Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Химические продукты из древесной коры

Покупка
Основная коллекция
Артикул: 620750.01.99
Рассмотрены новые способы интенсификации процессов выделения цен- ных экстрактивных веществ из различных видов коры на примерах лиственных и хвойных пород деревьев, произрастающих в Сибири. Использованы результа- ты оригинальных работ авторов монографии и литературные данные последних лет. Представлены данные о химическом составе продуктов, о перспективных процессах комплексной переработки древесной коры в ценные химические ве- щества и сорбционные материалы и об использовании продуктов переработки древесной коры. Значительное внимание уделено проблеме выделения биологи- чески активных веществ из различных видов коры, а также актуальным направ- лениям работ по получению из коры дубильных веществ, пищевых красителей, антиоксидантов, витаминного концентрата, выделению тритерпеноида бетулина и синтезу на его основе ряда ценных биологически активных препаратов. Предназначена для научных работников, аспирантов и студентов, специа- лизирующихся по органической химии и новым материалам.
Кузнецов, Б. Н. Химические продукты из древесной коры [Электронный ресурс] : монография / Б. Н. Кузнецов, В. А. Левданский, С. А. Кузнецова. - Красноярск: Cиб. федер. ун-т, 2012. - 260 с. - ISBN 978-5-7638-2592-3. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/492103 (дата обращения: 25.06.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
Б. Н. Кузнецов
В. А. Левданский
С. А. Кузнецова

Монография

Институт цветных металлов и материаловедения

химичеСКие продуКты
из дреВеСНой Коры

Рассмотрены новые способы интенсификации процессов 
выделения ценных экстрактивных веществ из различных 
видов коры на примерах лиственных и хвойных пород деревьев, произрастающих в Сибири. Использованы результаты 
оригинальных работ авторов монографии и литературные 
данные последних лет. Представлены данные о химическом 
составе продуктов, о перспективных процессах комплексной переработки древесной коры в ценные химические 
вещества и сорбционные материалы и об использовании 
продуктов переработки древесной коры. Значительное внимание уделено проблеме выделения биологически активных веществ из различных видов коры, а также актуальным 
направлениям работ по получению из коры дубильных веществ, пищевых красителей, антиоксидантов, витаминного 
концентрата, выделению тритерпеноида бетулина и синтезу 
на его основе ряда ценных биологически активных препаратов.

9 785763 825923

ISBN 978-5-7638-2592-3

Химические продукты из древесной коры

Введение 
 

1 

Министерство образования и науки Российской Федерации 
Сибирский федеральный университет 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Б. Н. Кузнецов, В. А. Левданский, С. А. Кузнецова 
 
 
ХИМИЧЕСКИЕ ПРОДУКТЫ  
ИЗ ДРЕВЕСНОЙ КОРЫ 
 
Монография 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Красноярск 
СФУ 
2012 

Введение 

2 

УДК 620.92 
ББК 31.15 
        К891 
 
 
 
Рецензенты:  
Т. В. Рязанова, д-р техн. наук, проф, зав. кафедрой хим. технологии 
древесины и биотехнологии ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный 
технологический университет»; 
О. А. Ульянова, д-р биол. наук, доц. Ин-та агроэкол. технологий 
ФГБОУ ВПО «Красноярский аграрный университет» 
 
 
 
 
 
Кузнецов, Б. Н. 
К891           Химические продукты из древесной коры : монография /         
Б. Н. Кузнецов, В. А. Левданский, С. А. Кузнецова. – Красноярск : 
Cиб. федер. ун-т, 2012. – 260 с. 
ISBN 978-5-7638-2592-3 
 
 
Рассмотрены новые способы интенсификации процессов выделения ценных экстрактивных веществ из различных видов коры на примерах лиственных 
и хвойных пород деревьев, произрастающих в Сибири. Использованы результаты оригинальных работ авторов монографии и литературные данные последних 
лет. Представлены данные о химическом составе продуктов, о перспективных 
процессах комплексной переработки древесной коры в ценные химические вещества и сорбционные материалы и об использовании продуктов переработки 
древесной коры. Значительное внимание уделено проблеме выделения биологически активных веществ из различных видов коры, а также актуальным направлениям работ по получению из коры дубильных веществ, пищевых красителей, 
антиоксидантов, витаминного концентрата, выделению тритерпеноида бетулина 
и синтезу на его основе ряда ценных биологически активных препаратов. 
Предназначена для научных работников, аспирантов и студентов, специализирующихся по органической химии и новым материалам. 
 
