WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 12 |

На правах рукописи

ИсаеваЕлена Владимировна

КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКАВЕГЕТАТИВНОЙ ЧАСТИ ТОПОЛЯ БАЛЬЗАМИЧЕСКОГОС ПОЛУЧЕНИЕМ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХПРОДУКТОВ

05.21.03 – Технология иоборудование химическойпереработки

биомассы дерева; химиядревесины

Автореферат на соисканиеученой степени

доктора техническихнаук

Красноярск-2008

Работа выполнена накафедре химической технологии древесины ибиотехнологии в ГОУ ВПО «Сибирскийгосударственный технологическийуниверситет», г. Красноярск

Научный консультант

доктор технических наук,профессорРязанова Татьяна Васильевна

Оппоненты

доктор химических наук,профессорРощин Виктор Иванович

доктор технических наук,профессорВойнов Николай Александрович

доктор технических наук,профессорЗолотарева Анна Мефодьевна

Ведущая организация:ГОУ ВПО «Уральский государственныйлесотехнический университет»

Защитасостоитсяв 10.00 ч на заседании диссертационногосовета Д 212.253.01 в ГОУ ВПО «Сибирскийгосударственный технологическийуниверситет» по адресу: 660049, г. Красноярск,пр. Мира, 82

С диссертацией можноознакомиться в библиотеке Сибирскогогосударственного технологическогоуниверситета

Отзывы в двухэкземплярах с заверенными подписямипросьба направлять в адрес ученогосекретаря диссертационного совета поадресу: 660049, г. Красноярск, пр. Мира, 82.

Автореферат разослан«» 2009г.

Ученый секретарь

диссертационногосоветаРубчевская Л.П.

Актуальностьисследования. В России многиевиды растений издавна при-меняются впромышленности, сельском хозяйстве, атакже медицине, но большая их частьпредставляет пока еще не раскрытый резерв.Уникальным источ-ником природныхсоединений являются экстрактивныевещества, извлекаемые из элементов дерева(древесины, хвои, листвы, пней, коры).Естественная возобновляемость делаетдревесные растения неисчерпаемым сырьемдля производства биологически активныхвеществ. Они, как правило, биоразрушаемы ибезвредны как для фауны, так и для флоры.Вследствие этого продукты на их основепредпочтительнее используемых в настоящеевремя высокотоксичных продуктов большойхимии.

В этом направленииинтерес представляют растения рода Populus семей-ства ивовыхSalicaceae какисточник веществ, обладающих широкимспектром биологической активности(флавоноиды, жирные кислоты, терпеноиды).Интерес к тополю объясняется егобиологическими особенностями ихозяйственной ценностью. Избиолого-технических особенностей важноотметить быстроту роста и продуктивность,что с одной стороны, объясняет причинуинтереса к тополю, а с другой показываетего потенциальные возможности.Интенсивность жизнедеятельноститополей выше, чем у березы и другихдревесных пород. Об этом свидетельствуетскорость протекания основныхфизиологических процессов – фотосинтеза итранспирации. Таким образом, скоростьроста надземных органов, мощное развитиекорневой системы, транспирирующей ифотосинтезирующей поверхности листьевсвидетельствуют о большой устойчивости,высокой продуктивности и обисключительной конкурентной способноститополя по сравнению с медленно растущимирастениями.

Несмотря на то, чтовегетативная часть тополя являетсядоступным, легко возобновляемым и богатымбиологически активными веществами сырьем,комплексной технологии переработкиданного сырья не существует. Очевиднымпрепятствием ее созданию являетсянедостаточная изученность химическогосостава. Поэтому, выделение и установлениестроения биологически активных веществ извидов рода Populus является актуальным, а созданиетехнологии комплексной переработкиданного вида сырья - целесообразным.

Изложенные вдиссертации результаты получены в ходевыполнения работ по республиканскойпрограмме «Комплексное использование ивоспроизводство древесного сырья»,инновационным программам «Утилизациярастительных отходов» и «Переработкарастительного сырья, и утилизацияотходов».

Цель работы. Разработка концепциии технологии ресурсосберегающейкомплексной переработки вегетативнойчасти тополя бальзамического с полу-чениемвеществ, обладающих биологическойактивностью.

Общие задачи:

- установить химическийсостав сырья и закономерности егоизменения, связанные с внутривидовойизменчивостью, местом произрастания ифазой роста растения;

- изучить динамикусодержания групп веществ и индивидуальныхсоеди-нений в элементах вегетативной частитополя бальзамического, как важнейшегофактора, определяющего качественныйсостав и выход целевых продуктов;

- исследовать групповойи индивидуальный состав эфирных масел,спиртового и СО2 - экстрактов;

- установитьособенности химического состававегетативной части тополя бальзамическогои разработать рекомендации по срокам еепромышленной заготовки;

- изучить влияниеосновных технологических факторов навыход и состав экстрактивных веществ ипровести оптимизацию процессов извлеченияэкст-рактивных веществ из вегетативнойчасти тополя бальзамического;

- изучить состав исвойства полученных продуктов иустановить пути их использования;

- исследовать составпослеэкстракционного остатка и определитьвозмож-ные направления егоутилизации;

  • на основерезультатов изучения химическогосостава вегетативной части тополябальзамического, свойств отдельных егогрупп веществ и выявленныхзакономерностей их изменения поддействием технологических факторов,раз-работать теоретические основыресурсосберегающей комплекснойпереработки вегетативной частитополя;

- разработать технологиюкомплексной переработки вегетативнойчасти тополя и нормативную документацию.Провести апробацию технологии ипро-дукции.

