CC BY
63
пе до 0,53. При этом также растут показатели обязательности и настойчивости. Еще больший эффект дает использование деловых и имитационных игр.
Возможность применения принципов МАФО совместно с общими принципами конструирования систем управления в рамках компетентностного подхода позволяет уже на учебных занятиях формировать функциональные знания у студентов при одновременном повышении их инициативности. В свою очередь это приводит к росту паких составляющих компетентности, как технические знания, обязательность, настойчивость, уровень общих знаний. Наибольший прирост функциональных знаний дают методы, базирующиеся на использовании деловых игр в сочетании с производственной защитой. При этом учебный процесс организуется так, что деловые игры составляют сквозную основу на протяжении всего периода обучения, что требует специальных предпосылок и с трудом реализуется в рамках обычной организации учебной деятельности с традиционно жестким расписанием занятий и чередующимися дисциплинами.
Библиографический список
1. Гринберг, Г. М. Метод оценки компетентности выпускника, как многофункционального показателя каче-
ства его обучения в высшей школе / Г. М. Гринберг, М. В. Лукьяненко, Н. П. Чурляева // Внутривуз. системы обеспечения качества подготовки специалистов : материалы междунар. науч.-практ. конф. (18-19 нояб. 2004 г.) ; Гос. ун-т. цв. мет. и золота. Красноярск, 2004.
2. Чурляева, Н. П. Воздействие педагогических технологий на уровень компетентности выпускников технических вузов / Н. П. Чурляева // Вестн. Урал. отд-ние рос. акад. образования. № 3. 2006.
3. Чурляева, Н. П. Классификация учебных целей в техническом университете, их взаимосвязь и связь с основными составляющими компетентности выпускника /
Н. П. Чурляева // Вестн. Сиб. гос. аэрокосмич. ун-та им. акад. М. Ф. Решетнева / под. ред. Г. П. Белякова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Вып. 2. Красноярск, 2006.
4. Чурляева, Н. П. Опыт применения активных форм обучения на кафедре САУ / Н. П. Чурляева, Г. М. Гринберг, М. В. Лукьяненко и др. // Вестн. Сиб. гос. аэрокос-мич. ун-та им. акад. М. Ф. Решетнева / под. ред. Г. П. Белякова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Вып. 5. Красноярск, 2005.
5. Parren, K. Auf der Suche nach neue pedagogishe Prinzipien / K. Parren. Berlin, 1956.
N. P. Churlyaeva
SOME PRINCIPLES OF ACTIVE EDUCATION IN A TECHNICAL UNIVERSITY
The main principles destined to activate the educational process and increase the technical university students’ competency are enumerated and briefly described within the framework of a model pedagogical approach.
УЦК 674.032.11:630.866
А. В. Щукина, Р. А. Степень ПОЛУЧЕНИЕ ЭФИРНОГО МАСЛА ИЗ КОРЫ СПЛАВНОЙ ПИХТЫ СИБИРСКОЙ
Рассматривается способ утилизации коры сплавной пихты сибирской с получением на ее основе эфирного масла. Изучены зависимость выхода и состава эфирного масла от продолжительности нахождения балансов в сплаве, а также динамика его выделения. Выявлена гидролитическая деструкция меротерпеноидов при пребывании коры в воде.
Проблема комплексного использования древесного сырья является важнейшей задачей народного хозяйства, поскольку в настоящее время полезно используется менее половины биомассы дерева. Значительная часть отходов приходится на кору, которая находит лишь ограниченное потребление [1; 2].
Значительная часть лесных ресурсов России в транспортном отношении тяготеет к внутренним водным путям. В ряде районов они являются основными, а во многих случаях единственными для транспортировки заготовленной древесины [3; 4]. При сплаве в результате вымывания отдельных компонентов изменяется состав и свойства древесного сырья, что затрудняет его использование по существующим технологиям. В наибольшей
мере это относится к наружной части стволов - коре. Целью настоящей работы является обсуждение варианта утилизации коры сплавляемых балансов пихты сибирской с получением на ее основе эфирного масла.
