∗866+581.821.2:526.426.2 УДК 630 ЭКСТРАКЦИЯ КОРЫ ХВОЙНЫХ ВОДНО-ОРГАНИЧЕСКИМИ

Реклама
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №2. С. 43–46.
УДК 630∗866+581.821.2:526.426.2
ЭКСТРАКЦИЯ КОРЫ ХВОЙНЫХ ВОДНО-ОРГАНИЧЕСКИМИ
ЭКСТРАГЕНТАМИ
©
Г.В. Пермякова*, С.Р. Лоскутов, А.В. Семенович
Институт леса им. В.Н.Сукачева СО РАН, Академгородок, Красноярск, 660049
(Россия) E-mail: [email protected]
Исследованы новые варианты извлечения экстрактивных веществ с помощью бинарных и трехкомпонентных водноорганических систем экстрагентов. Показано, что предлагаемые варианты имеют ряд преимуществ: по суммарному выходу экстрактивных веществ, качественному составу экстрактов и «технологичности» процесса экстрагирования.
Ключевые слова: экстрактивные вещества, лиственница, пихта, сосна, кора.
Введение
Первостепенное значение при постановке задачи экстракционной переработки коры имеет выбор типа
экстрагента, обеспечивающего высокую степень извлечения целевых компонентов.
Основные требования, предъявляемые к растворителю (и/или к бинарным и тройным системам) заключаются в следующем. Экстрагент должен обладать высокой экстрагирующей способностью, быть химически индифферентным по отношению к целевым компонентам, стабильным к температурным и химическим
воздействиям при условиях проведения экстракции. Важным условием использования данного растворителя
в производстве являются его малотоксичность, регенерируемость, пониженная взрыво- и пожароопасность,
недефицитность, приемлемая цена.
В контексте этих требований в качестве добавок к основному экстрагенту (воде) нами были выбраны
моноэтаноламин (МЭА) [1], метилцеллозольв (МЦ) и диметилформамид (ДМФА). По растворяющей способности по отношению к экстрактивным веществам (ЭВ) фенольной природы МЦ и ДМФА занимают одно
из первых мест. Эти жидкости, в частности, являются прямыми растворителями лигнина и должны способствовать извлечению ЭВ, вызывая набухание ее ароматической части. (Прямое экспериментальное определение разбухания древесины лиственницы в МЦ, ДМФА и других органических растворителях, выполненное нами, подтвердило это положение [2]). Кроме того, МЦ, как эфир, обладает присущими эфирам свойствами в отношении растворяющей способности, что также должно приводить к увеличению выхода ЭВ при
использовании МЦ в бинарных и тройных системах экстрагентов.
Таким образом, обладая высокой растворяющей способностью по отношению к ЭВ коры, являясь сильными агентами набухания углеводной (МЭА) и ароматической (МЦ, ДМФА) частей лигноцеллюлозных материалов, эти растворители, с нашей точки зрения, весьма перспективны для их использования в экстракционной переработке коры.
Экспериментальная часть
Объектом исследования были отходы окорки (кора) Larix sibirica, Pinus sylvestris и Abies sibirica, являющиеся основными лесообразующими хвойными породами Сибири и заготавливаемыми на территории Красноярского края.
Цель исследования – разработка новых вариантов извлечения комплекса экстрактивных веществ из коры с помощью бинарных и трехкомпонентных водно-органических систем экстрагентов: вода−моноэтаноламин, во*
Автор, с которым следует вести переписку.
44
Г.В. ПЕРМЯКОВА, С.Р. ЛОСКУТОВ, А.В. СЕМЕНОВИЧ
да−ацетон, вода−этанол, вода−метилцеллозольв, вода−метилцеллозольв−диметилформамид. В задачи исследования
входило определение влияния основных параметров экстрагирования на выход и групповой состав экстрактов.
За методическую основу принята традиционно используемая в химии древесины техника экстракционного эксперимента (опубликованная ранее [1]), включая соответствующее оборудование и приборы.
Для проведения экстракции готовили следующие системы экстрагентов:
1) Вода−МЭА. Содержание МЭА в системе: 1,0; 1,5; 2,0; 3,5 и 5,0%.
2) Вода−МЦ. Содержание МЦ в системе: 2,0; 4,0; 6,0; 8,0 и 10,0%.
3) (Вода−МЦ)−ДМФА. Содержание ДМФА в системах (вода−МЦ) 2,5%.
Экстрагирование осуществляли в двух сериях экспериментов: при температуре 50 и 80 °С. Продолжительность экстрагирования 6 ч, жидкостный модуль – 1 : 10.
