CC BY
11
Технические науки — от теории к практике № 3 (51), 2016 г_'_
СЕКЦИЯ
«ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ»
ВЛИЯНИЕ ФРАКЦИОННОГО СОСТАВА КОРЫ НА КИНЕТИКУ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЭКСТРАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ В СВЧ-ПОЛЕ
Бадогина Алёна Игоревна
ассистент кафедры стандартизации, метрологии и сертификации, аспирант кафедры химии и химических технологий Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова,
РФ, г. Архангельск E-mail: allenza@yandex. ru
Третьяков Сергей Иванович
канд. техн. наук, зав. кафедрой стандартизации, метрологии и сертификации, проф. кафедры химии и химических технологий Северного (Арктического) федерального университета
имени М.В. Ломоносова, РФ, г. Архангельск E-mail: sitretyakov@mail. ru
Кутакова Наталья Алексеевна
канд. техн. наук, проф. кафедры химии и химических технологий Северного (Арктического) федерального университета
имени М.В. Ломоносова, РФ, г. Архангельск E-mail: n. kutakova@narfu. ru
Коптелова Елена Николаевна
канд. техн. наук, доц. кафедры химии и химических технологий Северного (Арктического) федерального университета
имени М.В. Ломоносова, РФ, г. Архангельск E-mail: elen-koptefovafyyandex. ru
Технические науки — от теории к практике _№ 3 (51), 2016 г
INFLUENCE OF FRACTIONAL COMPOSITION ON THE KINETICS OF EXTRACTING EXTRACTIVES OF BARK IN A MICROWAVE FIELD
Alena Badogina
assistant of Standardization, Metrology and Certification department, postgraduate student of Chemistry and Chemical Technology department
of Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov,
Russia, Arkhangelsk
Sergei Tretyakov
candidate of Science , Head of Standardization, Metrology and Certification department, Professor of Chemistry and Chemical Technology department of Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov,
Russia, Arkhangelsk
Natalia Kutakova
candidate of Science, Professor of Chemistry and Chemical Technology
department of Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov,
Russia, Arkhangelsk
Elena Koptelova
candidate of Science, assistant professor of Chemistry and Chemical Technology department of Northern (Arctic) Federal University
named after M.V. Lomonosov, Russia, Arkhangelsk
АННОТАЦИЯ
Изучена кинетика процесса СВЧ-экстракции луба при оптимальных условиях, определенных ранее. В качестве сырья использовался луб коры березы - отхода окорки сырья для фанерного производства. Получены зависимости выхода экстрактивных веществ (ЭВ) от продолжительности экстракции. Исследована кинетика СВЧ-экстракция различных фракций коры березы, без предварительного разделения на бересту и луб.
Показано, что ЭВ хорошо извлекаются водно-спиртовыми растворами KOH из различных фракций как луба, так и коры березы. Определены оптимальные условия для максимального извлечения ЭВ из луба. Отмечено, что из мелкой фракции луба в условиях
Технические науки — от теории к практике № 3 (51), 2016 г_
экстрагирования водно-спиртовым раствором КОН достигается большее значение выхода ЭВ, чем из березовой коры при аналогичных условиях. СВЧ-экстракция может быть рекомендована для экстрагирования березовой коры и луба.
ABSTRACT
The kinetics of the process of bast microwave extraction under optimum conditions defined previously. The raw material used birch bark bast - debarking waste of raw materials for the production of plywood. The dependence of the output of extractives (EV) from the extraction duration. The kinetics of microwave extraction of the various fractions of birch bark, without prior separation of the bark and bast.
It is shown that the EV is well extracted aqueous-alcoholic solution of KOH various factions as the bast and birch bark. The optimal conditions for extracting the maximum EV from bast. It is noted that the fine fraction of bast in terms of extraction of water-alcohol solution of KOH achieved greater significance exit EV than from birch bark under similar conditions. The microwave-extraction can be recommended for the extraction of birch bark and bast.
Ключевые слова: луб, березовая кора, спиртово-щелочная экстракция, СВЧ-поле.
Keywords: bast, birch bark, alcohol-alkaline extraction, the microwave
field.
Кора березы, содержащая до 50 % ЭВ, представляет большой интерес для химической переработки с целью выделения биологически активных и ЭВ [5]. В группе ЭВ луба коры березы имеются фенольные вещества, которые извлекают спиртово-щелочными растворами. В настоящее время, несмотря на большое количество проведенных исследований [4; 1; 7] по выделению ЭВ из луба коры березы и коры в целом, вопрос определения оптимальных условиях получения полифенолов остается открытым.
В работе [4] сырьем для СВЧ-экстракции служил измельченный луб (фракция менее 1 мм). В качестве экстрагента использовался водный раствор этанола с добавлением гидроксида калия. В результате проведенного эксперимента были определены оптимальные условия СВЧ-экстракции для достижения максимального выхода ЭВ: концентрация этилового спирта - 10 %; расход КОН - 16 %; ЖМ - 16. При этих условиях проведены исследования кинетики процесса СВЧ-экстракции и для сравнения экстракции методом настаивания при 90оС в течение 120 мин. Использовали измельченный луб (фракция
Технические науки — от теории к практике _№ 3 (51), 2016 г
менее 1 мм). Общая продолжительность СВЧ-экстракции составила 15 мин. Выход ЭВ составил от 20 до 34 %.