Объектами исследования служила кора доставленных автотранспортом и находящейся в течение 1,0; 1,5; 2,0; 2,5 и 3,5 месяцев в воде балансов пихты сибирской с лесной биржи № 1 ООО «Енисейского целлюлозно-бумажного комбината». Циаметр балансов, кора которых использовалась для опытов 120 ± 5, 280 ± 7, 320 ± 11, 360 ± 10 мм, что соответствует молодняку, средневозрастным, приспевающим и спелым древостоям. При подготовке сырья к опытам кору измельчали до размеров частиц 3-10 мм и определяли ее, а также получаемых из нее продуктов химичес-
кий состав и физико-химические характеристики. С помощью паровой отгонки из коры отгоняли эфирное масло. При проведении исследований изучали выход и состав эфирного масла и их изменчивость в зависимости от продолжительности пребывания в воде и времени отгонки. Выход масла определяли волюмометрически, компонентный состав - методом газожидкостной хромотографии (ГЖХ).
Результаты анализов свидетельствуют о существенном изменении состава коры. Так, после 3,5-месячного пребывания в воде вдвое уменьшилось содержание легкогидролизуемых углеводов, целлюлозы и пентазанов. Напротив, запасы в коре лигнина в процессе сплава возрастают на 17%. Вклад экстрактивных веществ при пребывании балансов в воде снижается в меньшей мере по сравнению с углеводами. В значительной мере это относится к эфирному маслу, изменение вклада которого при пребывании в воде и его выделение из сплавной коры пихты рассматривается в данной работе.
Результаты оценки содержания в стволовой коре пихты разного диаметра в зависимости от продолжительности пребывания балансов в воде приведены в табл. 1.
В соответствии с литературными сведениями, содержание масла в коре возрастает с увеличением возраста [5; 6]. Так, в онтогенезе от молодняков к спелым деревьям в данном случае его вклад повышается в 1,7 раза. Существенную роль в данном процессе играет перестройка смолоносной системы.
Продолжительность пребывания балансов в воде также серьезным образом отражается на запасах эфирного масла. Темпы снижения выхода уменьшаются с нарастанием экспозиции. Общепринято, что наблюдаемая убыль объясняется вымыванием водой свободных терпеноидов [5]. Характер их убывания близок для коры деревьев всех возрастных категорий. При разных цифровых показателях вклад масла в течение 3,5 месяцев сокращается приблизительно вдвое.
Цля сравнительной оценки изменчивости запасов эфирного масла в коре стволов деревьев разного диаметра проведена математическая обработка экспериментальных данных методом наименьших квадратов. Результаты анализа показывают, что динамика его вымывания удовлетворительно описывается гиперболой - полиномом 3-й степени (рис. 1).
Высокое значение коэффициентов дитерминации указывает на принадлежность всех экспериментальных точек найденным кривым.
Обработка экспериментальных данных указывает на достоверность полученных результатов по изменчивости вклада эфирного масла коры при пребывании пихтовых балансов в воде.
Изучение динамики выделения масла из коры молодняка, пребывавшей разное время в воде позволяет предполагать, что вымывание терпеноидов не является единственной причиной его убыли. В начальный период характер отгонки масла в сравниваемых случаях одинаков. Ему свойственна высокая скорость выделения. В середине и заключительной части процесса выход масла из исходной коры заметно выше, чем из сплавляемой. В опытах с корой, находящейся более 0,5 мес. в воде, кривые после 1,5 ч отгонки располагаются практически параллельно оси абсцисс, т. е. из нее не выделяется терпенои-дов. Отсюда следует, что для отгонки масла из таких образцов достаточно этого времени и значит процесс его выделения сокращается вдвое.
