Введение к работе
Актуальность темы. Экстрактивные вещества древесины — обширный ряд до конца не изученных веществ, выполняющих разнообразные важные функции в жизненном цикле дерева. Уникальный состав экстрактивных веществ, зависящий от породы древесины, давно привлекает внимание химиков, и, особенно, медиков. Многие из этих веществ являются биологически активными.
В связи с ухудшением экологической обстановки и ростом сердечнососудистых, онкологических и других заболеваний века возникла острая необходимость в их профилактике, в том числе с помощью биокорректоров питания. Особое значение приобретает поиск новых и расширение производства известных, применяемых для этих целей биологически активных веществ (БАВ). Биологически активные компоненты экстрактивных веществ древесины могут оказаться весьма эффективными при решении проблемы профилактики «болезней века». Существующие объемы производства БАВ из экстрактивных веществ древесины невелики и ограничены, как ввиду низкого содержания в древесине большинства пород умеренной климатической зоны (от 2 до 4%) и малого содержания индивидуальных БАВ в экстрактивных веществах (как правило, менее 0,1%), так и по ассортименту.
Мощным источником смолистых веществ, составляющих значительную часть экстрактивных веществ древесины, является широко развитая в мире целлюлозно-бумажная промышленность. Эта отрасль промышленности потребляет огромное количество разнообразных хвойных и лиственных пород древесины, перерабатывая их на целлюлозу, главным образом сульфатным способом. В процессе получения целлюлозы смолистые вещества древесины активно переходят в сульфатный щелок и концентрируются в сыром сульфатном мыле. Сульфатное мыло содержит натриевые соли жирных и смоляных кислот и, так называемые, неомыляемые вещества. Последние составляют от 7 до 30% от массы абс. сух. мыла и представляют собой многокомпонентную смесь из нейтральных и собственно неомыляемых веществ, в том числе обладающих биологической активностью. В существующих лесохимических цехах целлюлозных заводов из сульфатного мыла получают талловое масло, из которого дистилляцией или ректификацией выделяют целевые продукты. Неомыляемые вещества затрудняют, а при содержании выше 15% от массы абс. сух. сульфатного мыла -препятствуют квалифицированной переработке таллового масла.
К началу данной работы систематические и углубленные исследования по определению компонентного состава неомыляемых веществ сульфатного мыла, содержанию в них БАВ, а также перспективные технологические решения по выделению из неомыляемых веществ ценных продуктов в литературе отсутствовали. Тема диссертаций направлена на решение важной научно-технической проблемы по расширению направлений квалифицированного использования древесины в целлюлозно-бумажной промышленности за счет применения наукоемких технологических решений по выделению биологически активных веществ из сульфатного мыла с одновременным получением новых сопутствующих и традиционных лесохимических продуктов и является актуальной.
Цель работы и задачи исследования. Цель диссертации - научное обоснование и разработка ресурсосберегающей, экологически надежной технологии получения биологически активных и сопутствующих продуктов из сырого сульфатного мыла и определение направлений их использования.
В соответствии с целью диссертационной работы решались следующие задачи:
научное обоснование сырьевой базы для производства биологически активных продуктов из древесины России;
определение состава смолистых веществ древесины Сибири, черных
щелоков и целлюлозы от ее варки; , ,
перспективы получения БАВ из неомыляемых веществ сульфатного мыла от варки различных пород древесины;
синтез производных р-ситостерина;
технология получения фитостерина и сопутствующей продукции из талловых продуктов: комплексная технология хвойного сульфатного мыла; экстракционная технология очистки сульфатного мыла и таллового пека; технология побочного продукта фитостерина (ППФ) и регенерации. растворителей;
особенности влияния неомыляемых веществ и технологии переработки сульфатного мыла на выход и качество талловых продуктов;
применение, апробация и. экономическая эффективность БАВ и сопутствующих продуктов из сульфатного мыла.
Научная новизна работы состоит в раскрытии биологической активности компонентов неомыляемых веществ сульфатного мыла, создании Научных основ технологии получения биологически активных веществ и сопутствующих им продуктов из сырого сульфатного мыла и определении направлений их использования.
Получены, обобщены и систематизированы данные по химическому составу неомьшяемых веществ, фитостерина и р-ситостерина в сульфатном мыле и талловых продуктах целлюлозно-бумажных предприятий России; смолистых веществ древесины Сибири, черных щелоков и целлюлозы от ее варки. Научно обоснована сырьевая база для расширенного производства традиционной лесохимической продукции, новых БАВ и сопутствующих им продуктов и перспективная - для строительства новых лесохимических цехов при развитии целлюлозно-бумажной промышленности в Сибири.
Установлено, что химический состав индивидуальных компонентов неомыляемых веществ сульфатного мыла может служить таксонометрическим признаком породного состава древесины, использованной для варки.
Доказано, что неомыляемые вещества сульфатного мыла являются ценным органическим сырьем; сульфатное мыло и талловый пек -стабильными источниками стериновых продуктов, независимо от породы древесины, использованной для варки целлюлозы; сульфатное мыло от варки березовой; древесины — источником фитостерина и бетулина. Экспериментально подтверждена научная концепция дополнительного получения ряда перспективных БАВ из неомыляемых веществ сульфатного мыла: сквалена, бетулопреполов, лариксола, эфиров пиносильвина, цембрановых соединений.
На основе Р-ситостерина синтезированы сложные эфиры с алифатическими и карбоновими кислотами (формиат, ацетат, бензоат, нитробензоат), цис-диол, транс-триол и водорастворимые производные, представляющие собой полупродукты для получения гормональных препаратов, гиполипидемических средств, витамина Д.
