авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

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

-- [ Страница 2 ] --

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.

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. Исследо­вание 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 (56о10c. ш., 92о 42в. 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 -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), -гумулена (R = 0,84), -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 стати­стически значимой связи средне­месячной темпера­туры (Х27) и эф­фективного из­лучения (Х28) с со­держа­нием 19 ком­понентов дре­весной зе­лени пихты в годовом цикле.

Минеральные вещества X1 –пинен X15
Витамин С X2 Камфен X16
Каротин X3 –пинен X17
Хлорофилл X4 Лимонен X18
Протеины X5 Терпинолен X19
Эфирное масло X6 Сантен X20
Сумма монотерпенов X7 Борнеол X21
-фелландрен X8 Липиды X22
Сумма кислородсодержащих X9 Фосфолипиды в ДЗ X23
Сумма сесквитерпенов X10 Фосфатидилхолины X24
Борнилацетат X11 Фосфатидилэтаноламины X25
Кариофиллен X12 Фосфатидилинозиты X26
-гумулен X13 Среднемесячная температура X27
-бизаболен X14 Эффективное излучение 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

= Yс(t, t1)Y3(t2), = Y1(t)Y2(t1), (1)

где t – возраст пихты (t = 0,1,…), лет; t1 – номер дня года (); t2 – время суток (); , , Yc – состав эфирного масла с учетом возрастной и сезонной составляющих ,

.

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.

Изменение содержания витамина С в ДЗ пихты от продолжитель­ности хранения и температуры окружающей среды определяется моделью (2) – (3):

, (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); ; (T) = 1/k(T) – постоянная времени (продолжительность 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 -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); -фел­ланд­рен+лимонен, 3-карен и -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 -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 -6) и -линоленовая 10,2% (семейства -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 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:

, (4)

D = , (5)

где n – число размерных групп экстрагируемого сырья; – номер размер­ной (фракционной) группы; Ymax – содержание экстрагируемого вещества в сырье; – 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; 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 м/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, ки­слород­содержащих со­единений.

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, -пи­нена, -мирцена, 3-ка­рена, лимонена + -фелланд­рена, суммы моно­терпено­вых уг­леводоро­дов, n-ци­мола, фенхола, -терпине­ола, кам­фары, -терпинеола, изоборне­ола, бор­неола, бор­нилацетата, суммы кисло­родсо­держащих соединений, терпинил­аце­тата, лонгифолена, ка­риофиллена, -муролена, -гумулена, -муро­лена, -биза­болена, -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 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



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.