В настоящее время достаточно обоснованно представление о том, что источниками эфирного масла в хвойных древесных отходах являются терпеноиды на поверхности частиц, в их объеме и в связанном состоянии [7; 8]. Масло из первых и вторых отгоняется сравнительно быстро, поскольку лимитируется лишь подводом терпеноидов из объема частиц. Цля отгонки терпеноидов из связанных структур необходима их деструкция, для чего требуется дополнительное время и, следовательно, их появление возможно только на конечных стадиях. Практически параллельный оси абсцисс заключительный ход кривых отгонки масла из сплавной коры в отличие от некоторого подъема в случае исходных образцов указывает на отсутствие данного источника в анализируемом сырье. Можно предполагать, что их отсутствие обусловлено протеканием гидролитических превращений при пребывании коры в воде, учитывая, что ряд меротерпеноидов хвойных древесных тканей представлены гликозидами. Такое объяснение согласуется со снижением содержания водорастворимых углеводов в их кубовом остатке по сравнению с таковым из исходной коры.
Пребывание коры в воде сказывается и на составе эфирного масла. Безусловно, значительную роль в варьировании играет различие в вымывании разных групп терпеноидов, что прежде всего связано с их растворимостью в воде. Масло обогащается малорастворимыми моно- и сесквитерпеноидными компонентами и обедняется кислородсодержащими соединениями (табл. 2, 3).
Таблица 1
Изменение вклада эфирного масла в коре пихты при пребывании балансов в воде, % от абс. сухого сырья
Д0а|Л8тр ааЯансов, дд Кора 9схо§ных ааЯансов ПроЗоЯжОтбЯьность, десяцы
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,5
120 1,69± - 1,39± 1,22± 1,03± 0,96± 0,83±
0,08 0,03 0,03 0,03 0,05 0,02
280 1,86± 1,75± 1,58± 1,42± 1,22± 1,10± 1,01±
0,08 0,05 0,06 0,05 0,05 0,05 0,06
320 2,44± 2,23± 2,04± 1,79± 1,56± 1,38± 1,32±
0,07 0,04 0,07 0,05 0,05 0,05 0,06
360 2,85± 2,59± 2,30± 2,08± 1,87± 1,72± 1,53±
0,06 0,05 0,04 0,04 0,04 0,06 0,05
Так, в эфирном масле после трехмесячного ее нахождения в воде вклад монотерпеновых углеводородов возрастает с 71,1 до 77,9 % и сесквитерпеноидных веществ с 0,9 до 1,6 %, в то время как доля кислородсодержащих соединений снижается с 28,1 до 20,4 %. При этом суще-
ственные изменения соотношения борнилацетата (с 17,3 до 8,9 %) и борнеола (с 5,1 до 8,7 %) в составе этой фракции масла сплавной коры по сравнению с исходной также указывает на протекание гидролиза. Совокупность полученных данных служит основанием для представле-
Диаметр балансов 280 мм
2
1.8
1,6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
у = 0.0346Х1 - 0,1431хг - 0.1654Х + 1,6609 (**=0,9993
Рис
1. Цинамика вымывания эфирного масла из коры пихты в процессе пребывания в воде; диаметры балансов:
а - 120 мм; б - 280 мм; в - 320 мм; г - 360 мм
Таблица 2
