Введение к работе
Актуальность темы. Решение ряда проблем экологии, связанных с сохранением и улучшением среды обитания человека и сельскохозяйственных животных в условиях повышенных техногенных нагрузок, требует разработки новых комплексных интенсивных энергосберегающих технологий (Каныгин П.С., 2009). Интенсификация ряда технологических процессов успешно достигается применением ультразвука, вызывающим в последнее время повышенный интерес, что связано с новыми решениями в области ультразвуковой техники (Хмелев В.Н., 2010). Только ультразвуком (УЗ) удается быстро и без потерь биологической активности экстрагировать из растительного сырья биологически активные вещества (БЛВ) и лекарственные субстанции (Abdullah S. ct al., 2010; Молчанов Г.И., 2009).
УЗ экстракцией, например, удается быстро и эффективно удалить смолу из древесины перед ее ферментативным гидролизом. Смола сосны, полученная методом УЗ экстракции, не подвергается в процессе выделения действию высоких температур и содержит бактерицидный компонент - эфирное масло.
Одним из возможных путей практического применения древесной смолы и других натуральных БАВ, прополиса, например, имеющих смолоподобную консистенцию и плохо растворимых в воде, является их УЗ трансформация в водные суспензии с размерами частиц 0,01-10 мкм. Общая поверхность частиц при этом возрастает, что обеспечивает интегральное повышение биологической активности суспендированной субстанции. Водные суспензии прополиса можно добавлять в кормовые и пищевые композиции, а суспензии всех смолоподобных веществ легко распылить в виде спреев и аэрозолей, нашедших широкое применение в ветеринарии и медицине (Боченин Ю.И., 1970, 1978, 1999, 2002; Петря-нов - Соколов И.С., Сутугин А.Р., 1989; Осипов Л.В., 2003; Ярных В. С, 1972; Derksen F. J. et al., 1996, 1999; Genicot В. et al., 1994).
Трансформации смолы сосны и других смолоподобных соединений в водные суспензии и их использование в составе спреев и УЗ аэрозолей способствует решению проблем повышения сроков хранения кормов, санитарной обра-
4 ботки воздуха помещений целевого назначения, а также утилизации смолы, образующейся в технологической цепочке основного производства.
Даже при длительном контакте со смолой сосны, а также прополисом, имеющим смолоподобную консистенцию, эфирными маслами ряда растений, микроорганизмы практически не вырабатывают резистентности к ним (Motiejun-aite О., Peciulyte D. 2004, Ozcalp В., Ozcan M.M., 2009). Это свойство делает весьма перспективным их использование для снижения обесмененности (в том числе и в присутствии человека) медицинских кабинетов и ветеринарных боксов, складов ветеринарных препаратов, промышленныхномещений, для повышения сохранности кормов без применения химических конссрвантов,(Бораев Х.Б., Волохов И.М., Гольдварг Б.А., 1983.) и, опосредованно, для повышения сохранности поголовья животных и увеличения доли молока для использования в пищевых целях, а также повышение срока хранения пищевых эмульсий, что позволяет существенно снизить их потери, а в перспективе и для использования в комплементарной (поддерживающей) гуманитарной и ветеринарной медицине (Лрмоненко СП., 1997).
Из вышеприведенного следует, что интенсификация УЗ экстракции смолы, трансформация смолы и смолоподобных веществ в форму, удобную для использования в качестве средства для снижения бактериальной обсемененности, представляет собой актуальную проблему.
Работа выполнена в соответствии с планом НИР ОАО «ГосНИИсинтезбелок» (корпорации «БИОТЕХНОЛОГИИ») по теме: «Комплексная переработка лесной продукции».
Цель и задачи исследований. Цель исследований - разработка и сравнительная оценка ультразвуковых методов экстракции сосновой смолы, трансформации смолы и смолоподобных веществ в суспензии, эффективные для снижения микробной обсемененности пищевых и кормовых продуктов, а также в составе спреев для снижения обсемененности воздуха в закрытых помещениях.
В соответствии с поставленной целью в задачи исследований входило:
5 - теорспічески обосновать ультразвуковую интенсификацию экстракции смолы из древесного сырья;
разработать технологические приемы и методы экстракции биологически активных соединений, в частности, смолы из древесного сырья;
разработка экспресс-метода оценки плотности ультразвуковой энергии;
применить УЗ метод трансформации смолы сосны и других смолоподобных биологически активных соединений (прополиса), в водные суспензии;
провести испытание смолоподобного вещества - прополиса, для повышения сохранности пищевых и кормовых эмульсий;
применить суспензию смолы сосны в составе спреев для снижения обсеме-ненности воздуха в закрытых помещениях.
