков коры пихты после экстракции жидким диоксидом углерода
поверхностное натяжение экстрактов уменьшается с 65,1 до 24,6 мН/м, соответственно. Использование водно-этанольных растворов позволяет извлекать из сырья
различные классы веществ.
Исследования показали, что при увеличении пористости коры, в результате
взрывного измельчения, скорость диффузионных процессов возрастает, что связано с уменьшением пути массопереноса через плотные участки коры. Повышение
температуры также приводит к увеличению скорости диффузионных процессов.
Экстракция жидким диоксидом углерода проводилась как исходной ДЗ пихты,
так и твёрдого остатка после извлечения эфирного масла (после пихтоваренной установки). Применение жидкого диоксида углерода для экстрагирования растительного сырья позволяет получать углекислотные экстракты, в которых наиболее
полно сохраняется ароматическая часть исходного сырья, а извлеченные вещества
находятся в неизменном виде. Выход СО2-экстрактов составляет 2-5 % (от а.с.с.).
Нейтральные липиды в углекислотном экстракте из ДЗ и коры пихты составляли
соответственно 44,2 и 52,1 % (от а.с.с.). Методом колоночной хроматографии нейтральные липиды разделяли на отдельные классы соединений. Основным классом
нейтральных веществ являются стерины: 39,2 и 33,8% соответственно для СО2-экстрактов из ДЗ и коры пихты.
В СО2-экстрактах из твёрдого остатка ДЗ пихты после пихтоваренной установки
и отходов окорки содержатся БАВ: эфирные масла, жирные кислоты, витамины,
пигменты. Полученные углекислотные экстракты представляют собой мазеобразную массу оранжево-коричневого цвета с выходом экстрактивных веществ 1,59 и
1,32 % соответственно. В углекислотном экстракте из отходов окорки содержится
до 19,8 % летучих компонентов. В СО2-экстрактах из твердого остатка ДЗ пихты
после пихтоваренной установки содержание омыляемых и неомыляемых веществ
практически одинаковое и составляет 49,2 и 50,2 % соответственно. Углекислотный экстракт из ДЗ пихты обладает приятным, ярко выраженным запахом хвои, а
из коры пихты – имеет древесно-смолистый запах. Запах обусловлен высоким содержанием летучих компонентов, которые в СО2-экстракте из ДЗ пихты достигают
50 % и более, а из коры пихты – около 40 %. Приятный аромат СО2-экстрактов ДЗ
21
и коры пихты позволяет использовать их как ароматизирующие средства в парфюмерно-косметической промышленности и бытовой химии.
Летучие компоненты (терпеноиды) из углекислотных экстрактов были выделены методом гидродистилляции. Установлено, что в СО2-экстрактах из ДЗ и коры
пихты преобладают монотерпеновые углеводороды: 54,4 и 51,7 % соответственно
(от суммы терпеноидов). В СО2-экстрактах из отходов окорки содержится больше
кислородсодержащих соединений (43,8 %, от суммы терпеноидов). Среди монотерпеновых углеводородов в СО2-экстрактах преобладают α-пинен (от 7,2 до 13,7 % от
суммы терпеноидов), β-пинен (от 2,4 до 11,2%) и β-фелландрен+лимонен (от 4,9 до
16,6 % от суммы терпеноидов). Основным компонентом сесквитерпеновых углеводородов углекислотных экстрактов отходов хвойных является кариофиллен, количество которого изменяется от 4,0 до 8,2 %. Среди кислородсодержащих соединений превалирует борнилацетат, наибольшее количество которого отмечено в углекислотном экстракте из древесной зелени пихты (31,5 %).
В углекислотных экстрактах коры и ДЗ пихты омыляемые и неомыляемые компоненты содержатся практически в равных количествах, соответственно для коры
51,0 и 46,2 % и для ДЗ пихты 45,7 и 49,4 % (от а.с.с.). В состав омыляемых компонентов входят жирные кислоты. Так же, как и в исходном сырье, в углекислотных
экстрактах из ДЗ и коры пихты присутствуют жирные кислоты ряда С9-С26. Углекислотные экстракты, как и растительные масла, содержат в своем составе ПНЖК,
которые обладают высокой биологической активностью. Биологическая роль
ПНЖК определяется их участием в качестве структурных элементов биомембран
клеток. Они содействуют регулированию обмена веществ в клетках, влияют на обмен холестерина, стимулируя его окисление и выделение из организма, стимулируют защитные механизмы организма, повышая устойчивость к инфекционным заболеваниям, действию радиации и других повреждающих факторов. В СО2-экстрактах из ДЗ пихты исходной и после пихтоваренной установки, а также коры
пихты и отходах окорки преобладают ненасыщенные жирные кислоты 67,0, 64,8,
74,4 и 73,5 % соответственно (от суммы кислот), которые преимущественно представлены олеиновой 12,8 13,7, 35,2 и 25,3 %, линолевой 22,8, 19,2, 16,3 и 25,8 % и
α–линоленовой 14,8, 17,1, 5,6 и 4,8 % кислотами соответственно (от суммы кислот).
Наибольшее количество олеиновой кислоты содержится в СО2-экстрактах из коры
пихты, линолевой – в СО2-экстрактах из отходов окорки, α-линоленовой – в СО2экстрактах из ДЗ пихты после пихтоваренной установки. Линолевая и линоленовая
кислоты необходимы для нормальной жизнедеятельности организма, их относят к
незаменимым или эссенциальным жирным кислотам. Отсутствие этих кислот, например, в кормах, приводит к нарушениям обмена веществ, деятельности центральной нервной системы. Линолевая кислота имеет активность в 8-10 раз выше,
чем линоленовая кислота. При достаточном количестве эссенциальные кислоты
образуют с холестерином сложные эфиры, которые при обмене веществ окисляются до низкомолекулярных веществ и выводятся из организма. Присутствие в
экстрактах олеиновой кислоты, не обладающей физиологической активностью эссенциальных кислот, усиливает активность линолевой кислоты. Среди насыщенных жирных кислот во всех СО2-экстрактах преобладает пальмитиновая кислота
22
9,6, 9,7, 11,9 и 6,6 % соответственно (от суммы кислот). Значительные количества
лигноцериновой кислоты содержатся в СО2-экстрактах из ДЗ пихты исходной 4,9 и
после пихтоваренной установки 3,7 % (от суммы кислот). В углекислотных экстрактах из отходов окорки превалируют маргариновая 6,1 и бегеновая 5,5 % кислоты. В СО2-экстрактах из ДЗ пихты содержится в 1,3 раза больше стеариновой
кислоты, чем в СО2-экстрактах из коры пихты и отходов окорки. Остальные кислоты содержатся в экстрактах в сравнительно небольших количествах.
