способ получения высокочистого арабиногалактана

Формула изобретения

1. Способ получения высокочистого арабиногалактана путем водной экстракции древесины лиственницы, концентрирования экстракта и высаживания продукта алифатическим спиртом, отличающийся тем, что древесину лиственницы обрабатывают этилацетатом, высушивают, экстрагируют водой при температуре 80 - 90^oС, экстракт концентрируют, добавляют коагулянт и флокулянт, отделяют от осадка, из фильтрата высаживают продукт этиловым спиртом.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве коагулянта используют сульфат алюминия, а в качестве флокулянта "Sunfloc", представляющий собой высокомолекулярный полиакриламид.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной и деревоперерабатывающей промышленности и касается получения из древесины лиственницы (ДЛ) высокочистого арабиногалактана (АГ). Арабиногалактан может быть использован также в пищевой и фармацевтической промышленности (В.А. Бабкин и др. Безотходная комплексная переработка биомассы лиственниц сибирской и даурской. Химия в интересах устойчивого развития. 1997. N5. С. 105-115).

Известен способ получения арабиногалактана из древесины лиственницы (Пат. РФ N2002756 C 08 B 37/00, бюл N 41-42, 1993) путем экстракции водой в течение 1 час при температуре 95^oC, фильтрации и центрифугировании от тонких механических примесей, турбулентной обработки полиамидным сорбентом с последующей фильтрацией, концентрированием фильтрата путем ультрафильтрации, выделением целевого продукта распылительной сушкой.

Недостатками этого способа являются

многоступенчатость процесса;

использование полиамидного сорбента, не имеющего промышленного производства в РФ, необходимость его регенерации;

использование дорогостоящего оборудования (ультрацентрифуг).

Наиболее близким к заявляемому является способ (Пат. США N3509126 C1 260-209 5 C 08 B 1967), в котором арабиногалактан извлекают из древесины лиственницы водной экстракций (модуль 1:4) в течение 24 час при 24^oC. Фенольные окрашенные вещества в экстракте окисляют в течение 1 час при перемешивании 0,5% диоксидом хлора, избыток которого потом удаляют продуванием азотом. Экстракт частично упаривают при 60-70^oC и переосаждают АГ в пятикратный объем метилового спирта при 60^oC. Осадок промывают трехкратным количеством метанола и высушивают при 65-70^oC.

Этот известный способ имеет ряд недостатков:

использование и образование в процессе сильных окислителей (диоксида хлора и хлорноватистой кислоты), что требует применения специального кислотоупорного оборудования;

использование метилового спирта - опасного яда, требующего особого обеспечения безопасности технологического процесса, специальных условий хранения и особого режима работы с ним;

большой расход метилового спирта;

длительность процесса.

Арабиногалактан до настоящего времени не является продуктом промышленного производства. В связи с развитием и внедрением технологии получения дигидрокверцетина (ДКВ) АГ стал отходом производства и практически поступает либо в сточные воды, либо выбрасывается вместе со щепой. Разработанная нами технология получения АГ может быть совмещена с технологией получения ДКВ.

Цель изобретения - получение высокочистого арабиногалактана при использовании в качестве сырья отходов производства дигидрокверцетина.

Поставленная цель достигается тем, что экстракцию ДЛ в виде измельченной технологической щепы осуществляют водой (модуль 1:3 к массе абсолютно сухого сырья) при температуре 80-90^oC в режиме непрерывной циркуляции в течение 2 час после удаления ДКВ органическим растворителем и сушки щепы в щадящем режиме; водный экстракт АГ концентрируют при пониженном давлении, обрабатывают при перемешивании водными растворами коагулянта и флокулянта, фильтруют и высаживают при перемешивании в четырехкратный объем этилового спирта, надосадочную жидкость декантируют, осадок АГ промывают спиртом и высушивают. В качестве коагулянта использовали сульфат алюминия, а в качестве флокулянта "Sunfloc", представляющий собой высокомолекулярный полиакриламид.

Предлагаемый способ сохраняет достоинства прототипа и характеризуется следующими преимуществами:

экстракция измельченной древесины лиственницы водой проводится в аппарате, обеспечивающем непрерывную циркуляцию экстрагента, что позволяет снизить его расход (1:3 вместо 1:4 у прототипа);

извлечение АГ осуществляется из уже обессмоленной древесины, освобожденной от основного экстрактивного водорастворимого фенольного компонента дигидрокверцетина, содержание которого в экстракте составляет всего 0,01%;

водная экстракция АГ при повышенной температуре позволяет повысить степень его извлечения до 98-99%;

исключается использование метилового спирта, опасного ядовитого вещества, требующего особых условий хранения и правил работы;

исключается использование сильных окислителей и, соответственно, необходимость применения спецоборудования;

для удаления окрашенных веществ используются экологически безопасные, применяемые при очистке сточных вод коагулянты и флокулянты;

осаждение этиловым спиртом не требует повышения температуры осадителя;

этиловый спирт можно регенерировать из водных растворов с выходом 80%.

Количественный анализ компонентного состава полученного заявляемым способом экстракта АГ показал, что он содержит 14,3% АГ (содержание сухих веществ в экстракте составило 16,5%).

