Способ переработки отходов от экстракции древесной зелени пихты

Способ переработки отходов от экстракции древесной зелени пихты

Реферат

Изобретение относится к способам переработки отходов от экстракции растительного сырья, конкретно - древесной зелени пихты, с получением биологически активных веществ - концентрата сахаров, олигосахаридов, флавоноидов, которые могут быть использованы в качестве кормовой добавки для сельскохозяйственных животных.

Известные способы экстракции древесной зелени пихты органическими растворителями позволяют выделять ценные биологически активные соединения - тритерпеновые кислоты и нейтральные экстрактивные вещества, однако при этом образуются отходы древесной зелени, содержащие остаточные количества органических растворителей - экстрагентов, кроме того, в отходах остаются биоактивные вещества, не извлекаемые органическими растворителями, - сахара, полисахариды, флавоноиды.

Известен способ [RU 2233868] получения биологически активных веществ из древесной зелени пихты, заключающийся в экстракции высушенной древесной зелени смесью изопропилового спирта и воды с отгонкой экстрагента, разделением слоев образующегося концентрата и последующей экстракцией водно-органического слоя неполярным растворителем, в результате чего получают фракцию полярных веществ, а из верхнего органического слоя выделяют сумму тритерпеновых кислот. Недостатком указанного способа является образование отходов древесной зелени пихты с неполным извлечением водорастворимых биологически активных компонентов при экстракции водным изопропанолом, значительные количества растворителя содержатся на упомянутых отходах.

Известен способ переработки древесной зелени пихты [RU 2199861], позволяющий получать биологически активную сумму нейтральных изопреноидов, а также тритерпеновые кислоты, заключающийся в том, что измельченную древесную зелень пихты экстрагируют органическим растворителем, отделяют экстракт, обрабатывают последний водным раствором щелочного агента, отделяют водно-щелочной слой, подкисляют последний и выделяют из него сумму тритерпеновых кислот органическим растворителем. Из оставшегося после щелочной промывки органического слоя экстракта выделяют сумму нейтральных изопреноидов, для чего сначала от экстракта отгоняют растворитель, а затем отгоняют от него в вакууме летучие компоненты пихтового масла при остаточном давлении 0,1 мм рт.ст. при температуре 70-80°С.

Недостатком указанного способа является полное отсутствие экстракции водорастворимых компонентов из древесной зелени пихты, образование отходов древесной зелени пихты, содержащих остатки органического растворителя-экстрагента.

Наиболее близким аналогом является способ получения кормопродуктов из древесной зелени хвойных пород [RU 2032359]. Способ заключается в следующем: предварительно выдержанную в буртах хвойную массу подвергают первичной низкотемпературной экстракции путем воздействия паров бензина и воды с выделением и очисткой низкотемпературного витаминсодержащего концентрата при его нагреве не выше 80-85°С.После чего проводят повторную экстракцию хвойной массы и концентратов при более высокой температуре с получением целлюлозосодержащего остатка, который после пропарки и очистки от примесей бензина в нагретом состоянии выдерживают, перемешивают с ранее выдержанной в буртах древесной массой. Далее ведут тепловую обработку, в процессе которой добавляют ферментно-дрожжевую смесь, а затем при снижении температуры до 50-70°С смешивают полученный продукт с низкотемпературным витаминсодержащим концентратом и направляют для дальнейшей сушки или грануляции.

Недостатком указанного способа является неэффективность использования смеси бензина и воды для экстракции ряда компонентов, в частности кислот (для пихтовой зелени - это в основном тритерпеновые кислоты, содержащие примеси смоляных и жирных кислот). Извлечение из древесной зелени пихты парами бензина и воды ценных компонентов - тритерпеновых кислот неэффективно, поскольку эти соединения имеют низкую растворимость в бензине и воде. В результате использование в качестве экстрагентов для хвойной массы паров бензина и воды не позволяет выделить ценные компоненты древесной зелени пихты - тритерпеновые кислоты.

Недостатком является также тот факт, что проведение совместной экстракции парами воды и бензина не позволяет эффективно извлечь водорастворимые компоненты при температуре 80-85°С, поскольку неэкстрагируемые компоненты, в частности тритерпеновые кислоты, препятствуют транспорту экстрагентов (бензина и воды) в частицах растительного сырья. Последующая экстракция при более высокой температуре (обработка острым паром) приводит к деструкции биологически активных компонентов.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание экологически чистого способа переработки отходов от экстракции древесной зелени пихты с получением биологически активного препарата для использования его в сельском хозяйстве.

Поставленная задача решается способом, в котором отход от производства суммы тритерпеновых кислот (например, по способу, описанному в патенте [RU 2108803]), представляющий собой древесную зелень пихты, проэкстрагированную не смешивающимся с водой растворителем (метил-третбутиловым эфиром) и содержащую остаточные количества растворителя, обрабатывают горячей водой и извлекают сумму сахаров, полисахаридов и флавоноидов.