УДК 620.92 
ББК 31.15 
 
ISBN 978-5-7638-2592-3  
                                             Сибирский федеральный 
 
 
        университет, 2012

Введение 
 

3 

ВВЕДЕНИЕ 
 
 
Древесная кора состоит из двух различающихся по строению и 
свойствам частей – внутренней коры (луба) и наружной коры (корки).         
В лубе присутствует три типа клеток: ситовидные элементы, образующие 
проводящие ткани; паренхимные клетки, составляющие запасающие ткани; склеренхимные клетки, обеспечивающие механическую прочность 
внутренней коры. В состав наружной коры входят как функционирующие 
клетки перидермы, так и различные виды отмерших клеток. 
Данные по содержанию коры в стволе дерева основных древесных 
пород приведены в табл. 1 [1]. Содержание коры в ветвях более высокое, 
чем в стволе. Средняя плотность коры сильно зависит даже в пределах одного дерева от расположения коры по высоте ствола. 
 
Таблица 1 

Содержание коры в основных древесных породах  

Порода деревьев 
Плотность древесины, кг/м3 
Объемная доля 
коры, % об. 
Массовая доля, % мас. 
Плотность коры, кг/м3 

Ель 
403 
12,0 
9,6 
342 

Лиственница 
458 
19,1 
13,2 
336 

Пихта 
403 
11,5 
12,6 
462 

Сосна 
419 
9,1 
6,3 
304 

Сосна сибирская 
361 
16,0 
12,4 
271 

Береза 
513 
12,6 
13,5 
562 

Бук 
581 
7,4 
7,2 
579 

Вяз 
513 
15,6 
12,9 
452 

Дуб 
577 
19,3 
15,0 
423 

Ива 
450 
17,0 
15,3 
398 

Клен 
524 
9,7 
9,8 
531 

Липа 
429 
19,4 
17,2 
372 

Ольха 
447 
15,1 
14,1 
426 

Осина 
402 
14,4 
15,5 
432 

Тополь 
347 
12,6 
14,5 
412 

 
По химическому составу кора деревьев резко отличается от древесины. Необходимо также отметить, что внутренняя и наружная части коры, 
имеющие различное функциональное назначение и соответственно строение, также существенно отличаются и по составу (табл. 2) [84]. 

Введение 

4 

Таблица 2 

Элементный состав корки и луба,% мас. от массы СВ  

Порода деревьев 
Часть коры 
С 
Н 
Зола 

Ель 
Луб 
49,29 
5,45 
2,78 

Корка 
52,75 
5,62 
2,78 

Сосна 
Луб 
49,47 
6,11 
2,25 

Корка 
54,62 
5,39 
1,53 

Лиственница сибирская (20–40 лет) 
Луб 
50,02 
5,96 
2,34 

Корка 
44,41 
5,71 
1,38 

Осина (35–45 лет) 
Луб 
48,57 
6,08 
3,08 

Корка 
53,92 
5,78 
2,38 

Береза (85 лет) 
Луб 
50,81 
5,55 
2,34 

Корка 
68,85 
8,71 
0,63 

Береза (30–40 лет) 
Луб 
52,15 
5,79 
2,30 

Корка 
62,41 
7,90 
1,50 

 
Однако довольно часто химический анализ коры производится без разделения ее на луб и корку. Схема анализа древесной коры приведена на рис. 1. 
Характерной особенностью химического состава коры является высокое содержание экстрактивных веществ и наличие некоторых специфических компонентов, включая биологически активные вещества. Экстрактивные вещества 
коры извлекаются растворителями различной природы. Схема извлечения химических веществ из коры хвойных пород деревьев приведена на рис. 2. 

В коре широко распространены эфиры галловой кислоты, состав
ляющие основу гидролизуемых дубильных веществ. Оксибензойные кислоты обнаружены в коре кедра сибирского [2–4], коре белой, красной и 
канадской ели, коре пихты [5]. В коре кедра, пихты, осины, березы и лиственницы широко распространены гликозиды и сахарные эфиры оксикоричных кислот [3–9]. Довольно часто в растениях и коре древесных растений встречаются оксикумарины и соответствующие им гликозиды. Наиболее многочисленную группу природных фенольных соединений представляют флавоноиды – соединения С6 – С3 – C6 ряда, имеющие в молекуле два 
бензойных ядра, соединенных друг с другом трехуглеродным фрагментом.  

