Древесная зелень

Древесная зелень: универсальная безотходная технология

Несмотря на то, что общая фитомасса российских лесов огромна - 56 млрд. тонн (в том числе до 3 млрд. тонн древесной зелени), страна испытывает значительные трудности в обеспечении отраслей народного хозяйства древесиной и продукцией ее переработки. При традиционных способах заготовки и переработки древесного сырья, крайне низок уровень его использования - 25…30% общего запаса биомассы дерева.
Биомасса дерева состоит из разнообразных по строению и потребительским свойствам компонентов: стволовая древесина - 55; кора - 15; ветви, вершины, хвоя (листья) - 16; корни - 11; пни - 3%. В общем балансе отходов, образующихся в отраслях лесного комплекса, на долю элементов кроны приходится ежегодно 60…70 млн. куб. м, в том числе 20…30 млн. тонн древесной зелени (ДЗ).
Древесная зелень - специфический вид лесного сырья, в составе которого преобладают живые клетки хвои (листьев), молодых (перенхимных) побегов и коры. Как известно, в живых растительных клетках содержатся белки, углеводы, витамины, ферменты, желтые и зеленые пигменты, стерины, микроэлементы и другие вещества, которые необходимы для обеспечения жизнедеятельности растений, животных и человека. Значение химической переработки этого сырья с каждым годом возрастает, и в будущем можно ожидать только усиления этой тенденции.
Одним из наиболее перспективных направлений использования ДЗ является безотходная химическая переработка с получением биологически активных веществ (БАВ) кормового и лечебно-профилактического назначения. Успехи химии природных соединений и развитие биотехнологии за последние десятилетия открыли широкие возможности для использования БАВ во многих областях медицины, ветеринарии, животноводства, кормопроизводства, а также пищевой, парфюмерно-косметической и химической промышленности. Однако только выявленная потребность в этих продуктах отраслей народного хозяйства удовлетворяется в настоящее время на 10…15%. По имеющимся прогнозам вовлечение в переработку экономически доступных ресурсов ДЗ позволит создать новую подотрасль лесного и агропромышленного комплексов.
Производство эфирного масла из пихтовой древесной зелени существовало уже в XVIII в., а благодаря исследованиям советских ученых впервые в мировой практике была налажена промышленная переработка ДЗ. Началом промышленного производства БАВ можно считать 1931 г., когда был пущен в эксплуатацию цех Тихвинского лесохимического завода, который и в настоящее время осуществляет переработку еловой ДЗ путем паровой отгонки и водной экстракции. В 1950 г. было впервые организовано производство хвойной хлорофилло-каротиновой пасты из бензинорастворимых веществ ДЗ сосны и ели.
До недавнего времени в стране работало более 500 цехов и установок, которые перерабатывали до 1млн. тонн ДЗ хвойных и лиственных пород. Кроме того, более 2 млн. тонн ДЗ ежегодно скармливалось животным в свежем виде.
По существующим в традиционной лесохимии теоретическим представлениям экстрагирование гидрофобным растворителем (бензином) смолистых веществ из влажного сырья считается затруднительным, поскольку наличие влаги препятствует растворению и диффузии смолистых веществ в капиллярах древесины. При экстракции смолистых веществ из осмольной щепы бензином предусматривается предварительная сушка сырья различными способами. Сегодня в производстве проводят одностадийные процессы извлечения водой или бензином с выходом основных продуктов 55…60% от теоретического. При этом только частично используются экстрактивные вещества, а 85…98% биомассы ДЗ, в зависимости от способа переработки, попадает в отходы.
Учеными Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии разработан новый теоретический подход к использованию ДЗ и созданы основы безотходной технологии получения БАВ кормового и лечебно-профилактического назначения в едином технологическом цикле.
В качестве объектов исследования были использованы ДЗ ели, сосны, березы, осины, ольхи, пихты сибирской. Исследования проводились в лабораторных условиях, на специально сконструированных камеральных установках и в условиях промышленного и сельскохозяйственного производства. Условия проведения экспериментов позволяли изучить в динамике и моделировать как отдельные стадии технологического процесса, так и весь процесс в целом.
В результате технико-экономического анализа промышленных вариантов переработки ДЗ и теоретического обобщения экспериментальных данных учеными предложена универсальная технологическая схема, позволяющая получать известные и новые БАВ, что ранее в одном технологическом процессе считалось невозможным (см. схему).

Принципиальная схема получения биоактивных продуктов из древесной зелени.

Экстрагирование БАВ осуществляется одновременно бензином и водой с последующим разделением на растворы бензино- и водорастворимых веществ. После отгонки бензина экстрагированная ДЗ используется для приготовления кормовой муки. Из водорастворимых веществ получают экстракт хвойный натуральный и брикеты соляно-хвойные. Из раствора липидов при охлаждении, отстаивании и фильтровании выделяют суспензии воска-сырца, из которого путем экстракции получают воск и безметальные аналоги хлорофилла. Очищенный бензиновый раствор после отгонки растворителя обрабатывают едким натром, получая таким образом хлорофилло-каротиновую пасту. По другому варианту, после выделения воска очищенный бензиновый раствор обрабатывают едким натром и серной кислотой и разделяют на три фракции: раствор нейтральных липидов, раствор полярных липидов и суспензию безметальных аналогов хлорофилла. Из раствора нейтральных липидов путем последовательной отгонки растворителя получают эфирное масло и провитаминный концентрат. Раствор полярных липидов перерабатывают с получением бальзамической пасты, безметальных аналогов хлорофилла, жирных и дитерпеновых кислот. Из суспензии безметальных аналогов хлорофилла получают хлорофиллин натрия, металлокомплексы, жирные и дитерпеновые кислоты.

Таблица 1. Выход товарных продуктов из 1 тонны древесной зелени, кг

Наименование	Ель	Сосна	Смесь	Пихта
Хлорофилло-каротиновая паста			30-50
Хлорофиллин натрия	0,232	0,120	0,175	0,140
Провитаминный концентрат	5,1	4,3	3,4	5,1
Бальзамическая паста	8,0	4,8	3,7	4,1
Воск	1,9	2,0	1,5	5,6
Кормовая мука	450	450	400	430
Эфирное масло	0,35	0,45	0,25	13,5
Экстракт хвойный натуральный	90	50	90	90

Промышленные испытания, проведенные в Лисинском лесхозе (см. таблицу 1), по переработке ДЗ сосны, пихты, ели, кедра, осины, березы, ольхи полностью подтвердили высокую эффективность универсальной безотходной технологии получения новых и известных БАВ в одном процессе на существующем оборудовании. Результаты исследований вошли в исходные данные на проектирование и промышленные технологические регламенты производства.

В.И. Ягодин
доктор технических наук, профессор СПбЛТА

От редакции: Сокращенный вариант статьи доктора технических наук, профессора В.И. Ягодина, предлагаемый посетителям Портала, лишь малая часть юбилейного сборника трудов ученых химико-технологического факультета СПбЛТА. Брошюра, изданная в прошлом году к 70-летию факультета малым тиражом, содержит статьи по основным направлениям научно-исследовательских работ факультета.

http://www.drevesina.com/materials.htm/a7/b27/