Фракционный состав эфирного масла коры исходных балансов пихты молодняка
Компоненты Собержан0е компонентов цасАя (%) во фракц0ях пр0 про5оАж0теАьност0 отгонк0, ц0н
1,0 3,5 6,0 9,0 18,0 30,0 37,0 70,0 90,0 140,0 180,0
Сантєн 0,2 0,2 0,2 0,3 0,1 0,1 0,1 - - - -
ТрбцбкХєн 1,9 1,9 1,8 1,8 1,7 1,5 1,2 0,9 0,9 0,7 0,5
а-П0нєн 25,1 24,2 23,9 22,0 21,3 19,4 19,7 18,6 19,0 20,3 19,5
Кацфен 28,5 25,3 20,2 19,0 18,8 19,2 16,9 18,3 18,5 18,3 18,7
Р-П0нєн 9,4 9,4 9,2 9,1 9,1 8,9 8,8 8,6 8,4 8,6 8,7
Р-М0рцєн 0,3 0,2 0,2 0,1 0,1 0,1 - - - - -
3-Карєн 6,1 5,8 5,3 4,7 4,3 4,0 4,2 4,0 4,1 3,5 3,5
Р-ФєА,Аан5рєн +А,0цонєн 14,3 13,0 12,9 10,8 10,4 9,9 10,7 10,5 10,9 10,8 10,3
Тєрп0нєн 1,4 1,3 1,2 1,2 1,2 1,1 1,0 0,8 0,9 1,2 0,9
Тєрп0ноА,єн 1,2 1,2 1,2 1,1 1,0 1,0 0,9 0,9 1,0 1,0 1,1
Всего ц онотерпеновык огА,єво5оро5ов 88,4 82,5 76,1 71,5 68,0 65,2 63,5 62,6 63,7 64,4 63,2
Борнео^ 0,7 1,3 2,2 2,4 3,6 4,4 3,8 4,1 2,8 2,3 1,9
Борн0А,ацетат 8,0 13,5 17,3 21,5 23,7 26,1 28,4 28,8 29,0 28,9 29,1
Дрог0е к0 сАороб со5ержащ0е вещества 1,2 2,0 3,6 3,8 3,9 3,4 3,4 3,5 3,4 3,0 3,6
Всего к0 сАороб со5ержащ0х веществ 9,9 16,8 23,1 27,7 31,2 33,9 35,6 36,4 35,2 34,2 34,6
Всего сескв0терпеновых соеб0нен0й 0,7 0,7 0,8 0,8 0,8 0,9 0,9 1,0 1,1 1,4 2,2
ния, что убыль масла при пребывании коры в воде происходит не только за счет свободных, как принято в настоящее время, но и связанных терпеноидов. Последние из них, гидролизуясь, также переходят в свободные.
Важным аспектом проведения опытов по динамике, имеющим практическое значение, является изучение изменения состава эфирного масла в процессе отгонки.
В связи с различной летучестью последующие фракции масла обедняются монотерпеновыми углеводородами и обогащаются кислородсодержащими и сесквитер-пеноидными соединениями. Так, при отгонке из исходной коры первая из фракций (30 % масла) вдвое богаче монотерпенами, беднее втрое кислородсодержащими соединениями и в 5 раз сесквитерпеноидами последней (10 %). С учетом этого, несмотря на сравнительно невысокое содержание кислородсодержащих веществ в коре, можно выделить обогащенную ими фракцию, близкую по составу пихтовому маслу. В связи с высоким содержанием сесквитерпеноидных продуктов последнюю из фракций реально использовать в качестве ингредиента для препаратов против кровососущих насекомых. Эфирное масло коры при ее пребывании в воде и обусловленное этим снижение в нем вклада кислородсодержащих соединений делает его более пригодным для производства изделий парфюмерно-косметического назначения и товаров бытовой химии [9].
Вклад сухого вещества в кубовом конденсате с увеличением продолжительности пребывания неокоренной древесины в воде также значительно снижается, что логично объясняется вымыванием водорастворимых продуктов. Их вклад сокращается при нахождении коры в воде
в течение полумесяца на 40%, месяца - 48% и трех месяцев -на 59 %.