Ингибирующей активностью обладают многие природные вещества, переходящие в СО2-экстракт при извлечении его из сырья (токоферолы). Токоферолы (витамин Е) предотвращают окисление ненасыщенных жирных кислот в липидах,
влияют на биосинтез ферментов. В СО2-экстрактах из ДЗ пихты их содержится до
25,3 мг%, а из коры пихты – до 13,8 мг%.
В углекислотных экстрактах из коры пихты, хранившихся в течение 5 и более
лет при температуре + 5 оC, содержание жирных кислот практически не изменилось.
При экстракции коры пихты жидким диоксидом углерода получается углекислотный экстракт, который методом декантации делится на липидную и водную
части. Из водной части извлекается мальтол. Степень извлечения мальтола от содержания его в исходном сырье составляет 26,0-30,6 % (к массе а.с.с.). Содержание
мальтола составляет: в исходной коре пихты – 0,58-0,62 % (к массе а.с.с.); в полученной водной части углекислотного экстракта – 0,15-0,19 % (к массе а.с.с.). Полученное вещество идентифицировано с достоверным «чистым» мальтолом физикохимическими методами анализа. Результаты, полученные химическими методами,
методами определения физических констант, а также данные структурного анализа
и идентификации методами ИКС, ЯМР, УФ и ГЖХ с большой достоверностью позволили предположить, что выделенное из водной части углекислотного экстракта
коры пихты соединение является мальтолом (3-окси-2-метил-γ-пироном).
Экстракция водой остатков древесной зелени и коры пихты после СО2-экстракции показала, что количество экстрактивных веществ при экстракции водой ДЗ
пихты в 2,7 раза больше, чем при экстракции коры пихты. В водном экстракте содержатся танниды, витамин С, органические кислоты.
Экстрагирование твердых остатков 96%-м этиловым спиртом показало, что
значительная часть компонентов ДЗ и коры пихты извлекается этиловым спиртом
(19,7 и 16,4 %, соответственно). Спиртовые экстракты, полученные из твердых
остатков ДЗ и коры пихты после СО2-экстракции, мало отличаются от спиртовых
экстрактов из исходного сырья. При экстракции этиловым спиртом исходной ДЗ и
твёрдого остатка после пихтоваренной установки выход экстрактивных веществ
выше, чем при экстракции жидким диоксидом углерода в 7 и в 14,3 раза соответственно. В спиртовых экстрактах определялся групповой состав липидов. В состав
липидов входят нейтральные, фосфолипиды и гликолипиды. В спиртовых экстрактах из исходного сырья, и в экстрактах из твердых остатков после СО2-экстракции, преобладают гликолипиды (40-41 % из коры пихты и 49-59 % из ДЗ
пихты). Нейтральные липиды преобладают в спиртовых экстрактах из твёрдого ос-
23
татка ДЗ после пихтоваренной установки и из твёрдого остатка ДЗ после пихтоваренной установки и экстракции жидким диоксидом углерода (41 %).
Увеличение содержания нейтральных липидов, по сравнению с экстрактом из
исходной ДЗ, в 3,0, 3,7 и 4,1 раза соответственно наблюдается в спиртовом экстракте из твёрдого остатка после пихтоваренной установки, после СО2-экстракции,
после пихтоваренной установки и СО2-экстракции.
Таблица 3 – Состав и содержание жирных кислот в спиртовых экстрактах из ДЗ и
коры пихты, % к сумме кислот
Кислота
Формула
(код)
кислоты С0:0
Сырье
исходное
остаток
после СО2экстракции
остаток после
СО2- и Н2Оэкстракций
остаток после
Н2О-экстракции
К
53,4
50,5
47,1
55,8
Дз 56,7
52,9
49,1
59,6
К
26,8
24,5
24,4
29,0
Олеиновая
18:19
Дз 10,3
14,1
11,7
12,7
К
10,5
10,2
9,7
11,2
Линолевая
18:26
Дз 15,9
15,0
13,0
17,1
К
1,9
1,9
1,7
2,0
18:3
–Линоленовая
Дз 11,9
8,9
9,9
12,8
К
45,2
47,8
52,0
43,2
Насыщенные, из
Дз
43,0
46,0
51,0
37,9
них:
К
11,8
11,5
11,8
8,3
Пальмитиновая
16:0
Дз
9,8
10,6
5,9
9,3
К
4,0
6,6
4,1
3,7
Стеариновая
18:0
Дз
7,4
7,0
1,6
4,5
К
4,2
4,8
5,4
5,3
Арахиновая
20:0
Дз
1,7
1,8
2,1
1,7
К
2,1
4,7
6,3
5,3
Бегеновая
22:0
Дз
3,3
3,0
4,3
3,3
К
4,0
3,6
4,9
5,0
Лигноцериновая
24:0
Дз
2,7
2,9
5,2
2,9
Примечание: СО2- экстракция жидким диоксидом углерода; Н2О- водная экстракция;
к - экстракты из коры; дз - экстракты из ДЗ пихты и ее твердых остатков
Ненасыщенные,
из них:
В спиртовых экстрактах из ДЗ и коры пихты, а также из их остатков определяли
содержание жирных кислот (таблица 3). Благоприятный химический состав спиртовых экстрактов позволяет рекомендовать их не только предприятиям бытовой
химии, парфюмерно-косметической промышленности, но и для медицины.
Одним из возможных способов утилизации древесных отходов является использование их в качестве субстратов для получения биопрепаратов защиты растений.
Проведена оценка способности утилизации отходов лесоперерабатывающей, гидролизной и целлюлозно-бумажной промышленности штаммами грибов и бактерий.
В настоящем исследовании были использованы штаммы грибов рода Trichoderma
коллекции культур Центра биотехнологии и микологии СибГТУ: Trichoderma asperellum (Samuels) штамм МГ 97/6 (ВКПМ F-878) и Trichoderma harzianum (Rifai)
штамм М 99/5 (ВКПМ F-888), обладающие высокой антагонистической активно-
24
стью к фитопатогенам рода Fusarium и рекомендованные как продуценты для получения биопрепаратов триходерминов, а также штамм 19/97-М Streptomyces lateritius (ВКПМ Ас-1637), рекомендованный для стимулирования роста и защиты сеянцев хвойных от возбудителей болезней, вызываемых грибами родов Fusarium и
Alternaria.