Экологическая чистота при переработке указанных отходов заключается в предотвращении выбросов паров органических растворителей в атмосферу. Это достигается тем, что водную экстракцию, осуществляемую после слива органического экстракта с древесной зелени, проводят с одновременной отгонкой с водяными парами и конденсацией остаточного растворителя, что позволяет также вернуть существенную долю экстрагента в производство и, соответственно, снизить производственные затраты.

Предлагаемый способ заключается в следующем.

Отход древесной зелени пихты, образующийся после экстракции суммы тритерпеновых кислот (например, по патенту [RU 2108803) растворителем, не смешивающимся с водой (например, метил-третбутиловым эфиром), далее обрабатывают горячей водой и экстрагируют водорастворимые компоненты - флавоноиды, сахара, полисахариды. Экстракт сливают и концентрируют, получают концентрат, используемый в качестве биологически активной кормовой добавки для сельскохозяйственных животных.

На слой древесной зелени пихты после слива органического растворителя и содержащий остаточное количество растворителя загружают воду и при нагреве до 80-90°С отгоняют остаточный растворитель с древесной зелени с водяным паром. Водный экстракт сливают со слоя древесной зелени пихты и концентрируют в вакууме, получают концентрат водного экстракта в виде раствора с содержанием сухого вещества 50-70% или в виде твердого вещества, содержащего сахара, олигосахариды, флавоноиды. Целевой продукт, полученный по заявляемому способу в виде растворов концентрацией 50-70 вес.%, представляет собой вязкие жидкости темно-коричневого цвета, содержащие сахара, олигосахариды, флавоноиды; целевой продукт, полученный по заявляемому способу в твердом виде, представляет собой гигроскопичный коричневый порошок или чешуйки темно-коричневого цвета и является концентратом сахаров, олигосахаридов, флавоноидов.

Заявляемый способ имеет следующие преимущества:

- предварительная экстракция метил-третбутиловым эфиром извлекает из древесной зелени пихты сумму органических компонентов, включая органические кислоты и другие вещества, нерастворимые в бензине и воде. Экстракция водой отхода от экстракции древесной зелени пихты метил-третбутиловым эфиром осуществляется эффективно за счет отсутствия в древесной зелени компонентов, препятствующих транспорту экстрагента (воды) в размолотом растительном сырье. Это позволяет осуществлять извлечение водорастворимых компонентов при температуре 80-90°С;

- проведение водной экстракции в мягких условиях по сравнению с прототипом (вторая стадия экстракции по прототипу - обработка острым паром) дает возможность избежать деструкции биологически ценных веществ древесной зелени пихты и получить препараты, более активные для сельскохозяйственных птиц;

- проведение водной экстракции отходов древесной зелени пихты после экстракции органическим растворителем, не смешивающимся с водой, позволяет получить из отходов, образующихся по известным способам, новый продукт - сумму водорастворимых биологически активных компонентов, которые могут быть использованы в качестве биологически активной кормовой добавки;

- концентрирование экстракта до 50 вес.% и выше или получение твердого экстракта обеспечивает сохранение потребительских качеств продукции в течение продолжительного времени при простых условиях хранения, а также транспортировку его в концентрированном виде к месту непосредственного использования;

- целевой продукт, получаемый как в виде растворов, так и в виде твердого концентрата, легко и в любых соотношениях смешивается с водой, поэтому раствор целевого продукта требуемой концентрации может готовиться на месте использования и не требует специального оборудования;

- способ позволяет утилизировать органический растворитель, остающийся на древесной зелени пихты для повторного технологического использования, что также улучшает экологические параметры процесса.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

К 398 г отхода древесной зелени пихты от получения биологически активной суммы тритерпеновых кислот, образующегося в результате 2-кратной экстракции 227 г древесной зелени пихты метил-трет-бутиловым эфиром по [RU 2108803] и содержащего метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ), добавляют 300 г воды и постепенно нагревают до 80-90°С на водяной бане в течение 3 час, отгоняя остаточный МТБЭ с водяным паром, всего собирают 230 мл МТБЭ. Водный экстракт сливают со слоя древесной зелени пихты и концентрируют в вакууме водоструйного насоса при температуре 60-80°С, получают 100 г водного экстракта с содержанием сухого вещества 20%.

Пример 2.

В аппарате для экстракции с рубашкой содержится 139 кг отхода от получения биологически активной суммы тритерпеновых кислот, концентрата нейтральных изопреноидов и пихтового масла по [RU 2006138542 от 31.10.2006]. Отход представляет собой слой экстрагированной древесной зелени пихты, содержащий МТБЭ и образующийся в результате 2-кратной экстракции 80 кг древесной зелени пихты МТБЭ. В аппарат добавляют 220 л воды.

