способ комплексной переработки древесины лиственницы, способ выделения биофлавоноидов и способ выделения арабиногалактана, полученных в процессе комплексной переработки
Классы МПК: | C09F1/00 Получение, очистка или химическое модифицирование природных смол, например живицы C08B37/00 Получение полисахаридов, не отнесенных к группам 1/00 C07D311/40 выделение, например из природного сырья; очистка |
Автор(ы): | Уминский А.А. (RU), Уминская К.А. (RU), Писарев Р.П. (RU), Белоев Т.Т. (RU) |
Патентообладатель(и): | Уминский Анатолий Аркадьевич (RU), Уминская Кристина Анатольевна (RU), Писарев Руслан Павлович (RU), Белоев Тамаз Тикоевич (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2003-04-18 публикация патента:
27.05.2004 |
Изобретение относится к области комплексной переработки древесины лиственницы с выделением нативных биофлавоноидов: дигидрокверцетина, дигидрокемпферола, нарингенина, древесных смол, масел, олигосахаридов, нерастворимого биополимера древесины. Комплексная переработка древесины и хвои лиственницы включает экстракцию из деструктированной древесины природных веществ органическим растворителем, содержащим воду, в условиях нахождения компонентов экстракционной массы в псевдоожиженном состоянии, разделение экстракционной массы на экстракт и твердую фазу, представляющую собой углеродсодержащий полимер древесины, абсорбцию органической фазы экстракта растворителем, выделение из полученных органической и водной фаз целевых продуктов, причем все стадии процесса переработки древесины ведут в бескислородной атмосфере. Экстракцию проводят при температуре от 0 до 40°С при использовании в качестве органического растворителя, содержащего воду, эмульсии неполярного углеводорода алифатического ряда, имеющего температуру кипения не более 90°С, и метилтретбутилового эфира в деионизированной воде при их массовом соотношении соответственно (0,5-1):(0,6-4,0):(4,0-10,0), причем массовое соотношение деструктированной древесины и неполярного углеводорода, входящего в состав эмульсии, составляет от 1,0:0,5 до 1,0:1,0, после разделения полученной экстракционной массы твердую фазу промывают деионизированной водой и направляют на выделение, водно-углеводородно-эфирный экстракт разделяют на расслаиваемые: углеводородно-эфирную фазу масел, смол и биофлавоноидов и водную фазу олигосахаридов, из которой выделяют арабиногалактан, а абсорбцию углеводородно-эфирной жидкой фазы экстракта осуществляют при 90-94°С деионизированной водой с отгонкой летучих углеводородов и метилтретбутилового эфира и образованием несмешивающихся фаз, и последующим выделением из углеводородной фазы масел и смол, и выделением из водной фазы, содержащей биофлавоноиды – биофлавоноидов. Способы позволяют снизить энергоемкость процесса и соответственно стоимость целевых продуктов. 3 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
1. Способ комплексной переработки древесины и хвои лиственницы, включающий экстракцию из деструктированной древесины природных веществ органическим растворителем, содержащим воду, в условиях нахождения компонентов экстракционной массы в псевдоожиженном состоянии, разделение экстракционной массы на экстракт и твердую фазу, представляющую собой углеродсодержащий полимер древесины, абсорбцию органической фазы экстракта растворителем, выделение из полученных органической и водной фаз целевых продуктов, причем все стадии процесса переработки древесины ведут в бескислородной атмосфере, заключающийся в том, что экстракцию проводят при температуре от 0 до 40°С при использовании в качестве органического растворителя, содержащего воду, эмульсии неполярного углеводорода алифатического ряда, имеющего температуру кипения не более 90°С, и метилтретбутилового эфира в деионизированной воде при их массовом соотношении, соответственно, (0,5-1):(0,6-4,0):(4,0-10,0), причем массовое соотношение деструктированной древесины и неполярного углеводорода, входящего в состав эмульсии, составляет от 1,0:0,5 до 1,0:1,0, после разделения полученной экстракционной массы твердую фазу промывают деионизированной водой и направляют на выделение, водно-углеводородно-эфирный экстракт разделяют на расслаиваемые: углеводородно-эфирную фазу масел, смол и биофлавоноидов и водную фазу олигосахаридов, из которой выделяют арабиногалактан, а абсорбцию углеводородно-эфирной жидкой фазы экстракта осуществляют при 90-94°С деионизированной водой с отгонкой летучих углеводородов и метилтретбутилового эфира и образованием несмешивающихся фаз, и последующим выделением из углеводородной фазы масел и смол, и выделением из водной фазы, содержащей биофлавоноиды - биофлавоноидов.