способ комплексной переработки коры кедра

Формула изобретения

Способ комплексной переработки коры кедра, включающий экстракцию коры хвойных пород неполярным растворителем с получением хвойного воска, переработку остатка коры в антоцианидиновый краситель и активный уголь, отличающийся тем, что остаток коры после получения антоцианидинового красителя экстрагируют 0,4-1,0%-ным водным раствором щавелевокислого аммония при температуре 95-100°С с выделением пектина.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической переработке древесины и может быть использовано на предприятиях деревообработки и целлюлозно-бумажной промышленности для переработки коры кедра с получением хвойного воска, антоцианидинового красителя, пектина и активного угля.

Известно использование коры кедра для получения биологически активного соединения резвератрола (RU 2294919, опубл. 10.03.2007) и эфирного масла (RU 2223776, опубл. 02.20.2004).

Недостатком известных способов является низкий ассортимент получаемых из коры кедра продуктов.

Известен способ переработки коры лиственницы, в котором неполярным растворителем (гексаном) экстрагируют хвойный воск, а также выделяют пектины. В качестве экстрагента используют эквимолярную смесь щавелевой кислоты и оксалата аммония, а в качестве осадителя ацетон или этиловый спирт. В результате из коры лиственницы получают пектин в количестве 2-6% от веса сухой коры (В.А.Бабкин, Н.В.Иванова, Л.А.Остроухова и др. Экстракционная переработка коры лиственницы в практически полезные продукты. // Хвойные бореальные зоны. 2003. Вып.1, с.113-116).

Недостатком данного способа является низкий выход пектиновых веществ.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ переработки коры лиственницы сибирской в хвойный воск, антоцианидиновый краситель и активный уголь, заключающийся в экстракции коры неполярным растворителем (например, гексаном) при температуре кипения растворителя, отгонке растворителя, обработке твердого остатка коры соляной кислотой концентрацией 3-7% при 78-82°С в этиловом или изопропиловом спирте. После получения красителя остаток коры в условиях окислительной карбонизации переводят в активный уголь (RU 2175668, опубл. 10.11.2001).

Недостатком данного способа является то, что остаток коры лиственницы после получения антоцианидинового красителя перерабатывается в активные угли, то есть не извлекается такой ценный класс экстрактивных веществ как пектины.

Задачей изобретения является расширение ассортимента получаемых из коры кедра продуктов и достижение практически полной утилизации коры кедра с получением хвойного воска, антоцианидинового красителя, пектина и активного угля.

Поставленная задача достигается тем, что в способе комплексной переработки коры кедра, включающем экстракцию коры хвойных пород неполярным растворителем с получением хвойного воска, переработку остатка коры в антоцианидиновый краситель и активный уголь, согласно изобретению, остаток коры кедра после получения антоцианидинового красителя экстрагируют 0,4-1,0%-ным водным раствором щавелевокислого аммония при температуре 95-100°С с выделением пектина.

Сопоставительный анализ предлагаемого способа и прототипа показывает, что общими признаками являются:

- сырье - кора хвойных пород деревьев

- экстракция коры неполярным растворителем с извлечением хвойного воска

- последующее выделение из коры антоцианидинового красителя

- переработка коры в активный уголь.

Отличительным признаком предлагаемого способа от прототипа является то, что перерабатывают кору кедра (в прототипе используют кору лиственницы). Кроме того, в отличие от прототипа, остаток коры кедра после получения антоцианидинового красителя экстрагируют 0,4-1,0%-ным раствором щавелевокислого аммония с выделением пектина.

Неожиданно обнаружено, что после получения антоцианидинового красителя из коры кедра возможно выделение более чистого пектина, чем из коры проэкстрагированной последовательно гексаном, этанолом и водой. Это объясняется удалением из коры фенольных веществ при получении красителя.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где приведена схема процесса безотходной переработки коры кедра.

Способ осуществляют следующим образом.

Кору кедра измельчают до частиц размером 1-3 мм и подвергают экстракции при температуре кипения неполярным растворителем (пентаном, гексаном, петролейным эфиром или бензином БР-1) в аппарате типа Сокслета для отделения хвойного воска. Выход и степень извлечения хвойного воска при экстракции коры кедра различными неполярными растворителями приведены в таблице 1.

Таблица 1
Выход и степень извлечения хвойного воска при экстракции коры кедра неполярными растворителями
№ п/п	Растворители	Продолжительность экстракции, ч	Выход воска, % от а.с. коры*	Коэффициент извлечения воска
1.	Пентан	6	4,47	95,1
2.	Гексан	6	4,58	97,5
3.	Петролейный эфир (40-70°С)	6	4,43	94,3
4.	Бензин БР-1	6	4,60	97,8
* - выход хвойного воска приведен в % от веса абсолютно сухой коры

Как видно из таблицы 1, максимальные выход (4,6%) и степень извлечения (97,8%) хвойного воска достигаются при экстракции коры кедра гексаном и бензином БР-1.

