CC BY
63
Химия растительного сырья. 1998. №2. С. 75-78
УДК 630.282.1
ВЛИЯНИЕ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЭКСТРАКЦИИ НА СОСТАВ ВОДНО-ЩЕЛОЧНЫХ ЭКСТРАКТОВ ЛИСТВЕННИЦЫ СИБИРСКОЙ
© Н.В. Гончарова, М.В. Ток, Т.В. Рязанова
Сибирский государственный технологический университет, г. Красноярск (Россия) E-mail: [email protected]
В работе изучалось влияние продолжительности процесса водно-щелочной экстракции на качественный состав получаемых экстрактов. Объектами исследования являлись водно-щелочные экстракты, полученные из коры лиственницы сибирской при различной продолжительности процесса. Исследования показали, что наиболее эффективным как по выходу экстракта, так и по его качественному составу следует принять продолжительность экстракции 30 мин, так как при этом происходит наиболее полное извлечение таннидов из сырья, а процессы конденсации и гидролиза таннидов не оказывают сильного влияния на качество получаемого экстракта. Используя метод воднощелочной экстракции, можно сократить длительность процесса в 30 раз с 15 часов (по типовой методике) до 30 мин.
Одним из важнейших процессов в производстве кожи является дубление. В результате дубления дерма шкуры (голье) приобретает ценные специфические свойства, в значительной степени определяющие поведение кожи как в процессах выработки различных изделий, так и в процессе их эксплуатации [1, 2].
Танниды являются дубящими веществами с широким диапазоном свойств, зависящих от их природы и частично видоизмененных в результате тех или иных обработок, а также условий их использования.
Извлечение таннидов из дубильных материалов для практических целей обычно производится горячей водой или водяными растворами некоторых химматериалов [3]. При этом, кроме танни-дов, в раствор переходят и другие водорастворимые соединения, не обладающие дубящей способностью, так называемые нетанниды. Отношение содержания таннидов к сумме водорастворимых веществ называется доброкачественностью. Этот показатель важен для определения качества получаемого экстракта [3, 4].
Кроме экстрагента, на выход дубильных ве-
ществ существенное влияние оказывает степень измельчения сырья [5].
Танниды, являясь коллоидами, мало способны к процессу диффузии через клеточные стенки. Кроме того. замечено, что при проникновении таннидов через полупроницаемую перегородку происходит частичное их разрушение. Через мембрану проходят при этом не целые мицеллы тан-нидов, а отдельные молекулы или же обломки мицелл. Поэтому для полноты извлечения танни-дов при экстрагировании нужно стремиться к возможно сильному в допустимых условиях измельчению материала, чтобы перерезать возможно большее число клеток и сделать процесс извлечения таннидов более полным [6].
Добавление к воде, идущей на диффузию, некоторых реагентов может заметно увеличить выход таннидов. К таким реагентам относится и сульфит натрия. Добавка сульфита натрия увеличивает выход таннидов на 10% и более (в зависимости от рода перерабатываемого материала, условий экстрагирования, количества сульфита и способа его применения. Но при этом сохраняется большая продолжительность процесса экстракции
(до 15 часов) [3].
В последнее время процесс экстракции предлагается проводить водно-щелочным способом. При этом виде экстракции наблюдается значительный рост выхода таннидов из древесного сырья, однако влияние различных факторов на качество получаемых диффузионных соков (в частности, продолжительности водно-щелочной экстракции) не достаточно изучено.
Изучение влияния различных факторов на процесс экстрагирования таннидов дает возможность правильно подойти к решению вопроса о выборе наилучшего режима экстрагирования.
Целью данной работы являлось изучение качественного состава экстракта при изменении продолжительности процесса водно-щелочной экстракции.
Объектом исследования являлись дубильные экстракты, полученные из коры лиственницы си-
бирской, водно-щелочной экстракцией 1%-м раствором едкого натрия с жидкостным модулем 8 при температуре 70°С. Продолжительность процесса экстрагирования составляла 5, 10, 15, 20, 25, 30 и 330 мин. Полученные экстракты отделяли от одубины фильтрованием и определяли их качественные характеристики согласно типовым методикам анализа растительных дубильных материалов [4].
Исследования проводили по следующей схеме. Кору лиственницы сибирской, измельченную на дезинтеграторе до состояния древесной пыли, помещали в колбу. Затем в колбу заливают расчетное количество 1%-го раствора едкого натрия (температура раствора составляла 70°С). После чего колбу термостатировали на время проведения процесса экстракции. Процесс экстракции проводили методом настаивания. Данные эксперимента приведены в таблице.
Качественный состав водно-щелочных экстрактов лиственницы сибирской.
Показатель Единицы Продолжительность экстракции, мин
измерения 5 10 15 20 25 30 330
рН единицы рН 8,2 7,8 8,3 8,4 8,7 8,6 7,8
Сухой остаток (СО) г/л 52,7 54,1 55,0 55,8 60,0 60,9 59,2
Водорастворимые (ВР) % от СО 87,0 97,8 97,9 98,1 98,8 99,2 84,6
Нерастворимые (НР) % от СО 13,0 2,2 2,1 1,9 1,2 0,8 15,4
Танниды (Т) % от СО 54,4 54,7 56,3 63,4 50,7 44,4 30,2
Нетанниды (НТ) % от СО 32,6 43,1 41,6 34,7 48,1 54,8 54,4
в том числе сахара (в пересчете на глюкозу): % от СО 2,7 3,1 3,2 3,2 3,2 4,4 7,5
Доброкачественность Д= (Т /ВР)х100 % 62,5 55,9 57,5 64,6 51,3 44,8 35,7
Анализируя полученные результаты, легко заметить, что увеличение продолжительности экстракции значительно меняет такие показатели качества экстрактов, как содержание водорастворимых (ВР), нетаннидов (НТ), в том числе на содержание углеводов (сахаров), что не может, в свою очередь не отразиться на доброкачественности получаемых экстрактов.
