способ получения эфирного масла из ели

Формула изобретения

Способ получения эфирного масла из ели, включающий отбор элемента ели, выдержку в исходном состоянии, измельчение, выдержку в измельченном состоянии, отгонку паром и отделение эфирного масла от дистиллята, отличающийся тем, что в качестве элемента ели отбирают корковую часть коры ели с содержанием луба не более 15% во влажном состоянии.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области получения хвойного эфирного масла (ЭМ) из растительного сырья, а именно из элементов фитомассы ели обыкновенной.

Хвойное эфирное масло является дефицитным и дорогостоящим продуктом. Оно находит широкое применение в народном хозяйстве, в т.ч. в медицине, в парфюмерно-косметической и химико-фармацевтической промышленности.

В настоящее время для получения ЭМ используются в основном элементы фитомассы пихты и некоторых дальневосточных видов ели. У ели обыкновенной и сосны, являющихся основными видами древесных пород европейской части России, используются исключительно такие элементы, как древесная зелень (хвоя и неодревесневшие побеги диаметром до 8 мм, содержащие до 50% коры). Поэтому расширение сырьевой базы за счет вовлечения более дешевого сырья имеет большое значение для производства ЭМ.

Известен способ получения ЭМ, включающий заготовку, транспортировку, хранение различных элементов фитомассы хвойных, в т.ч. пихты, сосны, ели и др. (хвоя, кора побегов, ветвей, ствола, шишки, семена, неодревесневшие побеги и т.п.), паровую отгонку в течение 12-18 часов, отделение ЭМ от дистиллята [1] Основными элементами фитомассы, используемыми в качестве сырья, служит древесная зелень (ДЗ). Однако ДЗ должна храниться в подсушенном состоянии в свободно уложенных кучах небольшого размера, т.к. во влажном она быстро проходит в негодность. ДЗ невозможно и неэффективно транспортировать на сколь-нибудь значительные расстояния. Поэтому установки по ее переработке с получением ЭМ располагают в местах ее заготовки. Кроме того, процесс паровой отгонки длится 12-18 часов, что сопряжено с повышенным расходом энергоносителей. Большая трудоемкость заготовки ДЗ в качестве сырья, необходимость паровой отгонки ЭМ делают процесс получения ЭМ малоэффективным с экономической точки зрения. Кроме того, хранение ДЗ в кучах является пожароопасным и, следовательно, необходимы дополнительные расходы для предотвращения загрязнения окружающей среды.

Известен способ получения ЭМ из ДЗ сосны и ели, включающий заготовку, транспортировку, измельчение сырья, поровую отгонку и отделение ЭМ от конденсата [2] Недостатками способа является высокая трудоемкость заготовки и транспортировки, необходимость измельчения до размера частиц 4-7 мм, что связано с повышенным расходом энергии, и низкий выход из ДЗ ели 0,1-0,2% Все это снижает эффективность получения ЭМ и сужает сырьевую базу.

Известен способ получения технических продуктов, в т. ч. ЭМ из ДЗ, включающий отделение сучков от технической зелени, последующее измельчение технической зелени, прессование с целью выделения клеточного сока, высушивание твердого остатка и его размола в муку [3] Полученный клеточный сок упаривают и из конденсата выделяют ЭМ. Недостатком указанного способа является высокая стоимость за счет введения операции прессования, при которой с клеточным соком уходит только часть ЭМ, и существенные потери ЭМ при упаривании клеточного сока. Отделение сучков как балласта ДЗ не оказывает решающего влияния на выход ЭМ вследствие их относительно небольшого количества.

Таким образом в настоящее время получение ЭМ из таких элементов фитомассы ели обыкновенной, как ДЗ, является дорогостоящим и малоэффективным процессом вследствие трудоемкости сбора, хранения, измельчения сырья и низкого выхода целевого продукта. Кроме того, узость сырьевой базы и опасность загрязнения окружающей среды являются негативными факторами известных способов получения ЭМ из ДЗ.

Известен способ получения хвойного ЭМ обогащенного кумаринами, включающий измельчение сырья, паровую отгонку при температуре 110-120^oС и давлении 0,04-0,11 МПа, выдерживания в течение 10-12 часов и проведения дополнительной отгонки при тех же условиях в течение 3-4 часов и последующее отделение ЭМ от дистиллята [4] При этом в качестве сырья используют кору, зеленую щепу, сучья и ДЗ со сроком хранения до 1,5 лет. Существенными недостатками способа является моногоступенчатость и большая продолжительность основных и вспомогательных операций, повышенная температура отгонки и снижение выхода ЭВМ вследствие продолжительного хранения (до 1,5 года). Такая продолжительность хранения возможна только в подсушенном состоянии, что в еще большей степени снижает выход ЭМ из коры. В материалах способа отсутствуют конкретные данные о выходе ЭМ из различных элементов фитомассы, в т.ч. коры, при длительном хранении. В указанном способе в табл. 2 описания приводится только содержание кумаринов (масс.) для коры ели корейской после пятисуточного хранения.