Научнаяновизна. Предложенаконцепция ресурсосберегающейкомп-лексной переработки вегетативнойчасти тополя бальзамического с получени-емвеществ, обладающих биологическойактивностью, вносящая вклад в решениеважной народно-хозяйственной проблемырационального использованиярастительного сырья.

Впервые показанызакономерности изменения химическогосостава экст-рактивных веществвегетативной части тополя в ходе годовогоцикла. Уста-новлены особенностихимического состава тополябальзамического, произрас-тающего вСредней Сибири. Показано, что он отличаетсяот тополей данного вида, произрастающих вдругих регионах, большим содержаниемэфирных масел и меньшим флавоноидов.Отличительной особенностью эфирных маселявляется высокое (до 90 %) содержаниесесквитерпеноидов, с преобладаниемэвдесмола и бизаболола, наличие2-фенилэтил-2-метилбутаноата инебензоидного ароматическогоуглеводорода аромадендрена; а такжефлавоноидов - меньшее содержаниепиностробина и большее халконов.

Установлено влияниевида тополя и места произрастания насостав липи-дов. Показано, что дляразного вида тополей Средней Сибирихарактерно вы-сокое содержаниегликолипидов, а также наличие веществ,обладающих А, F и Р - витаминной активностью.Предложены методы их выделения. Впервые извегетативной части тополя бальзамическоговыделены воскообразные вещества и изученыих свойства.

Осуществлен подборусловий извлечения экстрактивных веществиз веге-тативной части тополя,обеспечивающих высокий выход эфирныхмасел и спирторастворимыхкомпонентов.

Получены новые сведенияоб антифунгальной, бактерицидной ииммуно-стимулирующей активности эфирныхмасел и спиртового экстракта.

Показана возможностьутилизации послеэкстракционного остаткавегетативной части тополя методомбиоконверсии, и установлено влияниевоздействия ферментативного комплексагрибов рода Trichoderma на лигноуглеводный комплексостатка.

Впервые полученСО2-экстракт извегетативной части тополя. Установле-но,что экстрагент обладает селективностью поотношению к углеводородам, сложным эфирами спиртам.

Показано, чтовегетативная часть тополя бальзамическогоможет быть использована в качестве сырьядля получения белковых кормовых добавок.

Результаты являютсяосновой для создания комплекснойтехнологии переработки вегетативной частитополя с получением биологически активныхвеществ.

Достоверность научныхположений, выводов ирекомендаций обеспечена использованием вработе проверенных методов эксперимента исовременной аналитической техники,согласованностью подходов к процессуфракциониро-вания сложных смесейлабильных органических соединений собщенаучными положениями, а такжестатистической обработкойрезультатов.

Практическаязначимость. Технологическиерешения запатентованы, апро-бированы накрупно-лабораторной и полупромышленнойустановках и откры-вают реальнуювозможность эффективного использованиявегетативной части тополя. Разработаннаятехнология предусматривает прижизненноеиспользова-ние тополя.

Получены опытные партиипродукции и проведено их испытание.Разрабо-тана нормативная документация.Исходные данные для проектированияпереда-ны в ОАО «Лесосибирскийканифольно-экстракционный завод».

Полученные результатывносят существенный вклад в решениепроблемы комплексного использованиярастительной биомассы и представляютинтерес, как для химической технологии ибиотехнологии, так и для химиидревесины.

Основные положения,выносимые на защиту.Концепция ресурсосберега-ющейкомплексной переработки вегетативнойчасти тополя бальзамического с получениемвеществ, обладающих биологическойактивностью.

Химический состав сырьяи закономерности его изменения, связанныес внутривидовой изменчивостью, местомпроизрастания и фазой роста растения.

Индивидуальный составэфирных масел, спиртового и СО2 – экстрактов извегетативной части тополябальзамического.

Особенности влияниятехнологических факторов на состав исвойства продуктов.

Технико-экономическоеобоснование комплексной переработкивегетатив-ной части тополябальзамического.