Флавоноиды катехиновой природы найдены в коре дугласовой пих
ты [10], коре сибирской сосны [2], коре лиственницы [11], коре березы и ели 
[12, 13]. В сосновой коре в большом количестве содержатся замещенные флавонолы – дигидрокверцетин, дигидрокемпферол и дигидромерецетин [14]. 
Первые два соединения выделены из коры лиственницы сибирской [15]. Дегидрокверцетин выделен из ивы [16], коры дугласовой пихты [17] и древесины 
лиственницы [18], которая стала одним из важных источников получения это
Введение 
 

5 

го продукта. Этот же флавонол был найден в коре белой пихты [19]. Димеры и 
тримеры проантоцианидинов выделены из коры дугласовой пихты [20]. 
 

 
Рис. 1. Схема анализа древесной коры 
 

Полимерные фенольные соединения представлены в растениях ду
бильными веществами и лигнинами. Природные дубильные вещества имеют 
среднюю молекулярную массу порядка 500–4000. Они представляют собой 
сложную смесь близких по составу соединений и подразделяются на две 
группы: гидролизуемые и конденсированные дубильные вещества [21]. 

остатка 1 %-го NaOН

Введение 

6 

Отгонка с паром   
Терпены
Монотерпены
Камфен  
Карен   
Лимонен 
Пинен   
Борнеол  

Фенолы 

Углеводороды 

Сесквитерпены 

Дитерпены 

Тритерпены 

Смоляные кислоты 

Экстрагирова -  
ние эфиром   

Жирные 
кислоты

Жиры, масла 
Насыщенные 
жирные кислоты 

Олеиновая 
кислота  
Линолевая 
кислота   

Воски  

Смолы 

Стерины 

Ненасыщенные 
жирные кислоты

Стильбены 

Экстрагирова -  
ние спиртом  
Красящие 
вещества

Флобатанниды 

Таннины 

Флавоноиды 
Таксифолин
Кверцетин

Антоцианины

Извлечение   
Группы
Подгруппы

Индивидуальные 
вещества  

Анионы 

Экстрагирова -  
ние водой  

Углеводы
Моносахариды
Арабиноза
Галактоза
Раффиноза
Белки  

Алкалоиды

Неорганические 
вещества

Крахмал

Пектиновые 
вещества 

Са, К   
Катионы

 
Рис. 2. Схема извлечения химических веществ из хвойной коры 

Введение 
 

7 

Учитывая, что среднее содержание коры в дереве равно 10 %, отходы окорки в нашей стране при существующем объеме заготовок превышают 3 млн т. Основная масса коры практически не утилизируется, хотя она 
и может служить ценным сырьем для получения различных продуктов как 
технического назначения, так и биологически активных препаратов. 
В настоящее время частичная утилизация отходов окорки реализована по следующим направлениям [22]. 
1. Использование коры в качестве топлива. Широкомасштабное развитие данного направления сдерживается высокой влажностью отходов 
окорки, физическими особенностями сырья, обусловливающими необходимость ее подготовки, стоимость которой не всегда окупается теплом, 
получаемым от сжигания. 
2. Использование коры в сельском хозяйстве для мульчирования, 
кондиционирования почв, в качестве биотоплива, для получения удобрений и пр. 
3. Производство плит с использованием коры. Применение коры в 
производстве плит (типа ДВП, ДСтП) с использованием синтетических 
связующих веществ организовано в ряде стран, однако это направление 
также не получило широкого распространения в связи с не очень высокими эксплуатационными свойствами получаемых материалов. 
4. Производство дубильных экстрактов на основе таннинов. 
Помимо дубления кожи, таннины используются для приготовления 
чернил, протравливания текстильных волокон, как вяжущие лекарственные средства [23].  
В небольшом количестве таннины используют как добавки к суспензиям глин, минералов, пигментов, красителей, пестицидов. Перспективным 
направлением можно считать применение таннинов в качестве заменителей фенола в фенолформальдегидных смолах, предназначенных для производства фанеры, древесностружечных плит [24]. 
Флавоноиды – дигидрокверцетин и кверцетин, экстрагируемые из 
коры лиственницы [25], потенциально пригодны в качестве антиоксидантов, красителей, фармацевтических препаратов [26–29]. 
В настоящее время отходы окорки сибирских пород древесины практически не используется для химической переработки. В незначительных 
количествах перерабатывается кора лиственницы для получения дубильного экстракта [30] и делаются попытки по извлечению пихтового масла из 
коры пихты [31]. Показано, что пихтовое масло, получаемое из коры, по 
составу аналогично маслу из пихтовой зелени, но отличается соотношением компонентов [31].  
С целью интенсификации процессов экстракционной, химической и 
биохимической переработки древесного сырья используются различные 