Для выращивания грибов использовали следующие субстраты: ДЗ и кору пихты
как исходные, так и твердые остатки после экстракции жидким диоксидом углерода, водой и этиловым спиртом, а также отходы окорки. Установлено, что
изучаемые штаммы грибов рода Trichoderma способны расти на всех исследуемых
субстратах, однако, их продуктивность на разных субстратах варьировала. Самый
высокий выход спор отмечен у штаммов М 99/5 Trichoderma harzianum и МГ 97/6
Trichoderma asperellum при культивировании на исходной коре пихты (3,57∙108 г-1 и
3,09∙108 г-1 соответственно). Анализ продуктивности спорообразования при
культивировании на послеэкстракционных остатках показал, что наибольшее
количество спор образуется при росте штаммов М 99/5 Trichoderma harzianum и
МГ 97/6 Trichoderma asperellum на твердом остатке коры пихты после СО2- и
спиртовой экстракции: 4,70∙108 г-1 и 4,48∙108 г-1 соответственно, а также твердом
остатке коры пихты после СО2-экстракции, где выход спор составил 4,29∙108 г-1 и
3,57∙108 г-1соответственно.
Оценка жизнеспособности спор, полученных путем твердофазной ферментации
штаммов М 99/5 и МГ 97/6 на коре пихты, показала, что споры на данном
растительном субстрате могут сохранять свою жизнеспособность в течение 12 месяцев на 32 и 41 % соответственно, что соответствует регламенту биопрепаратов
триходерминов. На основании полученных данных кору пихты можно рекомендовать для получения биопрепаратов защиты растений.
Опытные партии биопрепаратов, полученные путем твердофазной ферментации
штамма МГ 97/6 Trichoderma asperellum на коре пихты и на коре пихты после СО2экстракции, были испытаны на посевах Picea obovata L. Результаты исследований
показали, что выход здоровых сеянцев Picea obovata L. в сравнении с контролем
увеличился: при внесении чистого спорового биопрепарата триходермин-с в 1,6
раза и составил 71±3 штук на 1 м погонный; триходермина, полученного на коре
пихты – в 4 раза, что составило 158±5 штук на 1 м погонный; триходермина, полученного на коре пихты после СО2-экстракции – в 3,4 раза, 149±4 штук на 1 м погонный. Вероятнее всего это связано с тем, что растительные субстраты являются
источником дополнительных питательных веществ для грибов, что, в свою очередь, стимулирует развитие штаммов рода Trichoderma в ризосфере сеянцев Picea
obovata L. и препятствует развитию фитопатогенных микроорганизмов, являющихся мишенью грибов-антагонистов. Кроме того, внесение биопрепаратов повышает выход лесопосадочного материала, а также оказывает положительное влияние
на показатели биологической активности почвы.
В качестве субстратов для культивирования штамма 19/97 М Streptomyces lateritius использовали кору пихты после СО2-экстракции, а ДЗ пихты – после спиртовой экстракции. Данные численности штамма на 30-е сутки культивирования
(1,12·1010 КОЕ·г -1 и 2,19·1011 КОЕ·г -1 на коре и ДЗ пихты соответственно) доказы-
25
вают, что кору пихты после СО2-экстракции и ДЗ пихты после спиртовой экстракции можно использовать в качестве субстратов для твердофазной ферментации с
целью получения биопрепарата. Использование метаболитов штамма увеличивает
всхожесть семян хвойных пород, по сравнению с контролем, на 35 %.
Кору пихты и послеэкстракционные остатки использовали в качестве субстратов для твердофазного культивирования с получением белка пищевого и кормового
назначения. В качестве продуцента целлюлитических и окислительных ферментов
был использован гриб Pleurotus оstreatus (Fr. Kumm), который относится к группе
сапрофитных дереворазрушающих базидиомицетов. Грибы рода Pleurotus эффективно разрушают лигноцеллюлозный комплекс. Полученный после биодеструкции
остаток коры пихты характеризуется повышенным содержанием белка (12,5 %). В
послеэкстракционном остатке после биодеструкции содержание лигнина уменьшается на 8,1 %.
Компостирование коры и отходов окорки проводили биопрепаратом «Байкал –
ЭМ». Установлен состав микрофлоры после биодеструкции растительных субстратов препаратом «Байкал – ЭМ». Доминирующее положение в составе микрофлоры
всех ферментируемых субстратов занимают бактерии родов Bacillus, Pseudomonаs,
Lactobacillus и Azotobacter. Общая численность бактерий на МПА (аммонификаторов) составляла на коре пихты исходной 0,8∙1010 КОЕ г-1, после экстракции жидким
диоксидом углерода 7,3∙1010КОЕ г-1. Микробиологический анализ посевов на
сусло–агаре показал, что в биодеструкции субстратов также участвуют дрожжевые
грибы родов Rhodotorula, Сryptococcus и мицелиальные грибы рода Aspergillus,
Penicillium, Muсor. На крахмало–аммиачном агаре актиномицеты не были выявлены. Биодеструкция препаратом «Байкал – ЭМ» коры и отходов окорки хвойных
позволяет получать компосты, которые можно использовать для биоремедиации
почв.
Одним из направлений утилизации коры и мелких древесных отходов является
производство топливных и технологических брикетов, которые могут быть
использованы в качестве сырья при химической и энергохимической переработке
древесины. Брикетирование сыпучих отходов увеличивает их теплотворную
способность. Брикеты из коры и мелких древесных отходов пихты получали без
связующего; прочность и плотность топливных брикетов увеличивается с повышением давления прессования. Для обеспечения достаточной плотности и прочности
топливных брикетов при давлении 10 МПа необходимо повышение температуры
прессования до 120 оС и предварительный прогрев древесных частиц и коры до
температуры 100 оС. При этом оптимальная влажность древесных частиц (8– 12) %.
С уменьшением размеров частиц плотность и прочность брикетов увеличиваются.
Теплота сгорания топливных брикетов равна 17100 кДж/кг.
В пятой главе предложена схема комплексной переработки ДЗ и коры пихты
сибирской с получением углекислотных (рисунок 9), водных и спиртовых (рисунок
10) экстрактов, эфирного масла, пектиновых веществ, хвойной пасты, хвойно-соляных брикетов, мальтола, кормового продукта, биопрепарата защиты растений
(триходермина), компостов и топливных брикетов. Срок окупаемости с получением биопрепаратов из ДЗ или коры пихты сибирской составляет 1,5 года.
26
С использованием всех полученных СО2-экстрактов разработаны и защищены
авторскими свидетельствами биокосметические изделия.
Данная технологии использована для переработки как ДЗ и коры хвойных, так и
недревесного сырья: травы (черемши), семян (орехов), а также продуктов пчеловодства (пчелиного воска и прополиса) и грибов (лиственничной губки) и защищена 11 патентами.