Созданы научные основы комплексной технологии получения биологически активных и сопутствующих продуктов из сульфатного мыла, базирующейся на знании химического состава неомыляемых веществ сульфатного мыла от варки различных пород древесины.
Практическая значимость работы
На технологические решения, составы продуктов и их применение получено 56 авторских свидетельств СССР и 14 патентов России. .
Разработана ресурсосберегающая и экологически надежная технология, позволяющая комплексно перерабатывать сырое сульфатное мыло с получением биологически активных и сопутствующих продуктов: очищенного фитостерина, осветленного фитостерина, р-ситостерина, нейтрола (КНВ), очищенного сульфатного и пекового мыла (ППФ, ППФ-2 и ППФ-3).
J! Л
Определены основные направления использования новой
лесохимической продукции из сульфатного мыла: стериновых продуктов, бетулина и иейтрола - в медицине, косметологии и . пищевой промышленности; бетулина и фитостерина - в целлюлозно-бумажной промышленности; очищенного мыла (ППФ - ППФ-3) в строительной индустрии, для флотации . руд;, нейтрола - в производстве древесноволокнистых плит, жирующих паст, смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ). Проведена апробация продуктов в профильных учреждениях, промышленные партии продукции реализованы потребителям.
Разработана и утверждена в установленном порядке нормативно-техническая документация на технологию и все виды новой лесохимической продукции (исходные данные на проектирование, технологические регламенты, технические условия, рекомендации на применение).
Оптимизированы процессы очистки фитостерина-сырца (выход очищенного фитостерина 87,5± 2,5% от стеринов сырца), щелочного гидролиза таллового пека для получения фитостерина (максимальное содержание фитостерина в пеке - 12,5%), исчерпывающей экстракции неомыляемых веществ из сырого сульфатного и пекового мыла различными органическими растворителями до остаточного содержания неомыляемых веществ и фитостерина в очищенном мыле - менее 1%.
Определено влияние неомыляемых веществ и технологии переработки сульфатного мыла на выход и качество талловых продуктов. Экспериментально доказано, что выделение неомыляемых веществ позволяет получать, наряду с новой лесохимической продукцией, традиционные талловые продукты из очищенного сульфатного мыла по существующим в промышленности технологическим схемам. Установлено, что. экстракционная технология позволяет очистить сульфатное мыло от варки различных пород древесины, тогда как технология кристаллизации фитостерина-сырца имеет ограничения и применима только для сульфатного мыла от варки древесины сосны и ели.
Концепция получения и использования биологически активных и сопутствующих продуктов из сульфатного мыла явилась научной основой комплексной переработки различного растительного сырья с получением БАВ и определения направлений их использования в медицине, косметологии, различных областях техники.
Разработанные схемы и методы анализа, способы выделения БЛВ применяются для изучения состава древесины и продуктов ее сульфатной варки, определения таксонометрических признаков сырья, для создания
технологии и получения лабораторных образцов БАВ с целью изучения их . биологической активности и могут использоваться в учебных программах для студентов фармацевтических, лесотехнических и сельскохозяйственных учебных заведений.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и были обсуждены на: Международном симпозиуме «Строение, свойства и качество древесины — 2004», СПб., 13... 16 окт. 2004; УП Российском национальном конгрессе «Человек и лекарство», М., 10...14 апр. 2000; XI НІЖ «Здравоохранение 2002», М, 2...6 дек. 2002; Медико-фармацевтическом форуме «Аптека-2002», М., 2...6 окт. 2002; V-УП Славяно-Балтийских научных форумах «СПб.-Гастро», 2002...2005 г.г.; НПК СЗ региона «Чернобыль - 10 лет спустя», СПб., 24...25 апр. 1996; П региональной НПК по результатам применения БАД в комплексном лечении различных заболеваний, 27...28 апр. 1999, Н. Новгород; НТК ХТФ 2004 г., на научно-технических конференциях ХТФ ЛТА и ЦНИЛХИ в 1960...1980-ХГ.Г.
Внедрение. Результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены на опытно-промышленных и промышленных установках: Кехраского ЦБК (г. Кехра, Эстония, 1964...1970 г.г.); Соломбальского ЦБК (г. Архангельск, 1981...1986 г.г.); Опытного завода ЦНИЛХИ (Н. Новгород, 1966...1991 г.г.); Выруского лесокомбината (Эстония, 1978...1991 г.г.); Чимкентского химико-фармацевтического завода (ЧХФЗ) - Казахстан, 1983...1991 г.г.; НПФ «Фитолон» (СПб., 1992...2006 г.г.); Щелковского химкомбината ВНИИХСЗР (Московская обл., 1984...1991 г.г.); Архангельского опытного водорослевого комбината (г. Архангельск, 1983...2006 г.г.), ПО «Апатит» (г. Киров Мурманской обл., 1990 г.), на косметических фабриках (ВТО, «Дзинтарс», «Иверия» и других, 1965...1991г.г.); созданы технологические регламенты на производство фитостерина-сырца для Кехраского ЦБК (мощность по фитостерину-сырцу - 0,6, 5 и 20 т/год); Соломбальского ЦБК (мощность по стериновым продуктам -Ти 200 т/год), ЧХФЗ (300 т/год сульфатного мыла и 3 т/год фитостерина); «Исходные данные для проектирования» цеха на Сыктывкарском ЛПК (мощность 9000 т/год сульфатного мыла, лиственный поток).
Публикации. Основные материалы диссертации изложены в 2 монографиях, 5 брошюрах, 50 научных статьях, 14 патентах РФ и 56 авторских свидетельствах СССР на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 300
