СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ КОРЫ СОСНЫ
METHOD OF PROCESSING PINE TREE BARK

Изобретение относится к химической переработке древесины и может быть использовано на деревообрабатывающих предприятиях и в целлюлозно-бумажной промышленности для переработки коры сосны с получением хвойного воска, проантоцианидинов, пектина и активного угля.
Хвойный воск обладает биоцидными и гидрофобными свойствами и применяется для создания защитных покрытий, устойчивых к воздействию влаги, бактерий и грибков. Компоненты хвойного воска обладают широким спектром биологической активности, на их основе запатентовано много лекарственных и косметических средств.
Проантоцианидины относятся к полифенольным соединениям и являются одними из наиболее широко применяемых антиоксидантов растительного происхождения [Bagchi, Bagchi et al. "Free radicals and grape seed proanthocyanidin extract: importance in human health and disease prevention. "Toxicology" - 2000, 148 (2-3): p.187-97]. Проантоцианидины используются и как биологически активные добавки к пище [RU 2199249 от 27.02.2003].
Пектины обладают противовоспалительными, обволакивающими свойствами, проявляют детоксицирующее действие, адсорбируя токсины микроорганизмов, ионы тяжелых металлов, в том числе радионуклиды, гликозиды, алкалоиды, фенол и другие вредные вещества. Пектины могут применяться в ветеринарии для профилактики и терапии желудочно-кишечных болезней сельскохозяйственных животных.
Известен способ получения комплекса олигомерных проантоцианидинов (ОПЦ) из коры сосны приморской (Pinus maritima). Способ включает следующие операции: экстракцию измельченной сосновой коры кипящей водой, отделение экстракта фильтрованием, его насыщение хлоридом натрия, отделение образующегося осадка фильтрованием, экстрагирование фильтрата этилацетатом, его концентрирование до 1/5 первоначального объема и разбавление тремя объемами хлороформа с последующим выделением проантоцианидинов фильтрованием [US 4698360 от 06.10.1987].
Недостатком известного способа является то, что комплекс ОПЦ получают из экзотического сырья - сосны (Pinus maritima), которая произрастает только на севере Канады и плохо поддается разведению, а также нерациональное использование исходного сырья, что приводит к образованию значительного количества отходов проэкстрагированной коры.
Известен способ получения пектина из коры сосны экстрагированием 1%-ным раствором щавелевокислого аммония (SU 563154, 30.06.1977).
Недостатком известного способа является низкий ассортимент получаемых из коры сосны продуктов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ переработки коры ели в хвойный воск, антоцианидиновый краситель, пектин и активный уголь. Способ заключается в экстракции коры неполярным растворителем (например, гексаном) с извлечением хвойного воска, последующем выделении из коры антоцианидинового красителя при помощи обработки этиловым спиртом, содержащим 2-5% соляной кислоты, экстракции остатка коры 0,5%-ным водным раствором щавелевокислого аммония при температуре 95-100°С с выделением пектина. Твердый остаток коры в условиях окислительной карбонизации переводят в активные угли (RU 2332438, опубл. 27.08.2008).
Данный способ предназначен для переработки коры ели. Недостатком данного способа является то, что из коры не извлекается очень ценный класс биологически активных соединений - проантоцианидинов. Кроме того, к недостаткам следует отнести то, что выделение пектина проводят 0,5%-ным водным раствором щавелевокислого аммония, что приводит к загрязнению пектина щавелевокислым аммонием.
Технический результат изобретения - расширение ассортимента получаемых из коры сосны продуктов и достижение практически полной ее утилизации с получением хвойного воска, проантоцианидинов, пектина и активного угля.
Технический результат достигается тем, что в способе переработки коры, включающем экстракцию сырья неполярным растворителем с извлечением хвойного воска, последующее выделение пектина и переработку остатка коры в активный уголь, в качестве сырья используют кору сосны обыкновенной, а после выделения хвойного воска остаток коры сосны экстрагируют 15%-ным водным этанолом при температуре кипения в течение 0,5 часа, отделяют экстракт фильтрованием, концентрируют, насыщают его хлоридом натрия, отделяют полученный осадок, фильтрат трижды экстрагируют этилацетатом, концентрируют до 1/8 от первоначального объема и высаживают проантоцианидины хлороформом, а для выделения пектина в качестве экстрагента используют 1%-ный водный раствор соляной кислоты.
Сопоставительный анализ предлагаемого способа и прототипа показывает, что общими признаками являются:
- экстракция коры хвойных пород неполярным растворителем;
- выделение пектина из коры;
- переработка коры в активный уголь.