На углекислотные, водные и спиртовые экстракты из ДЗ и коры пихты, а также
из лиственничной губки разработаны технические условия. Разработан технологический регламент на получение углекислотного экстракта из ДЗ и коры пихты
сибирской.
1- экстракторы; 2-сборник жидкого диоксида углерода; 3-холодильникконденсатор; 4-испаритель; 5-сборник экстракта; 6-флорентина; 7,8,9-сборники;
10-измельчитель сырья; 11-тележка; 12-насосы
Рисунок 9 – Технологическая схема получения углекислотных экстрактов
27
13-экстрактор; 14-подогреватель; 15-сборник экстрагента; 16,21 -насосы; 17,23-холодильники; 18,19,20,25,26-сборники; 22-перегонный куб; 24-промежуточная емкость; 27-мерник-дозатор; 28-омылитель; 29-сборник хвойной пасты
Рисунок 10 – Технологическая схема получения спиртовых экстрактов, хвойного
воска и хвойной пасты
В шестой главе приведены продукты комплексной переработки ДЗ и коры
пихты, их состав, соответствие нормативным документам и направления их использования. Полученные экстракты использовались для получения косметических
препаратов, что подтверждено патентами.
Углекислотные и водно-спиртовые экстракты из ДЗ и коры пихты
исследовались на токсичность на кафедре фармакологии Красноярского государственного медицинского университета. Экстракты испытывали на токсичность на
однородных группах (мыши, крысы) по 5-10 особей в группе. Работа выполнена на
300 животных: 150 крысах и 150 мышах обоего пола. Определены дозы летальные,
которые в обследуемых группах животных (мыши, крысы) определялись низкими
показателями и зависели от биодоступности препарата. На основании проведенных
исследований установлено, что углекислотный и водно-спиртовый экстракты
пихты относятся к классу малотоксичных соединений.
28
Лечебный эффект и токсичность углекислотного экстракта из пихты были оценены в дерматологической клинике Сибирского государственного медицинского
университета (СГМУ) г. Томска на больных дерматозами: псориазом, нейродермитом, экземой. Положительный терапевтический эффект зарегистрирован у 20
(100%) пролеченных больных.
Выводы
1. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработана
комплексная технология переработки ДЗ и коры пихты сибирской и отходов
окорки с использованием экологически безопасных экстрагентов (жидкий диоксид
углерода, вода и этанол) с получением продуктов, обладающих биологической активностью (углекислотные, водные и спиртовые экстракты), и утилизацией твердых послеэкстракционных остатков.
2. Полученные результаты анализа корреляционных связей между содержанием
компонентов ДЗ пихты, среднемесячной температурой и величиной эффективного
излучения в годовом цикле позволяют прогнозировать химический состав исходного сырья, что важно при определении условий получения продуктов заданного качества.
Получены адекватные эксперименту: модели изменения содержания каротина
2
(R = 0,96), витамина С (R2 = 0,98) и хлорофилла (R2 = 0,97) в древесной зелени
пихты при хранении; модели возрастного (R2 = 0,99), сезонного (R2 = 0,94) и
суточного (R2 = 0,92) цикла изменения содержания эфирного масла в ДЗ пихты.
3. Получены адекватные математические модели зависимости выхода летучих
компонентов, сесквитерпеновых и монотерпеновых углеводородов, кислородсодержащих соединений от размера сырья и продолжительности экстракции коры
пихты жидким диоксидом углерода.
Установлено, что в углекислотных экстрактах из ДЗ и коры пихты содержится
от 9,7 до 56,5 % летучих компонентов. В углекислотных экстрактах преобладают
ненасыщенные жирные кислоты (полиненасыщенные жирные кислоты, ПНЖК),
которые обладают высокой биологической активностью и на долю которых приходится от 64,8 до 74,4 %. Среди ненасыщенных жирных кислот превалируют
олеиновая (от 12,8 до 35,2 %) и линолевая (от 16,3 до 25,8 %). В спиртовых
экстрактах на долю ненасыщенных жирных кислот приходится от 53,4 до 56,5 %,
Среди ненасыщенных жирных кислот преобладают олеиновая от 10,3 до 26,8 % и
линолевая от 10,9 до 15,9 %.
4. Определены коэффициенты диффузии: летучих компонентов (0,470,60) 10-9,
м2/с, монотерпеновых (0,79  0,95)10-9 и сесквитерпеновых (0,06  0,08)10-9, м2/с,
углеводородов, кислородсодержащих соединений (0,65  0,97)10-9, м2/с при
экстракции жидким диоксидом углерода. Определена зависимость коэффициента
диффузии и максимального выхода пихтового масла из древесной зелени пихты от
температуры отгонки насыщенным водяным паром.
Получены зависимости выхода экстрактивных веществ и коэффициента диффузии от концентрации этилового спирта. Установлено, что при концентрации
этанола (70  80) % выход экстрактивных веществ (13,9 % к а.с.с.) и коэффициент
29
диффузии (0,5810-9 м2/с) достигают максимума. Исследовано влияние концентрации этанола на физико-химические характеристики получаемых экстрактов
(вязкость, поверхностное натяжение). Установлено влияние предварительной
экстракции коры хвойных жидким диоксидом углерода на химический состав
получаемых экстрактов.
5. Установлено, что при использовании последовательной экстракции сырья
жидким диоксидом углерода, водой и этиловым спиртом выход экстрактивных
веществ увеличивается (до 38±5 % для ДЗ и 21±5 % – для коры пихты).
6. Разработан способ выделения из водной части углекислотного экстракта коры
пихты душистого вещества – мальтола. Исследования выделенного соединения
методами ГЖХ, ИК-, УФ-, ЯМР- спектроскопии, методами определения
физических констант, а также данные структурного анализа и идентификации показали, что выделенное соединение является мальтолом (3-окси-2-метил-γ-пироном).
7. Установлено, что при использовании древесной зелени и коры пихты, а также
отходов окорки в качестве субстратов для роста штаммов грибов рода Trichoderma
максимальная продуктивность достигается у штаммов МГ 97/6 Trichoderma
asperellum и М 99/5 Trichoderma harzianum при твердофазной ферментации на
твердом остатке коры пихты после СО2- и спиртовой экстракций и составляет от
4,48·108 до 4,70·108 КОЕ г-1. Экспериментально доказана возможность сохранения
жизнеспособных пропагул в течение 12 месяцев на 32-41 % при хранении в
лабораторных условиях на растительных остатках.