Апробация работы. Результаты работыпредставлялись на 6-ой межреспуб-ликанскойшколе-семинаре «Исследования в областихимии древесины» (Рига, 1991); всесоюзныхнаучно-практических конференциях«Производство кормо-вых и биологическиактивных продуктов из отходовнизкокачественного древе-

сного сырья»(Красноярск,1990); «Использование ивосстановление ресурсовангаро-енисейского региона» (Красноярск,1991,1992);«Проблемы химико-лесного комплекса»(Красноярск, 1994, 1995, 1997, 1999, 2001,2004);Международной конференции ЮФРО«Эколого-физиологические аспектыксилогенеза хвойных» (Красноярск,1997); Х1международной конференции молодых ученыхпо химии и химической технологии «МКХТ-97»(Москва,1997); краевой научной конференции«Экологические проблемы Красноярскогокрая» (Красноярск, 1997); Ш международномсовещании «Лесохимия и органическийсинтез» (Сыктывкар, 1998); всероссийскихнаучно-практических конференциях: «Новыедостижения в химии и химической технологиирастительного сырья» (Барнаул, 2005, 2007);«Лесной и химический комплексы. Проблемы ирешения» (Красноярск, 2005); 1Х международнойшколе-конференции «Экология Южной Сибири исопредельных территорий» (Абакан, 2005);«Химия и химическая технология в XXI веке»(Томск, 2006).

Публикации. По вопросам, относящимся к темедиссертационной работы, опубликовано 46научных работы, из них 12 статей в журналахПеречня ВАК,1 учебное пособие; патент иавторское свидетельство.

Личный вкладавтора : постановка проблемы,теоретическое обоснование задач иметодологии подхода к их решению,непосредственное выполнениеэкспериментальных исследованиях,интерпретация полученныхрезультатов.

Место проведенияисследований. Работавыполнена на кафедре химичес-койтехнологии древесины и биотехнологииСибирского государственноготех-нологического университета приучастии д.т.н. Рязановой Т.В., к.т.н. ЧупровойН.А., к.б.н. Литовка Ю.А. и аспирантов автораПодольской Т.М., Рейсер Г.А., Ложкиной ГА.Исследования методом ВЭЖХ ихромато-масс-спектрометрии выполнены вНовосибирском институте органическойхимии СО РАН при участии д.х.н. Ткачева А.В.,к.х.н. Морозова С.В.

Объем и структурадиссертации. Диссертациясостоит из введения, анали-тическогообзора, 7 глав, выводов, спискаиспользованной литературы из 370наименований и приложений. Материализложен на 360 с., включая 70 рисунков и 90таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕРАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность разработкитехнологии комплексной переработкивегетативной части тополя, сформулированыцель и задачи исследований.

В первой главе рассмотрено состояние исследованийсостава и вопросы переработки биомассыдревесных растений и, в частности, ихвегетативной части. Как следует изаналитического обзора, сведения охимическом составе рода Populus носятфрагментарный характер. Достаточноподробно изучен химический составфитомассы Populustremula. Сведениядля других видов тополей отсутствуют илиносят ограниченный характер. Нет данных поизменению содержания отдельныхкомпонентов в процессе годового цикларазвития дерева, практически отсутствуютсведения о липидах тополя. Наиболееизученными группами соединений являютсяфлавоноиды и эфирные масла. Данные об ихсоставе неполные, иногда противоречивые,что, очевидно, связано с местом и условиямипроизрастания, индивидуальнойособенностью дерева. Сравнительнонебольшое число работ имеет ценность дляпрактического использования элементоввегетативной части тополя бальзамическогокак сырья. В тоже время, известные данные побиологической активности веществ,входящих в состав биомассы тополя,позволяют сделать вывод о перспективностипереработки сырья экстракционнымиметодами, с последующим разделениемвыделенных смесей органических соединенийна ряд продуктов с высокой физиологическойи биологической активностью.

В настоящее времяотсутствуют работы по комплексномуиспользованию биомассы тополя. Длясоздания технологии ресурсосберегающейкомплексной переработки вегетативнойчасти тополя необходимо более глубокоеизучение химического состава ее элементов,свойств отдельных групп веществ, выявлениезакономерностей их изменения поддействием природных и технологическихфакторов; решение вопросов утилизацииотходов, образующихся в результатеизвлечения из сырья экстрактивных веществ.Все это ставит задачу проведения целогоряда различающихся по характеруисследований, которые позволят получитьнеобходимые сведения о затронутыхаспектах проблемы.

Методы проведенияэкспериментов.Экспериментальные работы проводи-лисьавтором в период 1987-2007 гг. Объектомизучения служила вегетативная частьтополя бальзамического (Populusbalzamifera L.), а также продукты,полученные при ее переработке. В работеиспользовали растительный материал изкультурных насаждений городов и поселковКрасноярского края и Хакасии. Исследованиехимического состава элементоввегетативной части тополя и продуктов еепереработки осуществлялось по стандартнымдля химии расти-тельного сырья методикам исхемам анализа, принятым в даннойэксперимен-тальной области. Дляисследования группового и индивидуальногосостава ве-ществ, установления структурыотдельных компонентов использованыхрома-тографические и спектральные методыанализа: ТСХ, ГЖХ, ВЭЖХ,хромато-масс-спектрометии, ПМР, УФ- иИК-спектрометрии и др.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 12 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»