В зависимости от продолжительности пребывания в воде изменяется и динамика выделения сухого вещества в кубовый конденсат при отгонке корового масла. Она характеризуется определенным выравниванием поступления сухих веществ и сглаживанием динамики. При этом более интенсивно этот процесс отмечается на начальном этапе сплава окоряемой древесины. Если из общего количества поступающих в конденсат продуктов в первые 0,5 и 1,5 ч отгонки из исходной коры вымывается 59 и 84 %, при пребывании 0,5 мес. 50 и 80 %, то после 3 мес. - 46и 75 %. Таким образом, в течение первых 0,5 ч разница между сравниваемыми образцами составила 9и 13%, а после последующего 1,0 ч сократилась до 4 и 8 %. Следовательно, в оставшиеся 1,5 ч из исходной и находившейся
0,5, 1,0 и 3,0 мес. в воде коры выделилось 16, 20и 25% вымываемого сухого остатка. Полученные данные свидетельствуют о перераспределении их перехода в жидкую фазу с начальных стадий в заключительные, темпы которого определяются продолжительностью пребывания сырья в воде. Наблюдаемые изменения логично объясняются характером вымывания находившихся и образующихся при гидролизе водорастворимых продуктов коры (рис. 2).
Следует отметить, что образующийся при отгонке эфирного масла кубовый конденсат содержит растворимые углеводы, дубильные вещества, витамины, минеральные компоненты и другие энергетические и биологически активные вещества. Известно, что получаемый при концентрировании кубового остатка пихтоварения
Таблица 3
Фракционный состав эфирного масла коры сплавных балансов пихты молодняка
Компоненты Со§Ержан0Е компонентов дасЯа (%) во фракц0ях пр0 про§оЯ,ж0ТЕЯьност0 отгонк0, Д0н
1,0 3,5 6,0 9,0 18,0 30,0 37,0 70,0 90,0 140,0 180,0
Санген 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,2 - - - -
Тр0ц0кА,Ен 1,7 1,6 1,6 1,4 1,3 1,3 1,2 1,2 1,3 1,3 1,4
а-П9шн 31,3 30,9 29,2 27,9 26,5 27,0 25,9 25,5 27,2 37,1 26,6
КадфЕн 19,0 18,5 17,7 16,3 15,9 15,7 15,5 15,3 15,6 16,0 16,4
Р-П9шн 11,8 11,5 10,6 10,1 9,9 9,3 9,4 9,4 8,9 8,6 9,3
Р-М9рцбн 0,7 0,7 0,6 0,5 0,3 0,2 0,1 - - - -
3-КарЕн 10,3 9,8 9,3 8,0 6,8 6,6 5,9 5,8 5,6 6,2 6,5
Р-ФбЯЯан§р8н +Я0донен 16,4 14,1 14,1 12,5 12,0 11,2 11,5 11,2 11,7 12,5 12,0
Терп0нен 1,5 1,5 1,4 1,3 1,1 1,1 1,0 0,9 1,0 1,0 1,1
ТбрпОноЯбн 1,7 1,5 1,4 1,2 1,2 1,1 1,1 0,9 1,0 1,2 1,2
Всего Д оноТЕрПЕноВЫХ ст^Евоборобов 94,5 90,2 86,0 79,3 75,1 73,6 71,8 70,2 72,3 73,9 74,5
БорнЕоА, 0,6 1,7 3,9 4,6 5,8 5,9 6,3 6,7 6,2 5,5 4,9
БорнОЯацЕтат 3,1 5,4 6,8 11,3 14,8 16,5 17,2 17,9 15,4 13,7 13,3
Драт0Е к0сЯоро§со§Ержащ0Е ВЕЩЕсТВа 0,9 1,6 2,2 3,6 3,0 2,7 3,2 3,4 3,9 4,2 3,5
Всего к0сЯоро§со§Ержащ0х ВЕЩЕсТВ 4,6 8,7 12,9 19,5 23,6 25,1 26,7 28,0 25,7 23,4 21,7
Всего сесКВ0ТЕрПЕноВЫ1Х сое80нен0й 0,9 1,1 1,1 1,2 1,3 1,3 1,5 1,8 2,0 2,7 3,8
Примечание. Балансы находились в воде 2 месяца.