Испытания на посевах Picea obovata L опытных партий биопрепаратов, полученных путем твердофазной ферментации штамма МГ 97/6 Trichoderma asperellum
на коре пихты и на коре пихты после СО2-экстракции, показали, что выход здоровых сеянцев Picea obovata L. в сравнении с контролем увеличился: при внесении
чистого спорового биопрепарата триходермин-с в 1,6 раза; триходермина, полученного на коре пихты – в 4 раза; триходермина, полученного на коре пихты после
СО2-экстракции – в 3,4 раза.
Методом твердофазной ферментации на древесной зелени и коре пихты
получен новый биопрепарат латерин на основе продуцента 19/97-М Streptomyces
lateritius, с титром 2,19·1011 и 1,12·1010 КОЕ г-1 соответственно.
8. Предложена схема комплексной переработки ДЗ и коры пихты с
получением углекислотных, водных и спиртовых экстрактов, эфирного масла,
пектиновых веществ, хвойной пасты, хвойно-соляных брикетов, мальтола,
кормового продукта, биопрепарата защиты растений (триходермина), компостов и
топливных брикетов. Технико-экономические показатели, подтверждают
эффективность производства. Результаты исследований запатентованы и внедрены.
Рентабельность производства с получением биопрепаратов из ДЗ или коры пихты
составляет 40 %. Срок окупаемости с получением биопрепаратов из ДЗ или коры
пихты сибирской составляет 1,5 года.
30
Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:
1. Ушанова, В.М. Углекислотные экстракты как источники биологически активных веществ / В.М. Ушанова, С.М. Репях // Монография. – Красноярск, 2007. –
159 с.
2. Ушанова, В.М. Состав и переработка древесной зелени и коры пихты сибирской / В.М. Ушанова, С.В. Ушанов, С.М. Репях // Монография. – Красноярск, 2008.
– 257 с.
3. Ушанова, В.М. Экстрагирование древесной зелени и коры пихты сибирской
сжиженным диоксидом углерода и водно-спиртовыми растворами / В.М. Ушанова,
С.В. Ушанов // Монография. – Красноярск, 2009. – 191 с.
4. Ушанова, В.М. Комплексная переработка древесных отходов пихты с использованием сжиженной углекислоты : автореф. дис. … канд. технич. наук / Ушанова
Валентина Михайловна. – Красноярск, 1995. – 21 с.
5. Величко, Н.А. Кормовые добавки из пихтовой коры / Н.А. Величко, В.М.
Ушанова / «Лесная промышленность». – 1994. – №5-6. – С. 20.
6. Ушанова, В.М. Исследование влияния полярности растворителя на состав
экстрактивных веществ и послеэкстракционных остатков коры Abies sibirika / В.М.
Ушанова, С.М. Репях // «Химия природных соединений». – 1996. – № 1. – С. 42 –
45.
7. Ушанова, В.М. Комплексная переработка коры Abies sibirica Ledeb. / В.М.
Ушанова, С.М. Репях, Р.А. Степень // «Растительные ресурсы». – 1997. – № 2. – С.
79 – 86.
8. Ушанова, В.М. Исследование экстрактов коры пихты / В.М. Ушанова, В.М.
Воронин, С.М. Репях // «Лесной журнал». – 1997. – № 6. – С. 88 – 92.
9. Ушанова, В.М. Переработка древесных отходов хвойных деревьев / В.М.
Ушанова, Р.А. Степень, С.М. Репях / «Химия растительного сырья». – 1998. – № 2.
– С. 17 –23.
10. Лебедева, О.И. Об экстракции липидных компонентов из семян сосны сибирской / О.И. Лебедева, Л.П. Рубчевская, В.М. Ушанова, С.М. Репях/ «Химия
растительного сырья». – 1998. – № 2. – С. 25 – 29.
11. Ушанова, В.М. Влияние степени измельчения сырья на процесс экстракции
/ В.М. Ушанова, С.В. Ушанов, С.М. Репях / «Лесной журнал». – 1998. – № 1. – С.
101 – 105.
12. Ушанова, В.М. Выделение мальтола из коры пихты сибирской углекислотным методом / В.М. Ушанова, А.В. Зиганшин, С.М. Репях / «Химия природных
соединений». – 1998. – № 1. – С. 131 – 132.
13. Репях, С.М. Закономерности изменения состава древесной зелени хвойных
от диаметра побегов / С.М. Репях, В.М. Ушанова, В.С. Ушанов, С.В. Ушанов /
Химия растительного сырья. – 2000. – № 1. – С. 37 – 42.
14. Ушанова, В.М. Моделирование возрастной, сезонной и суточной динамики
содержания эфирного масла в древесной зелени сосны обыкновенной / В.М.
Ушанова [и др.] // Химия растительного сырья. – 2000. – № 1. – С. 43 – 49.
31
15. Ушанова, В.М. Исследование влияния компонентов лекарственного растительного сырья на состав получаемых экстрактов / В.М. Ушанова, В.М. Воронин,
С.М. Репях // Химия растительного сырья. – 2001. – № 3. – С. 105 – 110.
16. Ооржак, У.С. Исследование влияния технологических факторов на процесс
извлечения экстрактивных веществ из лиственничной губки / У.С. Ооржак, В.М.
Ушанова, С.М. Репях // Химия растительного сырья. – 2003. – № 1. – С. 69 – 72.
17. Рубчевская, Л.П. Биологически активные вещества углекислотных и пропанбутановых экстрактов древесной зелени / Л.П. Рубчевская, В.М. Ушанова, Л.Н.
Журавлева // Российский химический журнал. Журнал Российского химического
общества им. Д.И. Менделеева. Химические продукты из растительной биомассы.
– 2004. – Т. XLVIII, №3. – С. 80 – 83.
18. Ушанова, В.М. Математическая модель изменения содержания каротина в
древесной зелени пихты сибирской при хранении // В.М. Ушанова, С.В. Ушанов /
Вестник Крас ГАУ. – Красноярск, 2007. – С. 28 – 33.
19. Садыкова, В.С. Биологическая активность сибирских штаммов Trichoderma
как фактор отбора для создания биопрепаратов защиты растений нового поколения
[Текст] // В.С. Садыкова, Т.И. Громовых, А.Н. Лихачев, А.В. Кураков, В.М.
Ушанова / Биотехнология. – № 6. – 2007. – С. 12-17.
20. Громовых, Т.И. Перспективы получения биопрепарата для защиты сеянцев
хвойных путем твердофазного культивирования штамма 19/97М STREPTOMYCES
LATERITIUS SVESCHNIKOVA (статья) // Т.И. Громовых, И.И. Гайдашева, В.М.
Ушанова, В.С. Садыкова, Г.А. Сизых / Хвойные бореальной зоны. – Т. XXIV.– №
4-5. – 2007. – С. 482 – 486.
