Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Большая часть коры березы представлена лубом (внутренний слой), в состав которого входят танниды (полифенолы) и другие фенольные компоненты – основа дубильных экстрактов. В верхнем слое коры (бересте) находятся ценные биологически активные вещества (БАВ), преимущественно бетулин, который используется в фармацевтической, пищевой промышленности, ветеринарии и др. Выделение экстрактивных веществ (ЭВ) – альтернатива другим методам переработки коры.
Извлечение полифенолов из луба осуществляется в основном спиртовыми растворами гидроксида натрия. При использовании гидроксида калия меняется характеристика получаемого экстракта. С целью снижения затрат на подготовку сырья березовую кору не разделяют на наружный и внутренние слои, однако кинетические закономерности извлечения ЭВ из луба и общей массы коры требуют изучения.
Использование метода СВЧ-экстракции позволяет интенсифицировать процесс выделения БАВ из растительного сырья, существенно сокращает продолжительность процесса.
Выделение БАВ из луба коры березы водно-спиртовым раствором гидроксида калия при экстракции в СВЧ-поле расширяет область применения продуктов, например, в качестве стимуляторов роста и антисептиков при предпосевной обработке семян. Остатки луба после спиртово-щелочной СВЧ-экстракции содержат калий – биогенный элемент, служат добавкой к почве и удобрением.
Цель и задачи диссертационного исследования. Целью
диссертационной работы является разработка процесса и технологии получения биологически активных продуктов из луба березовой коры на основе спиртово-щелочной экстракции в СВЧ-поле.
Для достижения поставленной цели определены следующие задачи:
1) изучить кинетические закономерности процесса экстракции луба
спиртово-щелочными растворами в СВЧ-поле, разработать алгоритм описания
процесса массопереноса;
2) установить влияние основных технологических параметров на процесс
экстрагирования луба в СВЧ-поле и определить оптимальные условия
экстракции для достижения максимального выхода ЭВ;
3) провести сравнение параметров и кинетических закономерностей
экстракции луба (части коры) и коры в целом с целью детальной проработки
операций подготовки сырья;
-
исследовать состав и свойства основного продукта экстракции луба – полифенолов, дать рекомендации по его применению;
-
разработать технологию производства продуктов, содержащих БАВ, из луба березовой коры и провести ее технико-экономическую оценку.
Научная новизна. Разработана методология СВЧ-экстракции луба для
извлечения БАВ с применением водно-спиртового раствора KOH. Определены
оптимальные условия процесса экстрагирования для достижения
максимального выхода при минимальной продолжительности фильтрации. Показаны кинетические закономерности процесса СВЧ-экстракции березовой коры в целом и луба (части коры). Установлены коэффициенты диффузии для различных фракций коры и луба. Впервые исследован химический состав спиртово-щелочных экстрактов луба, полученных СВЧ-экстракцией, с применением современных инструментальных методов.
Практическая ценность. Показано положительное воздействие СВЧ-поля на эффективность извлечения ЭВ из луба: скорость экстракции и выход ЭВ возрастают в 1,5-2,0 раза по сравнению с методом настаивания.
Разработаны основы технологии производства продуктов, содержащих БАВ, из коры березы и выполнена технико-экономическая оценка. Создан проект ТУ о применении подложки из луба березовой коры в качестве удобрения.
Материалы исследований включены в текст лекций по дисциплинам: комплексная химическая переработка растительного сырья, технология ЭВ дерева, технология БАВ; использованы при составлении выпускных квалификационных работ студентов и магистрантов Северного (Арктического) федерального университета им. М.В. Ломоносова, обучающихся по различным направлениям.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на Международных научных конференциях: «Биотехнологии в химико-лесном комплексе» (Архангельск, 2014 г.), «Физикохимия растительных полимеров» (Архангельск, 2015, 2017 гг.), «Новейшие достижения в области инновационного развития в химической промышленности и производстве строительных материалов» (Минск, 2015 г.), «Новейшие исследования в современной науке: опыт, традиции, инновации» (Москва, 2015 г.), «Приоритеты мировой науки: эксперимент и научная дискуссия» (Северный Чарльстон, Южная Каролина, США, 2016 г.), «Технические науки – от теории к практике» (Новосибирск, 2016 г.) и другие.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных трудов, в том числе в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России – 4, в материалах конференций – 10, получен 1 патент.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора литературы, методической части, экспериментальной части, включающей 8 разделов, технологической части и 10 приложений. Работа изложена на 125 страницах машинописного текста, включая 27 рисунков, 37 таблиц и 29 страниц приложений. Библиография содержит 107 наименований.