Научная новизна работы. Разработана феноменологическая модель -теоретическая схема ультразвуковой экстракции смолы из древесных опилок, позволившая создать реальную установку с ускорением процесса экстракции более чем в 10 раз.
Разработана эффективная технология экстракции смолы из опилок, представляющая собой двухступенчатый процесс с использованием на первой ступени гидродинамического преобразователя, создающего излучение с широким спектром частот, ускоряющего пропитку экстрагентом, а на второй
- группы оппозитных электромеханических преобразователей, обеспечи
вающих высокую плотность энергии УЗ (10' Вт/м3) и интенсивное извлече
ние смолы из опилок.
Показано, что древесная смола, как и другие тугоплавкие высоковязкие смолоподобные вещества, трансформируются УЗ в водные суспензии, пригодные для их распыления в аэрозоли.
Показано, что УЗ суспензия смолоподобного вещества - прополиса, введенная в состав жировых эмульсий, снижает обсемененность эмульсий в ~ 103 раз и в три раза увеличивает срок их хранения.
Установлено, что спреи, разрешенные для использования в присутствии человека и животных, содержащие с своем составе водные суспензии смолы
б сосны обладают выраженной бактериостатичєской активностью и перспективны для снижения обсемененности воздуха в помещениях.
Разработан экспресс - метод оценки плотности энергии низкочастотного УЗ. (Патент РФ № 2421694 «Устройство для измерения мощности ультразвукового излучения». Бюллетень ФИПС 2011, №17).
Разработаны и испытаны новые ультразвуковые методы интенсификации экстракции (Патент РФ N 2393905 «Способ экстрагирования». Бюл. ФИПС № 19; патент РФ № 2394419 «Способ кондиционирования растительного сырья. Бюл. ФИПС № 20). Использование комбинированного УЗ метода позволяет интенсифицировать и сократить по времени процесс экстракции смолы из древесного сырья в сравнении с методом настаивания;
Практическая значимость. Успешно испытан УЗ метод получения водных суспензий древесной смолы и других тугоплавких смолоподобных веществ (в частности, прополиса) с выраженными бактерицидными свойствами;
Разработан лабораторый регламент ЛР-01-2010 на мелкомасштабное производство препарата: «Смола сосновая пропиленгликолевая экстрактивная», утвержденный заместителем директора по науке ОАО «ГосНИИсинтезбе-лок Е.Р. Давидовым 24. 03. 2010 г. и получено санитарно-эпидемиологическое заключение №77.01.12.915.П.011097.02.10, выданное Федеральной службой по надзору в сфере прав защиты потребителей и защиты человека 26.02.2010, о соответствии этой субстанции санитарным правилам.
Наработаны опытные партии «Смолы сосновой проппленгликолевой экстрактивной» и испытаны на практике в составе спреев для освежения воздуха и снижения его обсемененности (Лкг о внедрении, выданный Генеральными директором ООО «Инвистра» В.С Синицыным 23.03 2010, акт о производственных испытаниях, выданный Генеральными директором ООО «РЕБИОН» О.И. Чубатовой 22.03 2010, См. приложения к диссертации).
Положения, выносимые на защиту.
Эффективная технология экстракции смолы из опилок представляет собой двухступенчатый процесс с использованием на первой ступени гидродинамического преобразователя, создающего излучение с широким спектром частот,
7 ускоряющего пропитку экстрагентом, а на второй - группы оппозитных электромеханических преобразователей, обеспечивающих высокую плотность энергии УЗ (10' Вт/м5) и интенсивное извлечение смолы из опилок.
Древесная смола и другие тугоплавкие высоковязкие смолоподобные вещества трансформируются УЗ в водные суспензии, пригодные для:
введения в состав жировых эмульсий (прополис), что снижает их обсеменен-ность;
их распыления в аэрозоли (спреи), обладающие выраженной бактериостатиче-ской активностью и перспективные для снижения обсемененности воздуха.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 научных работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, получено 3 патента РФ, издана монографическая брошюра.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 133 стр., содержит 7 таблиц, 25 рисунков. Состоит из введения, экспериментальной части, результатов исследования и их обсуждения, заключения и выводов, а также приложений.