21. Ушанова, В.М. Влияние состава водно-спиртовых растворов и обработки
сжиженным СО2 на эффективность экстракции коры хвойных / В.М. Ушанова,
Л.И. Ченцова / Изв. ВУЗов «Лесной журнал». – 2008. – № 1. – С. 132-137.
22. Ооржак, У.С. Белковые вещества и витамины гриба Fomitopsis officinalis
[(Vill.: Fr.) Bond. et Sing.] / У.С. Ооржак, В.М. Ушанова // Хранение и переработка
сельхозсырья. – 2004. – № 11. – С. 52 – 53.
23. Ушанова, В.М. Новый способ переработки воска / В.М. Ушанова, О.И.
Лебедева, В.Е. Мулява // Пчеловодство. – 2005. – № 5. – С. 54 – 55.
24. Ушанова, В.М. Биологически активные продукты из прополиса / В.М.
Ушанова, О.И. Лебедева, В.Е. Мулява // Пчеловодство. – 2005. – № 4. – С. 52 – 53.
25. Ушанова, В.М. Влияние вида экстрагента на количественный и качественный состав экстрактов, получаемых из коры хвойных / В.М. Ушанова, Л.И.
Ченцова, В.К. Горчаковский // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология.– Иваново, 2006.–Том 49.–Вып.6.–С.82-87.
26. Ушанова, В.М. Альтернативные пути использования коры хвойных в различных технологиях / В.М. Ушанова, Н.А. Заика, Т.И. Громовых // Известия
высших учебных заведений. Химия и химическая технология. – Иваново, 2006. –
Том 49. – Вып. 5. – С. 72 – 77.
27. Ооржак, У.С. Изменения в древесине лиственницы сибирской под действием дереворазрушающих базидиомицетов / У.С. Ооржак, В.М. Ушанова //
Хвойные бореальной зоны. – Красноярск, 2006. – Вып. 3. – С. 161 – 164.
32
28. Ушанова, В.М. Изучение влияния функциональных групп пектинов из коры
хвойных пород деревьев на их студнеобразующие свойства /В.М. Ушанова, Н.Г.
Батура, З.К. Воробьева // Хвойные бореальной зоны. – Красноярск, 2008. – Т. XXV,
№ 3 - 4. – С. 362 – 364.
29.Шариков, А.М. Антибиотическая активность углекислотных экстрактов гриба трутовика лекарственного Fomitopsis officinalis (Vill.:Fr.) Bond. Et. Sing. / А. М.
Шариков, В.М. Ушанова // Вестник АГАУ. – Барнаул, 2009. – № 4 (54). – С. 42 –
45.
30. Ушанова, В.М. Исследование процесса экстрагирования коры пихты сибирской сжиженным диоксидом углерода / В.М. Ушанова, С.В. Ушанов // Вестник
КрасГАУ. – Красноярск, 2009. – № 12. – С. 39 – 44.
31. Ушанова, В.М. Влияние физических свойств растворителя на процесс
экстракции коры хвойных пород / В.М. Ушанова, С.В. Ушанов, Л.И. Ченцова //
Вестник КрасГАУ. – Красноярск, 2009. – № 12. – С. 210 – 214.
32. Ушанова, В.М. Использование отходов пихты сибирской в альтернативных
технологиях / В.М. Ушанова //Вестник Крас ГАУ. – Красноярск, 2010. – Вып. 10. –
С. 182 – 186.
33. Садыкова, В.С. Биотехнологические аспекты отбора штаммов TRICHODERMA для создания препаратов защиты и стимуляции роста растений / В.С.
Садыкова, П. Н. Бондарь, В. М. Ушанова // Иммунопатология, аллергология,
инфектология. Международный научно-практический рецензируемый журнал. –
М., 2010. – № 1. - С. 126.
34. Пат. 2041646 Российская Федерация, МПК6 А 23 К 1/00. Способ получения
продуктов из хвойной древесной зелени / Репях С.М., Воронин В.М., Ушанова
В.М.; заявитель и патентообладатель Красноярская гос. технологич. академия. – №
92015557/15; заявл. 30.12.92; опубл. 20.08.95, Бюл. № 23. – 5 с.
35. Пат. 2067977 Российская Федерация, МПК6 С 07 D 309/40. Способ переработки коры хвойных деревьев / Ушанова В.М., Зиганшин А.В., Репях С.М.;
заявитель и патентообладатель Красноярская гос. технологич. академия. – №
93045134/13; заявл. 17.09.93; опубл. 20.10.96, Бюл. № 29. – 3 с.
36. Заявка № 93055672 Способ получения кормовой добавки / Н.А. Величко,
В.М. Ушанова, С.М. Репях. Заявлено 14.12.93. Решение ВНИИГПЭ о выдаче
патента 24.03.94.
37. Пат. 2096443 Российская Федерация, МПК6 С 11 В 1/10. Способ получения
кедрового масла / Рубчевская Л.П., Лебедева О.И., Ушанова В.М., Репях С.М.,
Лобадина М.Н.; заявитель и патентообладатель Красноярская гос. технологич.
академия. – № 95103692/13; заявл. 07.03.95; опубл. 20.11.97, Бюл. № 32. – 4 с.
38. Пат. 2137401 Российская Федерация, МПК6 А 23 L 1/30, А 61 К 35/78, С 11
В 1/10. Биологически активный продукт и способ его получения / Рубчевская Л.П.,
Лебедева О.И., Ушанова В.М., Репях С.М.; заявитель и патентообладатель
СибГТУ. – № 98114129/13; заявл. 14.07.98; опубл. 20.09.99, Бюл. № 26. – 4 с.
39. Пат. 2152793 Российская Федерация, МПК7 А 61 К 35/78. Способ получения
биологически активного продукта / Ушанова В.М., Лебедева О.И., Рубчевская Л.П.,
33
Репях С.М.; заявитель и патентообладатель СибГТУ. – № 98113878/13; заявл.
14.07.1998; опубл. 20.07.2000, Бюл. № 20. – 3 с.
40. Пат. 2138541 Российская Федерация, МПК6 С 11 В 1/10. Комплексная переработка кедрового ореха / Рубчевская Л.П., Лебедева О.И., Ушанова В.М.,
Девятловская А.Н., Пронина Л.В., Репях С.М.; заявитель и патентообладатель
СибГТУ. – № 96116042/13; заявл. 02.08.96; опубл. 27.09.99, Бюл. № 27. – 4 с.