В работе [7] в качестве экстрагента, наиболее полно извлекающего вещества фенольной природы из луба березовой коры, использовали водно-щелочной раствор этанола. При этом изменяли концентрацию №ОИ от 0,5 до 1,5 % и концентрацию этанола от 10 до 20 %. Экстракцию проводили при жидкостном модуле (ЖМ) 10 и температуре 70°С. Продолжительность экстрагирования изменялась от 30 до 90 мин.
При экстракции луба гексаном выход ЭВ составляет всего 3,2 %. Этилацетат извлекает 13,5 % ЭВ, полифенолов в таком экстракте около 35 %, а дубильных веществ (ДВ) - около 25 %. При экстракции луба изопропиловым спиртом наблюдается наибольший выход ЭВ. Соответственно, содержание полифенолов (47,2 %) и ДВ (38,3 %) также велико. Экстракция водой дает выход ЭВ около 10 %, однако в водном экстракте наблюдается наибольшее содержание полифенолов и ДВ [3].
В последнее время для интенсификации экстрагирования твердых материалов используется воздействие СВЧ-поля [4; 1; 6; 2].
Целью данной работы является изучение кинетики процесса СВЧ-экстракции различных фракций луба при оптимальных условиях, установленных ранее.
Процесс экстракции проводили при мощности 350 Вт. Использовался луб коры березы, полученной при окорке фанерного кряжа. Разделение луба и бересты проводили вручную. Измельчали луб на дробилке истирающего действия с использованием сита с отверстиями диаметром 1, 2 и 3 мм. Экстракцию проводили на установке, подробное описание которой представлено в работе [6]. Для каждой фракции луба отбор проб проводили через каждые 2 мин.
По результатам проведенных исследований были получены зависимости выхода ЭВ от продолжительности экстракции. Графики представлены на рисунке 1 в виде линий тренда для соответствующих фракций луба.
Технические науки — от теории к практике № 3 (51), 2016 г_
Выход ЭВ, %
30
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Продолжительность, мин.
^ > 3 мм (1) А 2 < d < 3 мм (2) • 1 < d < 2 мм (3) ■ d < 1 мм (4)
25
20
15
10
5
0
Рисунок 1. Зависимость выхода ЭВ от продолжительности экстракции для различных фракций луба
При анализе зависимостей, представленных выше, обнаружено, что выход ЭВ возрастает при общей продолжительности экстракции до 8 мин. Далее значение данного показателя остается постоянным (от 19 до 25 %) в зависимости от используемой фракции луба коры березы.
Для сравнения была проведена СВЧ-экстракция коры березы, без предварительного разделения на бересту и луб. Для каждой фракции коры отбор проб проводили через каждые 2 мин. Общая продолжительность экстракции составила 10 мин. Данный процесс проводили при аналогичной мощности.
По результатам проведенных исследований были получены зависимости выхода ЭВ от продолжительности экстракции коры березы. Соответствующие графики выхода ЭВ, %, представлены на рисунке 2 в виде линий тренда.
Технические науки — от теории к практике _№ 3 (51), 2016 г
Выход ЭВ, % 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
0
6 7 8 9 10
Продолжительность, мин.
♦ 2^<3 мм (1)
1^<2 мм (2)
а d<1 мм (3)
3
1
2
3
4
5
Рисунок 2. Зависимость выхода ЭВ от продолжительности экстракции для различных фракций коры березы
Исходя из полученных данных, можно сделать вывод о том, что выход ЭВ возрастает и достигает своего максимального значения при продолжительности экстракции, равной 10 мин. Значение выхода варьируется в зависимости от используемой фракции коры березы от 14 до 17 % и достигает своего наибольшего значения при использовании фракции меньше 1 мм.
Таким образом, ЭВ из различных фракций как луба, так и коры березы хорошо извлекаются водно-спиртовыми растворами КОН. СВЧ-экстракция позволяет интенсифицировать процесс выделения ценных компонентов из растительных материалов и может быть рекомендована для экстрагирования березовой коры и луба. Определены оптимальные условия для максимального извлечения ЭВ из луба, измельченного на дробилке истирающего действия. Из фракции луба менее 1 мм в условиях экстрагирования водно-спиртовым раствором КОН в течение 8 мин достигается выход ЭВ на уровне 25 %. При использовании фракции березовой коры менее 1 мм выход ЭВ составляет 17 %.
(ff \ СибАК
Технические науки — от теории к практике ^^
№3 (51), 2016г_www.sibac.info
Список литературы:
1. Бадогина А.И. Выделение биологически активных веществ (БАВ) из луба березовой коры // Студенческий научный форум 2015: тезисы докл. Межд. Конф. (Москва, 15-20 фев. 2015 г.). - Москва, 2015. - С. 6.
2. Болтовский В.С. Новые технологические процессы гидролитической и биохимической переработки растительной биомассы: монография. -Минск: БГТУ, 2009. - С. 194.
3. Долгодворова С.Я. Дубильные вещества коры березы // Академия наук СССР. Биологические ресурсы лесов Сибири. -1980. - С. 137-143.
4. Захарова А.И. Выделение экстрактивных веществ из луба коры березы при воздействии СВЧ-поля // Лесной журнал. - 2015. - № 4. - С. 148-155.
5. Кислицын А.Н. Экстрактивные вещества бересты: выделение, состав, применение / Химия древесины. - 1994. - № 3. - С. 3-28.
6. Коптелова Е.Н. Извлечение экстрактивных веществ и бетулина из бересты при воздействии СВЧ-поля // Химия растительного сырья. - 2013. - № 4. -С. 159-164.
7. Рязанова Т.В. Оптимизация процесса получения дубильного экстракта из луба березовой коры // Химия растительного сырья. - 2004. - № 1. -С. 29-33.