Компоненты хвойного воска обладают широким спектром биологической активности, на их основе запатентовано много лекарственных и косметических средств. Хвойный воск также обладает биоцидными и гидрофобными свойствами и применяется для создания защитных покрытий, устойчивых к воздействию влаги, бактерий и грибков.

Остаток коры обрабатывают 3-7% соляной кислотой при температуре 70-82°С в течение 3-4 часов в этиловом спирте и получают антоцианидиновый краситель.

Уникальность антоцианидиновых красителей заключается в том, что они в зависимости от количества заместителей (ОН-групп) в фенольном кольце и рН среды придают растениям, цветам, плодам, и т.д. различную яркую окраску от желтого до фиолетового и синего цвета. Антоцианидиновые соединения обладают широким спектром биологической активности, а также являются пищевыми красителями и широко применяются в пищевой промышленности. В настоящее время их получают из плодов, ягод и овощей (С.С.Танчев Антоцианы в плодах и овощах. - М.: Пищевая промышленность. 1980. 297 с.).

После получения антоцианидинового красителя остаток коры подвергают экстракции 0,4-1,0%-ным водным раствором щавелевокислого аммония с получением пектина. При концентрации водного раствора щавелевокислого аммония менее 0,4% и более 1,0% выход пектина снижается.

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.

Остаток коры, остающийся после выделения пектина, подвергают окислительной карбонизации в реакторе с неподвижным или кипящем слоем при температуре 600-800°С. Выход активного угля составляет 12-14%.

Характеристики активного угля, получаемого окислительным пиролизом из коры кедра после получения антоцианидинового красителя и пектина, представлены в таблице 2.

Таблица 2
Характеристики активного угля, получаемого окислительным пиролизом из коры кедра после получения пектина
Характеристики АУ
Зольность, %	14-15
Насыпная плотность	0,11-0,12
Активность по иоду, %	77-81
Объем пор по воде, см 3/г	2,2-2,3
Активность по МГ, мг/л	142,7-148,5

Способ переработки коры кедра подтверждается конкретным примером.

Пример 1. В аппарат Сокслета загружают 100 г измельченной до фракции 1-3 мм коры кедра, влажностью до 5%, которая содержит 4,7% смолистых веществ (хвойного воска), и экстрагируют гексаном при температуре кипения (68,7°С) в течение 6 часов. После отгонки гексана получают 4,6 г хвойного воска, коэффициент извлечения составил 97,5%.

Для получения антоцианидинового красителя в круглодонную колбу объемом 0,5 л загружают 25 г коры кедра, после экстракции гексаном, заливают кору 250 мл этилового спирта, содержащего 4% соляной кислоты, закрывают обратным холодильником и кипятят при температуре 78°С в течение 3,5 часов. Раствор в колбе приобретает темно-вишневый цвет. Реакционную массу, не охлаждая, отфильтровывают от коры, которую на фильтре дважды промывают 50-60 мл горячего этилового спирта. Затем полученный раствор красителя концентрируют под вакуумом, отгоняя весь этиловый спирт, разбавляют 80-100 мл воды. Полученный антоцианидиновый краситель отделяют фильтрованием и высушивают при комнатной температуре. Выход 14%.

Пектиновые вещества извлекают экстракцией 0,5%-ным водным раствором щавелевокислого аммония из коры, оставшейся после извлечения антоцианидинового красителя. Экстракцию проводят при гидромодуле 1:30 на водяной бане (температура 95-100°С). Раствор отделяют от остатка коры методом фильтрования на нутч-фильтре. Осаждение пектинов проводят этиловым спиртом или изопропиловым спиртом. Выпавшие в осадок пектины отделяют на нутч-фильтре, промывают спиртом и сушат готовый продукт. Выход пектина 9,8%.

Остаток коры после выделения пектина, окислительной карбонизацией переводят в активный уголь в реакторе с неподвижным или кипящим слоем при температуре 700°С. Выход активного угля составляет 13%.

Пример 2-6. Эксперимент осуществляют аналогично примеру 1, но извлечение пектиновых веществ проводят при следующих концентрациях раствора щавелевокислого аммония 0,5-1,0%. Полученные результаты представлены в таблице 3.

Таблица 3
Зависимость выхода пектиновых веществ от концентрации раствора щавелевокислого аммония
№	Концентрация раствора щавелевокислого аммония, %	Выход пектина, %
1	0,4	8,1
2	0,5	9,8
3	0,6	9,9
4	0,7	10,1
5	0,8	10,6
6	0,9	10,7
7	1,0	10,6

Таким образом, предлагаемый способ позволяет расширить ассортимент получаемых из коры кедра продуктов, а также достичь практически полной утилизации коры.

При переработке 1 тонны коры кедра по предлагаемому способу получают:

1. Хвойный воск до 40-45 кг;

2. Антоцианидиновый краситель 130-140 кг;

3. Пектин 80-90 кг;

3. Активный уголь 120-140 кг.