41. Пат. 2174011 Российская Федерация, МПК7 А 61 К 35/78, С 07 С 37/80. Способ получения полифенолов / Рубчевская Л.П., Лебедева О.И., Ушанова В.М., Лис
Е.В., Репях С.М.; заявитель и патентообладатель СибГТУ. – № 99115296/04; заявл.
12.07.1999; опубл. 27.09.2001, Бюл. № 27. – 3 с.
42. Пат. 2188662 Российская Федерация, МПК7 А 61 К 35/78, А 61 Р 29/00,
25/08. Способ получения биологически активной композиции, обладающей противовоспалительной активностью / Ушанова В.М., Лебедева О.И., Рубчевская Л.П.,
Воронин В.М., Репях С.М.; заявитель и патентообладатель СибГТУ. – №
2001104796/14; заявл. 19.02.2001; опубл. 10.09.2002, Бюл. № 25. – 6 с.
43. Пат. 2194745 Российская Федерация, МПК7 С 11 В 1/10. Способ получения
кедрового масла / Лебедева О.И., Ушанова В.М., Рубчевская Л.П., Репях С.М.;
заявитель и патентообладатель СибГТУ. – № 2000119332/13; заявл. 19.07.2000;
опубл. 20.12.2002, Бюл. № 35. – 3 с.
44. Пат. 2238663 Российская Федерация, МПК7 А 23 L 1/30, A 61 K 35/78, C 11
B 1/10. Способ получения биологически активного продукта из Allium victorialis /
Ушанова В.М., Ермакова С.А., Репях С.М.; заявитель и патентообладатель СибГТУ
– № 2001120289/13; заявл. 19.07.2001; опубл. 27.10.2004, Бюл. № 30. – 4 с.
45. Пат. 2228116 Российская Федерация, МПК7 А 23 L 1/30, A 61 K 35/78, C 11
B 1/10. Способ получения биологически активных продуктов из древесной зелени
пихты сибирской / Ушанова В.М., Шныткина М.И., Терентьев В.И., Репях С.М.;
заявитель и патентообладатель СибГТУ. – № 2001120288/13; заявл. 19.07.2001;
опубл. 10.05.2004, Бюл. № 13. – 3 с.
46. Пат. 2238307 Российская Федерация, МПК7 С 11 В 1/10, А 23 К 1/14. Способ
получения биологически активных продуктов из отходов окорки / Ушанова В.М.,
Шныткина М.И., Репях С.М.; заявитель и патентообладатель СибГТУ. – №
2003100277/13; заявл. 04.01.2003; опубл. 20.10.2004, Бюл. № 29. – 4 с.
47. Пат. 2221580 Российская Федерация, МПК7 А 61 К 35/64. Способ переработки пчелиного воска / Лебедева О.И., Ушанова В.М., Мулява В.Е., Репях С.М.;
заявитель и патентообладатель Мулява Валерий Евгеньевич. – № 2002113343/15;
заявл. 21.05.2002; опубл. 20.01.2004, Бюл. № 2. – 4 с.
48. Пат. 2201242 Российская Федерация, МПК7 А 61 К 35/64. Способ фракционирования прополиса / Лебедева О.И., Ушанова В.М., Мулява В.Е., Репях С.М.;
заявитель и патентообладатель Мулява Валерий Евгеньевич. – № 2002110063/14;
заявл. 16.04.2002; опубл. 27.03.2003, Бюл. № 9. – 4 с.
49. Пат. 2257222 Российская Федерация, МПК7 А 61 К 35/84. Комплексная переработка гриба трутовика лекарственного (Fomitopsis officinalis (Vill.; Fr.) Bond. Et
Sing. / Ушанова В.М., Ооржак У.С., Канзай В.И.; заявитель и патентообладатель
34
ГОУ ВПО «СибГТУ». – № 2004120448/15; заявл. 02.07.2004; опубл. 27.07.2005,
Бюл. № 21. – 5 с.
50. Пат. 2252017 Российская Федерация, МПК7 А 61 К 7/48, 7/00, 35/78. Косметическое средство и способ его получения / Ушанова В.М., Лебедева О.И., Мулява
В.Е.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «СибГТУ». – № 2004118887/15;
заявл. 22.06.2004; опубл. 20.05.2005, Бюл. № 14. – 8 с.
51. Заявка № 2001132521/13 Российская Федерация, МПК7 С 11 В 1/16. 1/10,
9/02, А 23 К 1/14. Комплексная переработка древесной зелени пихты сибирской /
Ушанова В.М., Шныткина М.И., Терентьев В.И., Репях С.М.; Заявлено 30.11.2001.
Зарег. 28.04.2003.
52. Пат. 2273491 Российская Федерация, МПК7 А 61 К 36/15. Способ получения
биологически активного продукта из коры лиственницы сибирской / Ушанова
В.М., Ооржак У.С.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «СибГТУ». – №
2004120449/15; заявл. 02.07.2004; опубл. 10.04.2006, Бюл. № 10. – 3 с.
53. Пат. 2319478 Российская Федерация, , МПК7 А 61 К 8/97, А 61 К 8/31, А 61
Q 19/00. Косметическое средство / Ушанова В.М., Новицкий И.А., Иванов В.В.,
Ооржак У.С.; патентообладатели Ушанова В.М., Новицкий И.А., Иванов В.В. – №
2007100632/15; заявл. 09.01.2007; опубл. 20.03.2008.; Бюл. № 8. – 3 с.
54. Ушанова, В.М. Основы научных исследований. В 3 ч. Ч.1. Основы работы в
химической лаборатории: учеб. пособие / В.М. Ушанова, О.И. Лебедева, А.Н.
Девятловская. – Красноярск: СибГТУ, 2004. – 240 с.
55. Ушанова, В.М. Основы научных исследований. В 3 ч. Ч.2. Контроль качества и экстрагирование растительного сырья: учеб. пособие / В.М. Ушанова, О.И.
Лебедева, А.Н. Девятловская. – Красноярск: СибГТУ, 2004. – 168 с.
56. Ушанова, В.М. Основы научных исследований. В 3 ч. Ч.3. Исследование химического состава растительного сырья: учеб. пособие [Текст] / В.М. Ушанова,
О.И. Лебедева, А.Н. Девятловская. – Красноярск: СибГТУ, 2004. – 360 с.
57. Ооржак, У.С. Биологически активные вещества лиственничной губки / У.С.
Ооржак, В.М. Ушанова // Министерство образования и науки РФ, ВИНИТИ, № 634
– В 2004. – 7 с.
58. Ушанова, В.М. Изменение состава минеральных компонентов древесной зелени и коры хвойных в процессе их переработки / В.М. Ушанова [и др.] / Вестник
СибГТУ. – 1999. – № 1. – С. 47 –57.