пихтовый экстракт, характеризующийся близким ему составом, успешно используется как кормовая добавка [5]. Есть все основания полагать, что и концентрированный кубовый конденсат сплавной коры найдет применение для этой цели.
Таким образом, кору сплавной древесины вполне можно считать ценным, экологически относительно безопасным сырьем. Содержание эфирного масла в коре сплавной пихты, как и продолжительность его отгонки заметно сокращается с увеличением ее пребывания в воде. Цинамика его вымывания удовлетворительно описывается гиперболой - полиномом 3-й степени. В составе масла возрастает вклад монотерпеновых и сесквитер-пеноидных углеводородов и снижается доля кислородсодержащих соединений, прежде всего борнилацетата. Основное количество эфирного масла (76,3-79,3 %) и сухого вещества кубового конденсата (46,1-58,8 %) выделяется в течение первых 0,5 ч отгонки. Значительная часть сложных терпеноидов при пребывании коры пихты в воде подвергается гидролитическому расщеплению.
Библиографический список
1. Загоскин, В. А. Проблемы и направления развития лесопромышленного комплекса Красноярского края /
В. А. Загоскин, В. А. Лозовой, К. М. Гришин // Лесоэксплуатация : межвуз. сб. науч. тр. / Сиб. гос. технол. ун-т. Вып. 5. Красноярск, 2004. С. 3-8.
2. Миронов, Г. С. Комплексное использование древесины. Переработка вторичных древесных ресурсов / Г. С. Миронов ; Сиб. гос. технол. ун-т. Красноярск, 2001. 70 с.
3. Камусин А. А. Водный транспорт леса / А. А. Ка-мусин, Ю. Я. Цмитриев, А. Н. Минаев. М. : МГУЛ, 2000. 433 с.
4. Авакян, А. Б. Рациональное использование и охрана водных ресурсов / А. Б. Авакян, В. М. Широков. Екате-ренбург : Изд-во «Виктор», 1994. 319 с.
5. Черняева, Г. Н. Влияние различных факторов на качество сырья и выход пихтового масла / Г. Н. Черняева // Производство и анализ пихтового масла / Ин-т леса и древесины СО АН СССР. Красноярск, 1977. С. 3-28.
6. Влияние некоторых факторов на выход и состав эфирного масла коры пихты сибирской / Р. А. Степень, Г. Н. Черняева, Г. М. Сивовол и др. // Химия древесины. 1983. №4. С. 102-106.
7. Степень, Р. А. Организация и технология пихтова-ренного производства / Р. А. Степень, В. Н. Невзоров,
С. М. Репях ; Сиб. гос. технол. ун-т. Красноярск, 2000. 46 с.
8. Хейфиц, Л. А. Цушистые вещества и другие продукты для парфюмерии / Л. А. Хейфиц, В. М. Цашунин. М. : Химия, 1994. 256 с.
9. Нетеса В. А. Биологическая активность хвойного экстракта / В. А. Нетеса, Г. И. Перышкина, Г. Н. Черняква // Проблемы использования древесной зелени в народном хозяйстве СССР. Л. : ЛТА, 1984. С. 66-67.
- Исхо8ная кора
-Кора, нахо80вшаяся в во8е 1,0 цес.
■Кора, нахо80вшаяся в во8е 0,5 цес. ■ Кора, нахо80вшаяся в во8е 3,0 цес.
Рис. 2. Динамика накопления в кубовом остатке сухого остатка в зависимости от продолжительности отгонки
А. V. Schukina, R. A. Stepen
ETHER OIL EXTRACTION FROM BARK OF SIBERIAN FIR
It is considered a method of Siberian fir bark utilization with ether oil extracting from it. It is studied the dependency of oil output and content on duration of floating and dynamics of oil extraction. It is revealed the hydrolitic decomposition of complex elements during its stay in water.