Отличительными признаками предлагаемого способа от прототипа являются:
- в качестве исходного сырья используют кору сосны обыкновенной, которая является одной из наиболее распространенных, древесных пород лесов России.
- выделение проантоцианидинов из коры после извлечения хвойного воска проводят водно-спиртовым раствором;
- для выделения пектина в качестве экстрагента используют 1%-ный водный раствор соляной кислоты.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где приведена схема процесса безотходной переработки коры сосны.
Способ осуществляют следующим образом.
Кору сосны измельчают, отбирают фракцию менее 2 мм и подвергают экстракции при температуре кипения неполярным растворителем (гексаном, или бензином) в аппарате Сокслета для отделения хвойного воска. Выход хвойного воска из коры сосны составляет 4-5 мас.% от массы исходной коры.
Остаток коры кипятят на водяной бане 15%-ным водным этанолом при интенсивном перемешивании в течение 0,5 часа, затем горячий водно-спиртовый раствор отделяют фильтрованием. Экстракт концентрируют под вакуумом на ротационном испарителе в 2,5 раза от первоначального объема и насыщают хлоридом натрия, образующийся осадок полифенольных веществ отделяют фильтрованием. Фильтрат трижды экстрагируют этилацетатом, используя каждый раз объем этилацетата, равный 1/2 объема водного экстракта. Затем этилацетатные вытяжки объединяют, сушат над безводным сульфатом натрия, затем концентрируют под вакуумом до 1/8 от первоначального объема и разбавляют в 7 раз хлороформом, при этом проантоцианидины выпадают в осадок в виде светло-кремовых хлопьев, их отделяют фильтрованием. Выход проантоцианидинов составляет 0,6 мас.% от массы исходной коры.
После получения проантоцианидинов остаток коры сосны подвергают экстракции 1%-ным водным раствором соляной кислоты с выделением пектина.
Остаток коры, остающийся после выделения пектина, подвергают окислительной карбонизации в реакторе с неподвижным или кипящим слоем при температуре 600-800°С. Выход активного угля составляет 11-13%.
Способ переработки коры сосны подтверждается конкретным примером.
Пример. В аппарат Сокслета загружают 100 г измельченной коры сосны (фракция менее 2 мм) влажностью до 5% и экстрагируют гексаном в течение 6 часов. После отгонки гексана получают 4,6 г хвойного воска, его выход составил 4,8% мас. от массы исходной абсолютно сухой коры.
В круглодонную колбу объемом 2 л, снабженную мешалкой и обратным холодильником, загружают 100 г обессмоленной коры сосны, заливают 1,5 л 15%-ного водного этанола и кипятят на водяной бане при интенсивном перемешивании в течение 0,5 часа, затем горячий водно-спиртовый раствор отделяют фильтрованием и получают 1,0-1,1 л экстракта. Экстракт концентрируют под вакуумом на ротационном испарителе до 350-400 мл и насыщают хлоридом натрия, образующийся осадок полифенольных веществ отделяют фильтрованием. Фильтрат трижды экстрагируют, используя по 200 мл этилацетата, сушат над безводным сульфатом натрия, затем этилацетатный раствор концентрируют под вакуумом до объема 60 мл и разбавляют в 7 раз хлороформом, при этом проантоцианидины выпадают в осадок в виде светло-кремовых хлопьев, их отделяют фильтрованием. Выход проантоцианидинов составил 0,6 г (0,6 мас.%) от массы исходной коры.
Остаток коры сосны после извлечения проантоцианидинов экстрагируют 1%-ным водным раствором соляной кислоты. Экстракцию проводят при температуре 100°С и гидромодуле 1:30. Раствор отделяют от остатка коры фильтрованием и концентрируют под вакуумом при температуре 50-55°С, затем пектин высаживают этиловым спиртом. Выпавший в осадок пектин отделяют фильтрованием, промывают спиртом и сушат. Выход пектина 5,2%.
Остаток коры после выделения пектина окислительной карбонизацией переводят в активный уголь в реакторе с неподвижным или кипящим слоем при температуре 600-800°С. Выход активного угля составляет 11-13%.
Экстракция водно-спиртовой смесью с содержанием этанола менее 15% приводит к уменьшению выхода проантоцианидинов (при содержинии спирта 10% выход проантоцианидинов составил 0,5%), а более 15% - к увеличению степени извлечения высокомолекулярных фенольных веществ.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет расширить ассортимент получаемых из коры сосны продуктов, а также достичь практически полной ее утилизации.