59. Лебедева, О.И. Воскообразные вещества Abies sibirica L. / О.И. Лебедева,
В.М. Ушанова // Вестник СибГТУ. – Красноярск. – 2000.– № 2. – С. 154 – 156.
60. Ушанова, В. М. Углекислотные экстракты из древесной зелени и коры
пихты / В.М. Ушанова, О.И. Лебедева / «Переработка растительного сырья и
утилизация отходов». – Красноярск, 1994. – Вып. 1. – С. 230 – 232.
61. Ушанова, В.М. Состав углекислотного экстракта из древесной зелени пихты
/ В.М. Ушанова, С.М. Репях / «Переработка растительного сырья и утилизация
отходов». – Красноярск, 1994. – Вып. 1. – С. 144 – 150.
62. Ушанова, В.М. Исследование экстрактов коры пихты / В.М. Ушанова, Е.И
Фафенрот / Российская научно-практич. конф. «Проблемы химико-лесного
комплекса». – Красноярск, 1994. – Том 3. – Ч. 2. – С. 43 – 47.
35
63. Ушанова, В.М. Биологически активные вещества углекислотных экстрактов
/ В.М.Ушанова, М.Н.Лобадина, С.М.Репях // «Переработка растительного сырья и
утилизация отходов». – Красноярск, 1996. – Вып. 2. – С. 216 – 220.
64. Берестюк, А.В. Исследование влияния вида гидролизующего агента на выход протопектина / А.В. Берестюк, В.М. Ушанова // Всероссийская научнопрактич. конф. «Лесной и химический комплексы – проблемы и решения (экологические аспекты)». – Красноярск, 2004. – Том 3. – С. 72-75.
65. Ушанова, В.М. Влияние технологических параметров на выход и качественный состав водно-спиртовых экстрактов из коры хвойных / В.М. Ушанова, Л.И.
Ченцова, В.К. Горчаковский // Всероссийская научно-практич. конф. «Непрерывное экологическое образование и экологические проблемы». – Красноярск,
2004. – Том 3. – С. 134 – 139.
66. Терентьев, В.И. Исследование выхода пихтового масла в зависимости от сезона и объема закладки пихтовой лапки в пихтоваренную установку сибирского
типа / В.И. Терентьев, В.М. Ушанова, С.В. Ушанов // Лесоэксплуатация. –
Красноярск, 2004. – Выпуск 5. – С. 132 – 142.
67. Заика, Н. А. Перспективы использования растительных субстратов для
получения биопрепаратов защиты сеянцев хвойных / Н. А. Заика, Т. И. Громовых,
В. М. Ушанова // Лесной и химич. комплексы – проблемы и решения
(экологические аспекты) : сб. науч. тр. – Красноярск, 2004. – Т. 3. – С. 34 – 37.
68. Заика, Н.А. Скрининг сибирских штаммов грибов рода Trichoderma для
получения биопрепаратов защиты сеянцев и злаков от болезней / Н.А. Заика, Т.И.
Громовых, В.М. Ушанова // Всероссийская научно-практич. конф. «Непрерывное
экологическое образование и экологические проблемы».– Красноярск, 2004. – Том
3. – С. 112 – 116.
69. Берестюк, А.В. Влияние предварительной подготовки коры хвойных на ее
морфологическое строение / А.В. Берестюк, В.М. Ушанова / Всероссийская
научно-практич. конф. «Непрерывное экологическое образование и экологические
проблемы».– Красноярск, 2004. – Том 2. – С. 203 – 206.
70. Шариков, А.М. Бактерицидная активность метаболитов гриба Fomitopsis officinalis в отношении условно-патогенных бактерий / А.М. Шариков, У.С. Ооржак,
О.В. Перьянова, В.М. Ушанова, Д.А. Нешумаев // Труды международной
конференции «Грибы в природных и антропогенных экосистемах». – Санкт-Петербург, 2005. – Том 2. – С. 304 – 307.
71. Ушанова, В.М. Диффузионная кинетика экстракции коры хвойных водой и
водно-спиртовыми растворами / В.М. Ушанова, Л.И. Ченцова // Всероссийская
научно-практич. конф. «Лесной и химический комплексы – проблемы и решения».
– Красноярск, 2005. – Том 3. – С. 231 – 236.
72. Ушанова, В.М. Скорость извлечения летучих веществ из коры пихты сибирской сжиженным диоксидом углерода / В.М. Ушанова, Л.И. Ченцова //
Всероссийская научно-практич. конф. «Лесной и химический комплексы – проблемы и решения». – Красноярск, 2007. – Том 1. – С. 299 – 303.
73. Бондарь, П.Н. Оценка возможности использования сибирских штаммов
TRICHODERMA для создания биопрепаратов защиты растений / П.Н. Бондарь, В.С.
36
Садыкова, В.М. Ушанова // Всероссийская научно-практич. конф. «Лесной и
химический комплексы – проблемы и решения». – Красноярск, 2007. – Том 2. – С.
7 – 11.
74. Бондарь, П.Н. Биотехнологические аспекты отбора активных штаммов
TRICHODERMA для создания препаратов для защиты растений / П.Н. Бондарь,
В.С. Садыкова, В.М. Ушанова, А.Г. Савицкая// Новосибирский аграрный научнообразовательный производственный комплекс. Материалы международной научнопрактической конференции «Современные средства, методы и технологии защиты
растений» – Новосибирск, 2008. – С. 30-34.
75. Ушанова, В.М. Моделирование вязкости водно-спиртовых смесей этанола
/ В.М. Ушанова, С.В. Ушанов // Математика, моделирование и оптимизация
сложных систем и процессов, методические аспекты преподавания математики в
высшей школе. Межвузовский сб. научных работ. – Красноярск, 2010. – Вып. 1. –
С. 117 – 120.
76. Repyakh, S. CO2 – extracts of Abies sibirica Bark / S. Repyakh. V. Ushanova / of
the Fourth International Symposium «Catalytic and Thermochemical Conversions of
Natural Organic Polymers». – Кrasnoyarsk, 2000. – p. 224 – 225.
77. Ushanova, V.M. Products complex waste processing of abies sibirica /Int.
conferens “Renewable Wood and Plant Resources: Chemiastry, Technology,
Pharmacology, Medicine”. – S-Petersburg, 2011. – p. 234 – 235.
Благодарности
Автор благодарит за поддержку, ценные советы и постоянное внимание к работе научного консультанта Степана Михайловича Репяха, доктора химических
наук, профессора.
Скачать

Комплексная переработка древесной зелени и коры пихты сибирской с получением продуктов,