Известно, что кору (отходы окорки) невозможно хранить во влажном состоянии сколь-нибудь продолжительное время вследствие быстрого развития микробиологических процессов, обусловливающих ее разложение [5] Невозможно хранение во влажном состоянии отходов окорки как при ручном способе окорки, так и от окорочных станков и барабанов "сухого" и "мокрого" способа. Трудности хранения отходов окорки и др. причины привели к тому, что значительная часть их вывозится в отвалы. Это отрицательно сказывается на состоянии окружающей среды и экономике предприятий.

Стабилизации состояния коры достигают ее подсушкой до влажности 16% путем вентилирования воздуха при температуре окружающей среды или при повышенной температуре, что неизбежно ведет к потере части ЭМ.

Стабилизация коры за счет достижения 16% влажности предусмотрена ГОСТ 6663-74 [6]

Наиболее близким техническим решением является способ получения ЭМ из ДЗ ели, включающий хранение исходного сырья, его измельчение и хранение в измельченном состоянии, паровую отгонку и отделение ЭМ от конденсата [7] При этом выход ЭМ составляет 0,4 кг из одной тонны свежего материала или 0,07-0,09 от массы абс.сух. материала. Существенными недостатками технического решения являются ограниченность хранения исходной ДЗ летом в течение 3-4 недель, а зимой не более 6 недель, а после измельчения летом всего один день, а зимой 5 дней при крайне низком выходе 0,07-0,09% абс.сух. массы ДЗ.

Таким образом трудоемкость заготовки элементов фитомассы (ДЗ) ели, ограниченные и крайне короткие сроки хранения соответственно исходной и измельченной ДЗ, повышенный расход энергии при ее измельчении, малый выход ЭМ все это обусловливает низкую эффективность получения целевого продукта. Хранение ДЗ в кучах связано с повышенной пожарной опасностью и ухудшением состояния окружающей среды вследствие также изъятия ДЗ из кругооборота вещества в лесном ценозе.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в использовании в качестве основного сырья для получения ЭМ того элемента фитомассы ели обыкновенной, который до сих пор не применяли для указанных целей. Причем исходным источником для сырья в предлагаемом техническом решении служат сконцентрированные отходы окорки, что расширяет сырьевую базу и повышает эффективность получения целевого продукта. Широкое использование отходов окорки ели обыкновенной предотвращает вывоз их в отвалы, что улучшает экономику предприятия и состояние окружающей среды.

Решение поставленных задач достигается тем, что в способе получения ЭМ из элементов фитомассы ели обыкновенной, включающем хранение элементов в исходном состоянии, измельчение, хранение в измельченном состоянии, отгонку паром и отделение ЭМ от дистиллята, согласно изобретению в качестве элемента фитомассы ели обыкновенной используют корковую часть коры ели обыкновенной с содержанием луба не более 15% (от общей абс. сух. массы) во влажном состоянии.

Предлагаемый способ получения ЭМ из корковой части коры ели обыкновенной с содержанием луба не более 15% позволяет расширить сырьевую базу за счет использования многотоннажных отходов окорки ели обыкновенной, являющихся источником нетрадиционного сырья для производства ЭМ. Кроме того, нет необходимости подсушки как исходного, так и измельченных элементов фитомассы ели обыкновенной, причем сроки хранения во влажном состоянии последних при положительных температурах составляют 25 суток, что обеспечивает ритмичную и бесперебойную работу производства. При указанной продолжительности хранения потери ЭМ не превышают 25% тогда как в прототипе за указанный срок сырье становится полностью непригодным для получения ЭМ. Выход ЭМ по предлагаемому способу повышается в 1,3-3,7 раза нежели из ДЗ ели обыкновенной. Вследствие легкости измельчения корковой части при механическом воздействии эта операция менее энергоемка, чем измельчение ДЗ ели.

Таким образом предлагаемое техническое решение полностью отвечает поставленным задачам и решает:

расширение сырьевой базы,

повышение эффективности получения ЭМ,

улучшение состояния окружающей среды.

Изучение существующего уровня техники в данной области по патентным и научно-техническим источникам информации показало, что предлагаемое техническое решение существенно отличается от известных в литературе. В предлагаемом изобретении на основании впервые специально поставленных экспериментов показано сохранение ЭМ при хранении во влажном состоянии продолжительное время измельченной корковой части ели обыкновенной с содержанием луба не более 15% (от общей абс. сух. массы). При хранении при положительных температурах выход ЭМ по сравнению с такими элементами фитомассы ели обыкновенной, как ДЗ, выше в 1,3-3,7 раза. Проведенные опыты показали, что луб является не механическим балластом, а ускоряет потерю ЭМ при содержании его более 15%

Возможность хранения в течение не менее 25 суток корковой части ели обыкновенной с содержанием луба не более 15% (от общей абс.сух. массы) в измельченном и влажном состоянии при положительных температурах невозможно было предсказать, исходя из существующего уровня значений в данной области.