Подачей пара в рубашку нагревают содержимое аппарата, при этом происходит отгонка МТБЭ с водяным паром. Отгоны конденсируют в холодильнике-конденсаторе и собирают в приемнике. Всего собирают 80 л МТБЭ. Водный экстракт сливают в горячем виде (60-65°С) и концентрируют в вакууме при температуре 60-80°С, получают 34,2 кг концентрата водного экстракта с содержанием сухого вещества 20%.

Содержание флавоноидов в пересчете на рутин (определялось спектрофотометрически с AlCl₃) составляет 95 мг/100 г; массовая доля гидролизуемых сахаров в пересчете на сахарозу составляет 6% (определялось титриметрически с реактивом Фелинга), массовая доля олигосахаридов (определялась гравиметрически по осаждению спиртом) составляет 11%.

Пример 3.

В аппарат, содержащий слой древесной зелени пихты после слива настоев МТБЭ (вес отхода, полученного по [RU 2108803], составляет 139 кг, включая отработанную зелень пихты и остаточный МТБЭ), заливают 220 л воды. Подачей пара в рубашку постепенно нагревают содержимое аппарата до 80-90°С, при этом происходит отгонка МТБЭ с водяным паром. Отгоны конденсируют в холодильнике-конденсаторе и собирают в приемнике. Всего собирают 80 л МТБЭ.

Водный экстракт сливают в горячем виде (60-65°С) и концентрируют в вакууме при температуре 60-80°С, получают 13,7 кг концентрата с содержанием сухого вещества 50%.

В аппарат с пихтовой зеленью загружают повторно 300 л воды и нагревают до 80°С в течение 3 час. Экстракт сливают в горячем виде и отправляют на концентрирование в вакууме, как описано выше. Получают 6,0 кг концентрата с содержанием сухого вещества 50%.

В аппарат в третий раз загружают 300 л воды и нагревают до 80-90°С содержимое аппарата в течение 3 час. Экстракт сливают в горячем виде и концентрируют в вакууме. Получают 2,1 кг концентрата с содержанием сухого вещества 50%. Фракции концентрата, полученные от трех экстракций, объединяют и получают 21,7 кг концентрата водного экстракта с содержанием сухого вещества 50%.

Содержание флавоноидов в пересчете на рутин (определялось спектрофотометрически с AlCl₃) составляет 235 мг/100 г; массовая доля гидролизуемых сахаров в пересчете на сахарозу составляет 14% (определялось титриметрически с реактивом Фелинга), массовая доля олигосахаридов (определялась гравиметрически по осаждению спиртом) составляет 27%.

Пример 4.

В аппарат, содержащий слой древесной зелени пихты после слива настоев МТБЭ (вес отхода, полученного по [RU 2108803], составляет 139 кг, включая отработанную зелень пихты и остаточный МТБЭ), заливают 220 л воды. Подачей пара в рубашку постепенно нагревают содержимое аппарата до 80-90°С, при этом происходит отгонка МТБЭ с водяным паром. Отгоны конденсируют в холодильнике-конденсаторе и собирают в приемнике. Всего собирают 80 л МТБЭ.

Водный экстракт сливают в горячем виде (60-65°С) и концентрируют в вакууме при температуре 60-80°С, получают 13,7 кг концентрата с содержанием сухого вещества 50%.

В аппарат с пихтовой зеленью загружают повторно 300 л воды и нагревают до 80°С в течение 3 час. Экстракт сливают в горячем виде и отправляют на концентрирование в вакууме, как описано выше. Получают 6,0 кг концентрата с содержанием сухого вещества 50%.

В аппарат в третий раз загружают 300 л воды и постепенно нагревают до 80-90°С содержимое аппарата в течение 3 час. Экстракт сливают в горячем виде и концентрируют в вакууме. Получают 2,1 кг концентрата с содержанием сухого вещества 50%. Фракции концентрата, полученные от трех экстракций, объединяют и получают 21,7 кг концентрата с содержанием сухого вещества 50%.

Объединенный концентрат водного экстракта, полученный в результате 3 экстракций в количестве 21,7 кг и содержащий 50% сухого вещества, загружают в вакуумный сушильный шкаф и высушивают в вакууме 0,1-0,2 ата при 50-60°С до образования стеклообразной массы темно-коричневого цвета. Полученную массу 10,9 кг измельчают и затаривают в герметичные полиэтиленовые мешки.

Содержание флавоноидов в пересчете на рутин (определялось спектрофотометрически с AlCl₃) составляет 450 мг/100 г; массовая доля гидролизуемых сахаров в пересчете на сахарозу составляет 30% (определялось титриметрически с реактивом Фелинга), массовая доля олигосахаридов (определялась гравиметрически по осаждению спиртом) составляет 52%.