Увеличение продолжительности процесса экстрагирования от 5 до 30 мин ведет сначала к небольшому сдвигу рН раствора в более кислую сторону (при 10 мин экстрагирования), а затем стабилизируется на показателе 8,6, значение которого приближено к значению рН исходного щелочного раствора (рН исходного 1%-го раствора едкого натрия равнялось 9,1). Снижение рН рас-
твора экстракта можно объяснить процессом адсорбции щелочи корой, происходящим в первые минуты экстракции. При экстрагировании в течение 5 мин процесс смачивания коры не успевает пройти до конца, и рН полученного экстракта несколько выше, чем при 10 минутах (На неполное завершение процесса смачивания при 5 мин экстрагирования указывает и большая величина показателя нерастворимых (НР) — 13,0, низкодиспер-стные частицы коры, не обводненные водой, легко минуют полотняный фильтр). При увеличении продолжительности процесса экстрагирования от 15 до 30 мин наблюдаются не только увеличение значения рН полученного экстракта, но и увеличение выхода продукта из сырья (за счет перехода труднорастворимых в воде таннидов в таннаты при взаимодействии с щелочью, которые, в свою очередь, хорошо растворяются в воде), что подтверждается увеличением содержания сухих веществ в экстракте, величина которого в первые 25 минут выросла с 52,7 г/л до 60,0 г/л. Дальнейшее увеличение продолжительности экстракции с 30 мин до 330 мин на величину данного показателя (СО) существенной роли не играет, так как наступает равновесная концентрация в системе: раствор - твердое тело. Однако чрезмерное увеличение продолжительности экстракции ведет к значительному ухудшению качества получаемого экстракта; наличие процессов конденсации и гидролиза таннидов приводит к значительному снижению показателя доброкачественности с 62,5%, при продолжительности процесса 5 мин до 35,7% — при 330 мин. При этом часть таннидов за счет процесса конденсации переходит в класс так называемых нерастворимых (НР) и выпадает в осадок, что подтверждается значительным ростом данного показателя от 2,2% при экстракции в течение 10 мин до 15,4% при 330 мин. (Кроме того, часть таннидов законденсировалась до такой степени, что задержалась на полотняном фильтре в виде пленки, что привело к некоторому снижению показателя СО при экстракции в течение 330 мин.)
Наличие процесса гидролиза в процессе получения экстрактов подтверждается ростом содержания углеводов в растворе. Данный показатель увеличился с 2,7% до 4,4% в течение 30 мин, а через 330 мин его величина составила 7,5%.
При этом показатель рН экстракта снизился с 8,6 до 7,8, что можно связать с увеличением количества органических кислот, высвобождающихся в процессе гидролиза. Содержание таннидов в экстракте с увеличением продолжительности экстракции с 5 мин до 20 мин и 330 мин, соответственно сначала растет от 54,4 до 63,4%, а затем падает до 30,2%. При этом происходит увеличение доли нетаннидов, растворимых в воде от 32,65 до 54,4%. Анализируя показатель, характеризующий содержание водорастворимых веществ (ВР), легко заметить, что с ростом величины показателя не-таннидов (НТ) доля водорастворимых (ВР) растет и достигает максимального значения, которое наступает при продолжительности процесса 30 мин и составляет 99,2%, а потом снижается за счет конденсации таннидов до 84,6%. Доброкачественность экстрактов, полученных в течение первых 20 минут экстрагирования остается практически постоянной и равняется 60±5%, дальнейшее увеличение длительности процесса ведет к снижению величины этого показателя с 51,3 до 35,7%.
Подводя итог выше сказанному, следует отметить, что продолжительность процесса воднощелочного экстрагирования значительно влияет на качество получаемого экстракта. Наиболее эффективным как по выходу экстракта, так и по его качественному составу следует принять продолжительность экстракции 30 мин так как при этом происходит наиболее полное извлечение таннидов из сырья, а процессы гидролиза и конденсации таннидов не оказывают сильного влияния на качество получаемого экстракта. Используя метод водно-щелочной экстракции, можно сократить длительность процесса с 15 часов (по типовой технологии экстракции с добавлением сульфита натрия) до 30 мин.
Литература
1. Страхов И.П., Санкин Л.Е., Куциди Д.А. Дубление и наполнение кож полимерами. М., 1967, 224 с.
2. Страхов И.П., Шестакова И.С., Куциди Д.А. и др. Химия и технология кожи и меха / М., 1985. 496 с.
3. Меженинов М.Ю., Краснухин М.Н., Егоров Б.А. Производство растительных дубильных экстрактов. М., 1962, 292 с.
4. Химико-аналитический контроль в кожевенном и дубильно-экстрактовом производстве. Ч 1. М.,1955. 320 с.
5. Левин Э.Д., Денисов О.П., Пен Р.З. Комплексная переработка лиственницы. М., 1978. 244 с.
6. Никитин В.М., Оболенская А.В., Щеголев В.П. Химия древесины и целлюлозы. М., 1978. 368 с.
Поступило в редакцию 22.04.98