Обсуждение результатов
Результаты исследования представлены на рисунках 1–4. Установлена общая для всех способов экстрагирования тенденция относительно суммарного выхода ЭВ. При увеличении массовой доли органического
растворителя в экстрагенте и повышении температуры, при которой осуществлялась экстракция, наблюдается возрастание выхода ЭВ (рис. 1, 2). При этом темпы роста количества экстрагируемых веществ существенно различаются при переходе от одного способа к другому. Так, для системы вода−МЭА прирост выхода
ЭВ составляет от 5,1 до 7,5% на 1% увеличения органического растворителя в экстрагенте [1], в то время
как для систем вода−МЦ и вода−МЦ−ДМФА этот показатель изменяется в пределах 0,4−0,6 и 0,2−0,4% соответственно. Повышение температуры экстрагирования коры последними двумя системами от 50 до 80 °С
приводит лишь к незначительному увеличению темпа роста выхода ЭВ (на 0,2−0,3%) при возрастании массовой доли МЦ (МЦ−ДМФА) в экстрагенте на 1%.
Следует отметить, что при экстрагировании коры Abies sibirica системами вода−МЦ и вода−МЦ−ДМФА
(при концентрации МЭА более 6%) наблюдалось образование студнеобразной массы, что делало практически невозможным отделение раствора экстрактивных веществ фильтрованием.
При сравнении группового состава экстрактов коры сосны и лиственницы (рис. 3) выявляются существенные различия массовой доли катехинов и лейкоантоцианов, а также конденсированных фенольных веществ. В частности, в экстракте коры лиственницы содержится около 35% этилацетатной фракции и 22,2% −
ацетоновой, в то время как экстракт коры сосны содержит 17,2 и 31,3% веществ этих групп соответственно.
При добавлении в экстрагент ДМФА эти различия становятся еще более выраженными (рис. 3).
О селективности экстрагентов по отношению к той или иной группе соединений можно судить по диаграммам, представленным на рисунке 4, где на примере коры лиственницы и сосны представлен групповой
состав экстрактов, полученных с помощью различных экстрагентов.
Рис. 1. Зависимость выхода извлекаемых веществ от концентрации МЦ в бинарном экстрагенте при
экстрагировании коры лиственницы (1) и сосны (2). По оси абсцисс: 1 − 2,0; 2 − 4,0; 3 − 6,0; 4 − 8,0;
5 − 10,0% МЦ в экстрагенте; а) t = 50 °C; б) t = 80 °C
ЭКСТРАКЦИЯ КОРЫ ХВОЙНЫХ …
Рис. 2. Зависимость выхода извлекаемых веществ от концентрации МЦ в экстрагенте вода−МЦ−ДМФА при
экстрагировании коры лиственницы (1) и сосны (2). По оси абсцисс: 1 − 1,95; 2 − 3,90; 3 − 5,85; 4 − 7,80;
5 − 9,75% МЦ в экстрагенте. Массовая доля ДМФА во всех случаях равна 2,5%; а) t = 50 °C; б) t = 80 °C
Рис. 3. Групповой состав экстрактов коры сосны (1) и лиственницы (2), установленный путем
последовательных извлечений из исходных экстрактов веществ, растворимых в гексане (1), диэтиловом
эфире (2), этилацетате (3), ацетоне (4) и воде (5); 6 − нерастворимый остаток. а) экстрагент вода−МЦ
(10%); б) экстрагент вода−МЦ (10%)−ДМФА (2,5%)
Рис. 4. Групповой состав экстрактов коры лиственницы (а) и коры сосны (б), полученных с помощью
различных экстрагентов: вода−МЦ (10 %); вода−МЦ (10%)−ДМФА (2,5%); вода−МЭА (5%). Обозначения
извлечений те же, что на рисунке 3
45
46
Г.В. ПЕРМЯКОВА, С.Р. ЛОСКУТОВ, А.В. СЕМЕНОВИЧ
Выводы
В результате проведенных исследований установлена эффективность новых систем экстрагентов в отношении выхода экстрактивных веществ коры лиственницы, сосны и пихты. Изучен групповой состав экстрактов путем последовательной обработки (исчерпывающих извлечений) гексаном, этанолом, диэтиловым
эфиром, этилацетатом, ацетоном и водой. Сравнение полученных нами результатов с имеющимися в литературе сведениями об экстрагировании коры (в частности, коры лиственницы) горячей водой, водноспиртовым раствором щелочи и дробной экстракции коры после ее активации по методу изобарного парокрекинга различными по полярности растворителями показало, что предлагаемые нами варианты имеют ряд
преимуществ: по суммарному выходу экстрактивных веществ, качественному составу экстрактов и «технологичности» процесса экстрагирования.
Список литературы
1.
2.
Лоскутов С.Р., Пермякова Г.В., Анискина А.А., Перышкина Г.И. Влияние добавок моноэтаноламина на экстракцию коры Larix sibirica Lеdeb. // Растительные ресурсы. 1997. Т. 33, №2. С. 74–78.
Попова О.А., Лоскутов С.Р. Влияние физико-химических свойств низкомолекулярных веществ на сорбционные характеристики системы древесина–НМВ // Вестник СибГТУ. 1999. Вып. 1. С. 105–111.
Поступило в редакцию 10 июня 2007 г.
Скачать