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве неполярного углеводорода с температурой кипения не более 90°С, входящего в состав эмульсии, используют смеси неполярных углеводородов, получаемые из прямогонного бензина с температурой кипения не более 90°С, предварительно очищенные от полимерных примесных смол фильтрацией через пористые фильтры.3. Способ выделения биофлавоноидов путем обработки углеводородно-эфирной фазы, полученной в результате комплексной переработки древесины лиственницы, с последующей кристаллизацией биофлавоноидов, заключающийся в том, что используют водную фазу биофлавоноидов, представляющую собой продукт комплексной переработки древесины и хвои лиственницы по п.1, полученную в результате абсорбции углеводородно-эфирной жидкой фазы экстракта деионизированной водой при температуре от 90 до 94°С в потоке инертного газа, и последовательно осуществляют баромембранную фильтрацию водной фазы биофлавоноидов при температуре от 90 до 94°С через пористые фильтры с капиллярными отверстиями диаметром 0,005-0,050 мкм, очистку фильтрата на углеродсорбционном пористом слое при избыточном давлении от 0,5 до 6,0 атм, упаривание и кристаллизацию биофлавоноидов в виде кристаллогидратов дигидрокверцетина, дигидрокемпферола и нарингенина с последующей перекристаллизацией его из спиртовой и водной фаз.4. Способ выделения арабиногалактана путем обработки водной фазы олигосахаридов, полученной в результате комплексной переработки древесины и хвои лиственницы, с последующим выделением целевого продукта, заключающийся в том, что используют водную фазу олигосахаридов, представляющую собой продукт комплексной переработки древесины и хвои лиственницы по п.1, при этом ее очищают баромембранной фильтрацией через фильтр с капиллярными отверстиями диаметром 10-1000 мкм и последовательно осуществляют выделение водного раствора арабиногалактана в диализаторе, его упаривание и выделение осадка арабиногалактана высаливанием при охлаждении до температуры от 0 до 4°С в водорастворимом органическом растворителе в присутствии коагулянта.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области комплексной переработки древесины лиственницы с выделением нативных биофлавоноидов: дигидрокверцетина, дигидрокемпферола, нарингенина, древесных смол, масел, олигосахаридов, нерастворимого биополимера древесины.Древесина является нативным природным биополимером, состоящим из нерастворимых в воде углеводов (целлюлоза, гемицеллюлоза) и лигнина, содержит растворимые пентазаны и гексазаны, крахмал, пектины, соли и другие компоненты, а также экстрактивные вещества - терпены, смоляные кислоты, ароматические соединения, растительные полифенолы, стерины, лигнаны, танниды, липиды, жирные кислоты, азотсодержащие соединения.При комплексной переработке древесины лиственницы из нее получают:- древесные смолы и масла, используемые при производстве скипидара, канифоли, органических кислот;- биофлавоноиды: дигидрокверцетин, дигидрокемпферол, нарингенин, находящие применение в качестве антиоксидантов в органическом синтезе, в технике, сельском хозяйстве, производстве пищевых добавок, сырья в ветеринарии, фармацевтической, промышленности;- органические соединения - олигосахариды (арабиногалактан), используемые в качестве связующего при производстве таблеток, красок, эмульгатора, биологически активного вещества, в качестве клея;- технические продукты - нативный нерастворимый биополимер древесины, содержащий лигнин и целлюлозу, используемый в качестве сырья для производства микроцеллюлозы, технической целлюлозы, компонента кормов крупного рогатого скота, сорбента, угольных материалов. (Холькин Ю.И. Технология гидролизных производств. М.: Лесная промышленность, 1989).Существующие способы выделения биофлавоноидов из лиственницы с хорошим выходом и высокой степенью чистоты предполагают уже на стадии экстракции использование высоких температур – около 100°С (патент РФ 2114631, А 61 К 35/79, 1998), а используемая упрошенная технология выделения дигидрокверцетина высокой степени чистоты не предусматривает использование всей биомассы древесины - менее 20 мас.% при реализации технологического процесса с утилизацией отходов, возврат реагентов в цикл и автоматизацию процесса (Патент РФ 2180566, A61 K31/351, 2001 год), что создает определенные трудности технического и экономического характера при промышленном освоении переработки лиственницы.