Введение 

8 

активирующие воздействия. Одни из них предназначены для разрыхления 
и активации твердого сырья. Другие методы интенсификации процессов 
облегчают протекание массопереноса в реакционной среде «твердое–
жидкое» за счет использования эффектов турбулентности, кавитации, 
СВЧ, акустических, электромагнитных и прочих воздействий. 
Механическая и механохимическая обработка широко используется 
в технологиях превращения лигноцеллюлозного сырья в целевые материалы и химические продукты. С этой целью применяется оборудование с 
различным характером интенсивного механического воздействия на измельчаемые материалы: машины ножевого размола и струйного размола, 
вибрационные мельницы, механохимические активаторы центробежного и 
планетарного типов, кавитационные аппараты и т.д.  

Предложен способ повышения степени извлечения таннинов из коры 

лиственницы в роторно-пульсационном аппарате до 91,4 % при 100 °С 
[32]. В работе [33] установлено, что обработка коры лиственницы в дезинтеграторе позволяет сократить продолжительность процесса экстракции 
дубильных веществ до 2–3 минут.  

С целью повышения эффективности процесса экстракции таннидов 

использовались следующие подходы [34]: экстрагирование коры мелкого 
дробления, при этом достигается почти полное извлечение таннидов; экстракция с добавлением химических реагентов: сульфита и бисульфита натрия; экстрагирование при повышенных температурах. 

В последнее время для интенсификации процесса переработки раз
личных видов сырья используют методы механохимической активации и 
электромагнитного излучения. 

Установлено, что применение электрического разряда позволяет со
кратить время экстрагирования таннидов до 5–6 минут вместо обычных 6–
8 часов [35, 36]. Достигаемый при этом выход таннидов составляет 95 %. 

В работе [37] показано, что ударно-сдвиговое воздействие, оказы
ваемое на частицы растительного сырья в ходе механохимической активации, сопровождается не только измельчением, но и разрушением клеточных оболочек и стенок, что значительно облегчает выделение компонентов, содержащихся в растительном сырье.  

Перспективным методом активации древесного сырья является так 

называемый взрывной автогидролиз (паровой взрыв, неизобарный предгидролиз и т. п.) [38–42]. Этот метод впервые был осуществлен в 30-х годах в 
США Мейсоном (процесс Мезонита) [43, 44] и применяется для производства 
древесно-волокнистых плит и древесных пластиков [45–47]. В процессе автогидролиза древесное сырье подвергается кратковременной обработке перегретым водяным паром с последующим резким сбросом давления. В результате 
происходит разрыхление исходного сырья и его частичный гидролиз. 

Введение 
 

9 

Этот метод применяется для активации древесины, соломы, сахарно
го тростника. Также можно ожидать, что предварительная активация древесной коры в условиях взрывного автогидролиза будет способствовать 
повышению степени извлечения экстрактивных веществ.  

В целом рассмотренные методы интенсификации процессов экст
ракции коры либо не обеспечивают высокой степени извлечения экстрактивных веществ, либо являются достаточно сложными. Поэтому актуальны работы по поиску нетрадиционных методов предварительной активации сырья, позволяющие достичь более полного извлечения ценных экстрактивных веществ.  
Несмотря на значительное количество работ, посвященных выделению и изучению экстрактивных веществ древесной коры, до сих пор отсутствуют технологии ее комплексной переработки. Актуальность создания таких технологий обусловлена не только необходимостью решения 
экологических проблем, но и экономической целесообразностью производства 
востребованных 
веществ 
для 
медицинской, 
парфюмернокосметической, пищевой и других отраслей промышленности.  
В настоящей монографии описаны способы выделения экстрактивных веществ из коры лиственных и хвойных пород деревьев, произрастающих в Сибири (береза, осина, лиственница, пихта, ель, сосна, кедр), 
представлены данные о химическом составе получаемых продуктов, о перспективных процессах комплексной переработки древесной коры в ценные 
химические вещества и сорбционные материалы, о направлениях использования продуктов переработки древесной коры.