Пример 5. Хранение концентратов водного экстракта.

1. Экстракт, полученный согласно примеру 1 (20% сух. в-ва), хранится в холодильном шкафу при +5°С в течение длительного времени без изменения внешнего вида и свойств. При хранении в открытой нестерильной таре при температуре 20°С в течение 3 суток на поверхности экстракта отмечено появление колонии плесневых грибов.

2. Экстракт, полученный согласно примеру 2 (50% сух. в-ва), хорошо сохраняется без изменения внешнего вида и свойств при комнатной температуре в течение полугода.

Влияние кормовой добавки на развитие и зоотехнические показатели сельскохозяйственной птицы

Пример 6.

Исследования проводили совместно с Институтом животноводства СО РАХН на курах-молодках.

Опыты были проведены в лабораторных условиях на молодняке кросса «ИЗА-F-15». Экстракт задавали в виде водного раствора из расчета 5, 10, 25, 50 и 100 мкг сухого вещества на 1 кг живого веса. Экстракт задавали однократно с 1 по 20-тый день жизни. Дачу экстракта осуществляли путем выпаивания животным опытной группы. В контроле экстракт животным не давали. Количество голов в опытных и контрольных вариантах - 100-200. Повторность эксперимента - 4-кратная.

В экспериментах было показано, что экстракт пихты сибирской положительно влияет на развитие цыплят, повышает их сохранность и продуктивность (Табл. 1). При этом было отмечено, что наибольшую эффективность экстракт оказывает в дозах от 25 и выше мкг на кг живого веса.

Таблица 1
Влияние водного экстракта пихты сибирской на зоотехнические показатели кур-молодок
Показатели	Варианты опыта
Контроль	Опыт, дозы экстракта, мкг/кг
5	10	25	50	100
Сохранность, %	88,0±5,7	90,1±2,3*	92,4±2,2*	95,4±2,8**	97,6±2,6**	99,0±1,7**
Однородность, %	80,0±4,3	84,6±3,1*	88,2±2,9*	90,1±2,3**	91,0±2,0**	92,0±1,2**
Продуктивность в 140 дней, %	48,0±3,5	55,7±3,9*	58,1±2,9	61,7±3,2	62,4±3,0	65,2±3,1
Насечка в 140 дней, %	0,4±0,05	0,2±0,02*	0,025±0,01**	0**	0**	0**
* и ** - отмечены опытные варианты, достоверно отличающиеся на 0,5%- и 0,1%-ном уровне значимости от контрольных вариантов соответственно.

Пример 7.

В производственных условиях изучали влияние экстракта пихты сибирской на сохранность и развитие цыплят-бройлеров кросса РОСС 308. Экстракт задавали цыплятам по следующей схеме: с 1 по 10 день жизни из расчета 50 мкг на кг живого веса, с 15 по 20 день - 25 мкг на кг живого веса, с 25 по 30 день - 10 мкг на кг живого веса и с 35 по 40 день - 5 мкг на кг живого веса. Дачу экстракта осуществляли путем добавления в корма. В контрольных вариантах экстракт животным не давали. Количество поголовья в опытных и контрольных вариантах - 25000 - 30000. Повторность эксперимента - 3-кратная.

В результате работы было установлено, что дача экстракта приводит к повышению сохранности, стимулирует развитие и повышает продуктивность цыплят при одновременном повышении конверсии корма (Табл. 2).

Таблица 2
Влияние экстракта пихты сибирской на зоотехнические показатели цыплят-бройлеров
Показатели	Варианты опыта
Контроль	Экстракт
Сохранность, %	92,1±3,2	96,7±2,0**
Средний вес 1 головы в начале периода выращивания, г	42,2±4,3	40,3±3,7
Средний вес 1 головы в конце периода выращивания, г	1689,7±134,7	1986,1±78,9**
Среднесуточные привесы, %	41,2±2,5	48,6±1,9**
Выход тушек 1 категории, %	81,3±5,1	92,3±2,9**
Конверсия корма	1,71±0,7	1,51±0,6
Индекс продуктивности	221,9±9,2	311,2±2,6

Способ переработки отходов от экстракции древесной зелени пихты органическим растворителем, несмешивающимся с водой, предусматривающий экстрагирование, отличающийся тем, что экстракцию осуществляют путем добавления в отход воды и нагревания до температуры 80-90°С в течение 3 ч с одновременной отгонкой остаточного растворителя на слое пихты с водяным паром, полученный водный экстракт концентрируют в вакууме при температуре 60-80°С с получением концентрата водного экстракта в виде раствора с содержанием сухого вещества 50-70% или в виде твердого вещества в качестве добавки для сельскохозяйственных животных.