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и комплексности использования сырья является способ переработки лиственницы с выделением комлекса целевых продуктов, включающий экстракцию из деструктурированной древесины природных веществ обработкой органическими растворителями, содержащими воду (Патент РФ 2165416, C 07 D 311/40, 2001). Процесс ведут в две стадии в условиях нахождения компонентов экстракционной массы в псевдоожиженном состоянии, причем на первой стадии в качестве растворителя используют эмульсию неполярного углеводорода алифатического ряда в воде и полученную экстракционную массу после первой стадии разделяют на твердую фазу и водно-углеводородный экстракт, который разделяют на углеводородный раствор природных смол и водный раствор олигосахаридов с последующим выделением природных смол и олигосахаридов (арабиногалактана), а полученную твердую фазу после промывки водой направляют на вторую стадию экстракции, при этом используют в качестве растворителя эмульсию низкокипящего эфира и водного этилового спирта в воде, полученную экстракционную массу со второй стадии разделяют на водно-спиртоэфирный экстракт и твердую фазу, в виде нативного углеродсодержащего полимера древесины, а абсорбцию водно-спиртоэфирного экстракта осуществляют низкокипящим эфиром с последующим выделением из полученных спиртоэфирной и водной фаз - нативных биофлавоноидов - дигидрокверцетина, дигидрокемпферола и нарингенина, а также арабиногалактана, причем все стадии процесса переработки древесины ведут в атмосфере инертного газа. Перекристаллизацию флавоноидов ведут из воды.Как видно, такая технология предполагает сложную регенерацию используемых растворителей, что повышает энергетические затраты, снижает эффективность процесса и соответственно повышает стоимость целевых продуктов.Технической задачей изобретения является снижение энергозатрат за счет проведения экстракции одним составом растворителей и, как следствие, повышение эффективности процесса и снижение стоимости конечных продуктов.Поставленная задача решается за счет того, что в способе комплексной переработки древесины и хвои лиственницы, включающем экстракцию из деструктурированной древесины и хвои природных веществ органическим растворителем, содержащим воду, в условиях нахождения компонентов экстракционной массы в псевдоожиженном состоянии, разделение экстракционной массы на экстракт и твердую фазу, представляющую собой углеродсодержащий полимер древесины, абсорбцию органической фазы экстракта растворителем, выделение из полученных органической и водной фаз целевых продуктов, причем все стадии процесса переработки древесины ведут в бескислородной атмосфере, что экстракцию проводят при температуре от 0 до 40°С при использовании в качестве органического растворителя, содержащего воду, эмульсии неполярного углеводорода алифатического ряда, имеющего температуру кипения не более 90°С, и метилтретбутилового эфира в деионизированной воде при их массовом соотношении соответственно (0,5-1):(0,6-4,0):(4,0-10,0), причем массовое соотношение деструктурированной древесины и неполярного углеводорода, входящего в состав эмульсии, составляет от 1,0:0,5 до 1,0:1,0 и после разделения полученной экстракционной массы твердую фазу промывают деионизированной водой и направляют на выделение, водно-углеводородно-эфирный экстракт ВУ ЭЭ разделяют на расслаиваемые: углеводородно-эфирную фазу масел, смол и биофлавоноидов (УЭЭ) и водную фазу олигосахаридов, из которой выделяют арабиногалактан, а абсорбцию углеводородно-эфирной фазы экстракта осуществляют при 90-94°С деионизированной водой с отгонкой летучих углеводородов и метилтретбутилового эфира и образованием несмешивающихся фаз, и последующим выделением из углеводородной фазы масел и смол, из водной фазы, содержащей биофлавоноиды - биофлавоноидов.В качестве неполярного углеводорода с температурой кипения не более 90°С, входящего в состав эмульсии, используют смеси неполярных углеводородов, получаемые из прямогонного бензина с температурой кипения не более 90°С, предварительно очищенные от полимерных примесных смол фильтрацией через пористые фильтры, а также н-гексан, нефрас и др.Поставленная задача решается также за счет того, что в способе выделения биофлавоноидов путем обработки углеводородно-эфирной фазы, полученной в результате комплексной переработки древесины и хвои лиственницы, с последующей кристаллизацией биофлавоноидов, используют водную фазу биофлавоноидов, представляющую собой указанный выше продукт комплексной переработки древесины и хвои лиственницы, полученную в результате абсорбции углеводородно-эфирной жидкой фазы экстракта (УЭЭ) деионизированной водой при температуре от 90 до 94°С в потоке инертного газа и последовательно осуществляют баромембранную фильтрацию водной фазы биофлавоноидов при температуре от 90 до 94°С через пористые фильтры с капиллярными отверстиями диаметром 0,005-0,050 мкм, очистку фильтрата на углеродсорбционном пористом слое при избыточном давлении от 0,5 до 6 атм, упаривание и кристаллизацию биофлавоноидов в виде кристаллогидрата дигидроквецетина, дигидрокемпферола и нарингенина с последующей перекристаллизацией его из спиртовой и водной фаз.