Древесная зелень: универсальная безотходная технология

  Несмотря на то, что общая фитомасса российских лесов огромна - 56 млрд. тонн (в том числе до 3 млрд. тонн древесной зелени), страна испытывает значительные трудности в обеспечении отраслей народного хозяйства древесиной и продукцией ее переработки. При традиционных способах заготовки и переработки древесного сырья, крайне низок уровень его использования - 25…30% общего запаса биомассы дерева.
  Биомасса дерева состоит из разнообразных по строению и потребительским свойствам компонентов: стволовая древесина - 55; кора - 15; ветви, вершины, хвоя (листья) - 16; корни - 11; пни - 3%. В общем балансе отходов, образующихся в отраслях лесного комплекса, на долю элементов кроны приходится ежегодно 60…70 млн. куб. м, в том числе 20…30 млн. тонн древесной зелени (ДЗ).
  Древесная зелень - специфический вид лесного сырья, в составе которого преобладают живые клетки хвои (листьев), молодых (перенхимных) побегов и коры. Как известно, в живых растительных клетках содержатся белки, углеводы, витамины, ферменты, желтые и зеленые пигменты, стерины, микроэлементы и другие вещества, которые необходимы для обеспечения жизнедеятельности растений, животных и человека. Значение химической переработки этого сырья с каждым годом возрастает, и в будущем можно ожидать только усиления этой тенденции.
  Одним из наиболее перспективных направлений использования ДЗ является безотходная химическая переработка с получением биологически активных веществ (БАВ) кормового и лечебно-профилактического назначения. Успехи химии природных соединений и развитие биотехнологии за последние десятилетия открыли широкие возможности для использования БАВ во многих областях медицины, ветеринарии, животноводства, кормопроизводства, а также пищевой, парфюмерно-косметической и химической промышленности. Однако только выявленная потребность в этих продуктах отраслей народного хозяйства удовлетворяется в настоящее время на 10…15%. По имеющимся прогнозам вовлечение в переработку экономически доступных ресурсов ДЗ позволит создать новую подотрасль лесного и агропромышленного комплексов.
  Производство эфирного масла из пихтовой древесной зелени существовало уже в XVIII в., а благодаря исследованиям советских ученых впервые в мировой практике была налажена промышленная переработка ДЗ. Началом промышленного производства БАВ можно считать 1931 г., когда был пущен в эксплуатацию цех Тихвинского лесохимического завода, который и в настоящее время осуществляет переработку еловой ДЗ путем паровой отгонки и водной экстракции. В 1950 г. было впервые организовано производство хвойной хлорофилло-каротиновой пасты из бензинорастворимых веществ ДЗ сосны и ели.
  До недавнего времени в стране работало более 500 цехов и установок, которые перерабатывали до 1млн. тонн ДЗ хвойных и лиственных пород. Кроме того, более 2 млн. тонн ДЗ ежегодно скармливалось животным в свежем виде.
  По существующим в традиционной лесохимии теоретическим представлениям экстрагирование гидрофобным растворителем (бензином) смолистых веществ из влажного сырья считается затруднительным, поскольку наличие влаги препятствует растворению и диффузии смолистых веществ в капиллярах древесины. При экстракции смолистых веществ из осмольной щепы бензином предусматривается предварительная сушка сырья различными способами. Сегодня в производстве проводят одностадийные процессы извлечения водой или бензином с выходом основных продуктов 55…60% от теоретического. При этом только частично используются экстрактивные вещества, а 85…98% биомассы ДЗ, в зависимости от способа переработки, попадает в отходы.
  Учеными Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии разработан новый теоретический подход к использованию ДЗ и созданы основы безотходной технологии получения БАВ кормового и лечебно-профилактического назначения в едином технологическом цикле.
  В качестве объектов исследования были использованы ДЗ ели, сосны, березы, осины, ольхи, пихты сибирской. Исследования проводились в лабораторных условиях, на специально сконструированных камеральных установках и в условиях промышленного и сельскохозяйственного производства. Условия проведения экспериментов позволяли изучить в динамике и моделировать как отдельные стадии технологического процесса, так и весь процесс в целом.
  В результате технико-экономического анализа промышленных вариантов переработки ДЗ и теоретического обобщения экспериментальных данных учеными предложена универсальная технологическая схема, позволяющая получать известные и новые БАВ, что ранее в одном технологическом процессе считалось невозможным (см. схему).

Принципиальная схема получения биоактивных продуктов из древесной зелени.
  Экстрагирование БАВ осуществляется одновременно бензином и водой с последующим разделением на растворы бензино- и водорастворимых веществ. После отгонки бензина экстрагированная ДЗ используется для приготовления кормовой муки. Из водорастворимых веществ получают экстракт хвойный натуральный и брикеты соляно-хвойные. Из раствора липидов при охлаждении, отстаивании и фильтровании выделяют суспензии воска-сырца, из которого путем экстракции получают воск и безметальные аналоги хлорофилла. Очищенный бензиновый раствор после отгонки растворителя обрабатывают едким натром, получая таким образом хлорофилло-каротиновую пасту. По другому варианту, после выделения воска очищенный бензиновый раствор обрабатывают едким натром и серной кислотой и разделяют на три фракции: раствор нейтральных липидов, раствор полярных липидов и суспензию безметальных аналогов хлорофилла. Из раствора нейтральных липидов путем последовательной отгонки растворителя получают эфирное масло и провитаминный концентрат. Раствор полярных липидов перерабатывают с получением бальзамической пасты, безметальных аналогов хлорофилла, жирных и дитерпеновых кислот. Из суспензии безметальных аналогов хлорофилла получают хлорофиллин натрия, металлокомплексы, жирные и дитерпеновые кислоты.

  Промышленные испытания, проведенные в Лисинском лесхозе (см. таблицу 1), по переработке ДЗ сосны, пихты, ели, кедра, осины, березы, ольхи полностью подтвердили высокую эффективность универсальной безотходной технологии получения новых и известных БАВ в одном процессе на существующем оборудовании. Результаты исследований вошли в исходные данные на проектирование и промышленные технологические регламенты производства.