Для получения товарного препарата АГ был выбран способ высаживания его в этиловый спирт. Однако получающийся из неочищенного экстракта осадок имеет кремовую окраску. Известно, что в состав водных экстрактов АГ входят сопутствующие окрашенные вещества, в том числе фенольного характера.

Для удаления примесей экстракт обрабатывали предложенными нами растворами коагулянта и флокулянта, используемыми в промышленности. Контроль за чистотой препарата осуществляли методами ВЭЖХ и спектроскопии по отсутствию фенолов и окрашивающих веществ, регистрируя поглощение в области 280 и 450 нм.

Следующие примеры иллюстрируют изобретение.

Пример 1. 200 г измельченной древесины лиственницы (влажность 31,2%), предварительно проэкстрагированной этилацетатом и высушенной от остатков растворителя в вакууме, заливали 350 мл воды и экстрагировали в аппарате с непрерывной циркуляцией при температуре 90^oC в течение 2 час.

Горячий водный раствор сливали, фильтровали от механических примесей и концентрировали в вакууме на роторном испарителе до уменьшения объема в 3 раза. Получали 100 мл экстракта с концентрацией сухих веществ 16,5%. Экстракт при перемешивании постепенно выливали в 400 мл этилового спирта. С образовавшегося осадка сливали надосадочную жидкость, осадок промывали на фильтре этиловым спиртом, высушивали при пониженном давлении. Выход АГ составляет 13,5 г (81,8% от сухого вещества). Содержание фенольных примесей 0,009%, зольность 2,3%. Полученный продукт имеет кремовую окраску (имеет поглощение в области 450 нм).

Пример 2. 200 г измельченной древесины лиственницы (влажность 31,2%), предварительно проэкстрагированной этилацетатом и высушенной от остатков растворителя в вакууме, заливали 350 мл воды и экстрагировали в аппарате с непрерывной циркуляцией при температуре 90^oC в течение 2 час.

Горячий водный раствор сливали, фильтровали от механических примесей и концентрировали в вакууме на роторном испарителе до уменьшения объема в 3 раза. Получали 100 мл экстракта с концентрацией сухих веществ 16,5%.

К 100 мл сконцентрированного экстракта добавляли при перемешивании 1 мл 10% водного раствора коагулянта и 1 мл 1% водного раствора флокулянта, выдерживали 2 час. Образовавшийся осадок отфильтровывали, фильтрат при перемешивании постепенно выливали в 400 мл этилового спирта. С образовавшегося осадка сливали надосадочную жидкость, осадок промывали на фильтре этиловым спиртом, высушивали при пониженном давлении. Выход АГ составил 13,6 г (82,4% от сухого вещества). Фенольные примеси и зольность отсутствуют. Продукт имеет белый цвет (поглощение в области 450 нм отсутствует).

Пример 3. Экстракцию проводили на опытно-промышленной установке для получения ДКВ. 200 кг измельченной до щепы древесины лиственницы (влажность 39,3%), предварительно проэкстрагированной этилацетатом с целью извлечения из нее дигидрокверцетина, не выгружая из экстрактора, подвергали сушке от оставшегося на ней этилацетата.

Затем в экстрактор подавали 350 л горячей деминерализованной воды, непрерывно циркулирующей с температурой 80^oC. Экстракцию проводили в течение 2 час. Горячий водный экстракт сливали (300 л), фильтровали и упаривали до уменьшения объема в 3 раза. Получили 100 л сконцентрированного экстракта с содержанием сухих веществ 16,2%.

К 1 л экстракта добавляли 5 мл 10% водного раствора коагулянта и 10 мл 1% водного раствора флокулянта, выдерживали 2 час. Образовавшийся осадок отфильтровывали, фильтрат при перемешивании постепенно выливали в 4 л этилового спирта. С образовавшегося осадка сливали надосадочную жидкость, осадок промывали на фильтре этиловым спиртом, высушивали при пониженном давлении. Выход АГ составил 80,5 % от сухих веществ, фенольных примесей нет, зольность отсутствует.

Пример 4. В условиях примера 3 щепу экстрагировали 350 л горячей деминерализованной воды, непрерывно циркулирующей с температурой 80^oC. Экстракцию проводили в течение 2 час. Горячий водный экстракт сливали (300 л), фильтровали и упаривали до уменьшения объема в 3 раза. Получили 100 л сгущенного экстракта с концентраций сухих веществ 16,3%.

К 10 л экстракта АГ добавляли 100 мл 10% водного раствора коагулянта и 130 мл 1% водного раствора флокулянта, выдерживали 2 час. Образовавшийся осадок отфильтровывали, фильтрат при перемешивании постепенно выливали в 40 л этилового спирта. С образовавшегося осадка сливали надосадочную жидкость, осадок промывали на фильтре этиловым спиртом, высушивали при пониженном давлении. Выход АГ составил 81,2% от сухих веществ. Фенольных примесей нет, зольность отсутствует, поглощение при 450 нм отсутствует.

Способ получения АГ совмещен со способом получения ДКВ и не требует дополнительного оборудования; заявляемый способ опробован на опытной полупромышленной установке с производительностью АГ 160 кг в месяц; заявляемый способ позволяет получать АГ высокой чистоты.