Кроме того, поставленная задача решается за счет того, что в способе выделения арабиногалактана путем обработки водной фазы олигосахаридов, полученной в результате комплексной переработки древесины и хвои лиственницы, с последующим выделением целевого продукта, используют водную фазу олигосахаридов, представляющую собой продукт комплексной переработки древесины и хвои лиственницы, при этом ее очищают баромембранной фильтрацией через фильтр с капиллярными отверстиями диаметром 10-1000 мкм и последовательно осуществляют выделение водного раствора арабиногалактана в диализаторе, его упаривание и выделение осадка арабиногалактана высаливанием при охлаждении до температуры от 0 до 4°С в водорастворимом органическом растворителе в присутствии коагулянта.Экстракцию нативных веществ из деструктурированной древесины лиственницы ведут с использованием аппаратов, генерирующих псевдоожиженное состояние экстрагента (кавитатора, ультразвукового генератора) в течение 5-10 минут при объеме обрабатываемой экстракционной пульпы 1-75 куб.м/ч в бескислородной среде.Кристаллогидраты биофлавоноидов "Фупларикс" выделяют следующего состава: дигидрокверцетин - 92-94,4 мас.%; дигидрокемпферол - до 6 мас.%; нарингенин - до 1 мас.%; вода - 5,6-8 мас.%.Выделение осадка арабиногалактана высаливанием осуществляют при охлаждении от 0 до 4°С в водорастворимом органическом растворителе (одноатомные спирты, ацетон и др.) в присутствии коагулянта (козеин, СаСl2·nH2О, NaCl·mH2O), где n=1, 2, m=1, 2, 3, 4. Используемые экстрагенты дегазируют от воздуха, хранят и содержат под азотным "дыханием", возвращают в цикл после регенерации с использованием холодильников - конденсаторов и специальных систем очистки методом баромембранной фильтрации.Комплекс оборудования для проведения процесса экстракции, абсорбции, кристаллизации биофлавоноидов из древесины и хвои лиственницы исключает контакт продукта "Фупларикс" с веществами и материалами, приводящими к изменению его структуры, химического состава и свойств, а также с физическим воздействием, исключающим образование свободных радикалов и изменения свойств биофлавоноидов, как-то: световое, электромагнитное, УФ, радиационное излучение.Гравитационное разделение фаз проводят с использованием гидроциклонов, сепараторов, центрифуг.Предложенный способ позволяет получать сумму биофлавоноидов "Фупларикс" с выходом 2,2-3,5% от массы абсолютно сухой древесины со степенью чистоты 95-98%, существенно упростить технологию процесса, сделать процесс экономически более выгодным.На чертеже приведена схема установки по комплексной переработке древесины, где 1 - узел подготовки древесины лиственницы, 2 - мельница, 3 - питатель, 4 - реактор-экстрактор, 5 - узел подачи деионизированной воды, 6 - узел подачи углеводородов, 7 - узел подачи метилтретбутилового эфира, 8 - смеситель, 9 - пульповый насос №1, 10 - кавитатор, 11 - запорный вентиль, 12 - запорный кран, 13 - гидроциклон, 14 - экстрактор-промыватель, 15 - пульповый насос №2, 16 - ультразвуковой генератор, 17 - сушилка, 18 - сепаратор, 19 -реактор-абсорбер, 20 - диализатор, 21 - выпарной аппарат, 22 - аппарат ХВ (холодильник-высаливатель), 23 - сборник-конденсатор СЭФ спиртоэфирной фазы, 24 - насос горячей эмульсии, 25 - aппарат ФБУ (фильтр баромембранный угольный), 26 - аппарат КСУ (колонна сорбционная угольная), 27 - аппарат ВСС (вакуумной сушки смол), 28 - выпариватель, 29 - кристаллизатор биофлавоноидов, 30 - холодильник-кристаллизатор.Способ осуществляется следующим образом.Для проведения технологического процесса используют деструктурированную массу древесины лиственницы с влажностью не более 40 мас.%, усредненную по составу.Отходы корней, пней, вершинников, хвои лиственницы деструктурируют, т.е. измельчают и разволокняют в узле подачи (1), например в мельнице (2), до линейных размеров не более L







Класс C09F1/00 Получение, очистка или химическое модифицирование природных смол, например живицы
Класс C08B37/00 Получение полисахаридов, не отнесенных к группам 1/00
Класс C07D311/40 выделение, например из природного сырья; очистка