Высокая концентрация отходов окорки ели обыкновенной на предприятиях, возможность использования их на месте, а также их транспортировки для получения высокоценной продукции (ЭМ) вместо вывоза в отвалы, снижение расхода энергии и повышение выхода целевого продукта (ЭМ) по сравнению со свежей измельченной ДЗ все это определяет его промышленную применимость.

Заявленное изобретение иллюстрировано примерами.

Пример 1. Из отходов мокрой окорки ели АО "Кондопога" влажностью 65,3% со сроком хранения 7 суток выделяли корковую часть, которая содержала 10% луба (от общей абс. сух. массы) и имела влажность 48,8% Из корковой части для отгонки ЭМ получали препараты разного фракционного состава. Паровую отгонку и отделение ЭМ от дистиллята (здесь и далее) проводили в лабораторных условиях по общепринятым методикам. В табл. 1 показан выход ЭМ. Как видно, из крупных (15-20 мм, опыт 1) и мелких (0-7 мм, опыт 4) частиц выход ЭМ ниже, чем из препаратов с преобладанием частиц размером 7-15 мм (51,0-67,5).

Пример 2. Из отходов окорки ели Петрозаводского ДОЗ влажностью 63,8% со сроком хранения 5 суток выделяли корковую часть, которая содержала 7% луба (от общей абс. сух. массы) и имела влажность 48,7% Для оптимизации отгонки ЭМ корковую часть с лубом измельчали до разного фракционного состава (табл. 2). Выход ЭМ приведен в табл.2. Образец с преобладанием крупных частиц (опыт 5, фракция 15-20 мм составляет 46,0%) и мелких (опыт 7, фракция 0-5 мм составляет 77,1%) при отгонке паром дали меньший выход ЭМ, чем препарат с преобладанием частиц 7-15 мм (59% опыт 7).

Таким образом из примеров 1 и 2 можно заключать, что для отгонки ЭМ в измельченной корковой части должны преобладать частицы размером 7-15 мм (51-67,5%).

Пример 3. Отходы окорки ели Петрозаводского лесопильно-мебельного комбината влажностью 67,1% разделяли на корковую часть с содержанием луба 15% (от общей абс.сух. массы) и влажностью 53,5% и лубяную часть с содержанием корки 7% (от общей абс. сух. массы) и влажностью 76,0% Каждую часть фитомассы измельчали (фракционный состав приведен в табл.3) и хранили во влажном состоянии при температуре 21-25^oС (табл.3). Содержание ЭМ при разных сроках хранения приведено в табл.3. Результаты показывают, что при хранении корковой части с 15% луба в течение 25 суток (опыт 10) выход ЭМ снижается на 23% а луба с 7% корки (опыт 15) в течение 15 суток выход ЭМ падает в 3,5 раза. В корке за 30 суток хранения выход ЭМ снизился на 35% за 35 суток на 42%

Пример 4. Отходы, как в примере 3, разделяли на корковую часть с содержанием луба 20% (от общей абс. сух. массы) и влажностью 54,0% и лубяную часть с содержанием корки 8% (от общей абс.сух. массы) и влажностью 75,6% Каждую часть фитомассы измельчали (фракционный состав приведен в табл.4) и хранили во влажном состоянии при температуре 19-25^oС в течение 15 и 10 суток соответственно. Изменение содержания ЭМ (табл. 4) показывает, что уже через 10 суток в корковой части выход ЭМ снижается на 28% а через 15 суток на 36% В лубяной части содержание эфирных масел через 10 суток уменьшается на 53%

Пример 5. Отходы, как в примере 3, разделяли на корковую часть с содержанием луба 35% (от общей абс. сух. массы) и влажностью 50,8% и лубяную часть с содержанием корки 70 (от общей аб. сух. массы и влажностью 74,8% Каждую часть фитомассы измельчали (фракционный состав приведен в табл.5) и хранили во влажном состоянии при температуре 20-25^oC в течение 25 и 15 суток соответственно. Результаты определения ЭМ (табл.5) показывают, что с увеличением содержания луба до 25% падение выхода ЭМ ускоряется. Так, через 15 суток хранения снижение выхода ЭМ в корковой части составило уже 44% через 20 суток 44,0% чеpез 20 суток 56,0% а через 25 суток 60,0%

Таким образом, из экспериментов можно сделать вывод, что использование в качестве элемента фитомассы ели обыкновенной корковой части, измельченной до размера частиц не более 15 мм, с содержанием луба не более 15% (от общей абс. сух. массы) при хранении во влажном состоянии при положительной температуре до 25 суток позволяет получить выход ЭМ больше, чем из свежезаготовленной ДЗ после ее измельчения в 1,3-3,7 раза.