ВЛИЯНИЕ ФРАКЦИОННОГО СОСТАВА КОРЫ НА КИНЕТИКУ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЭКСТРАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ В СВЧ-ПОЛЕ

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 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 90^оС в течение 120 мин. Использовали измельченный луб (фракция 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 NaOH 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.

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.

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 KOH. 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 %.

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.