Альтернативный способ получения сосновой живицы методом сверхкритической экстракции диоксидом углерода

УДК

665.944.54: 664.046

DOI:

10.17238/issn0536-1036.2016.6.130

Аннотация

Способ получения сосновой живицы сверхкритической экстракцией диоксидом углерода является альтернативой традиционному, который основан на применении органических растворителей (бензина, петролейного эфира и т. д.). Сущность этого способа заключается в обработке опилок или «монолита» из древесины сосны (Pinus sylvestris L.) диоксидом углерода при давлении до 50,0 MПa и температуре до 100 °C. Дозировка диоксида углерода в процессе экстракции – 20…100 кг на 1 кг сырья, продолжительность экстракции – до 240 мин. Опыты проведены при одно- и двухстадийной сепарации. Одностадийную сепарацию проводили через декомпрессию до 5,3 MПa при температуре 27 °C, двухстадийную осуществляли вначале до давления 21,0 MПa при температуре 50 °C, затем до 5,3 MПa при 27 °C. Во всех экспериментах после снятия давления диоксид углерода вновь сжимали и использовали для экстракции в замкнутом контуре. Продуктами сверхкритической экстракции древесины Pinus sylvestris L. являются порошкообразная канифоль и живичный экстракт, суммарный выход которых достигал 25 % от веса древесины. Результаты исследований свидетельствуют о следующих преимуществах этого способа по сравнению с традиционным: возможность получения живицы из сухой сосновой древесины в монолитной или измельченной форме; отсутствие изменений в структуре древесного сырья; снижение трудоемкости и сокращение продолжительности процесса выделения живицы из древесины; отсутствие загрязнения окружающей среды. Проведенные опыты показали, что полученные порошкообразная канифоль и живичный экстракт являются чистыми высококачественными продуктами, в состав которых в основном (до 56,9 %) входят смоляные кислоты (изопимаровая, пимаровая, дегидроабиетиновая, абиетиновая). Внедрение способа сверхкритической экстракции сосновой древесины в производство позволит получать значительное количество чистых живичных материалов без высоких технологических затрат.

Сведения об авторах

С. Бакиер1, д-р с.-х. наук, проф. 

Э. Байко1, магистр

Н.В. Черная2, д-р техн. наук, проф. 

В.Л. Флейшер2, канд. техн. наук, доц.

1Белостокский технологический университет, ул. Пилсутского, д. 8, г. Гайновка, Польша, 17200; 

е-mail: s.bakier@pb.edu.pl

2Белорусский государственный технологический университет, ул. Свердлова, д. 13а, Минск, Беларусь, 220006; 

е-mail: v_fleisher@list.ru

Ключевые слова

сосновая древесина, экстрактивные вещества, живица, смоляные кислоты, экстракция, сверхкритическая экстракция, диоксид углерода

Источник финансирования

Исследования проведены в рамках проекта S/ZWL/1/2014 и финансировались из научных фондов Министерства науки и высшего образования Республики Польша.

Для цитирования

Бакиер С., Байко Э., Черная Н.В., Флейшер В.Л. Альтернативный способ получения сосновой живицы методом сверхкритической экстракции диокси-дом углерода // Лесн. журн. 2016. № 6. С. 130–141. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2016.6.130

Литература

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Arshadi M., Gref R., Geladi P., Dahlqvist S., Lestander T. The Influence of Raw Material Characteristics on the Industrial Pelletizing Process and Pellet Quality. Fuel Pro- cessing Technology, 2008, vol. 89(12), pp. 1442–1447.

2. Arshadi M., Hunt A.J., Clark J.H. Supercritical Fluid Extraction (SFE) as an Effec- tive Tool in Reducing Auto-Oxidation of Dried Pine Sawdust for Power Generation. RSC Advances, 2012, no. 2, pp. 1806–1809.

3. Brignole E.A. Supercritical Fluid Extraction. Fluid Phase Equilibria,  1986, vol. 29, pp. 133–144.

4. Conde E., Hemming J., Smeds A., Diaz Reinoso B., Moure A., Willfor  S.,

Dominguez H., Parajó J.C. Extraction of Low-Molar-Mass Phenolics and Lipophilic Com- pounds from Pinus pinaster Wood with Compressed CO2. The Journal of Supercritical Flu- ids, 2013, vol. 81, pp. 193–199.

5. Domingues R.M.A., de Melo M.M.R., Neto C.P., Silvestre A.J.D, Silva C.M. Measurement and Modeling of Supercritical Fluid Extraction Curves of Eucalyptus Globulus Bark: Influence of the Operating Conditions Upon Yields and Extract Composition. The Journal of Supercritical Fluids, 2012, vol. 72, pp. 176–185.

6. Eller F.J., Taylor S.L. Pressurized Fluids for Extraction of Cedarwood Oil from

Juniperus virginianna. J. Agric. Food Chem., 2004, vol. 52, pp. 2335–2338.

7. Fremont H.A. Extraction of Coniferous Woods with Fluid Carbon Dioxide and

Other Supercritical Fluids. Patent US, no. 4308200 A, 1981.

8. González-Vila F.J., Bautista J.M., Gutiérrez A., Del Rio J.C., González A.G. Supercritical Carbon Dioxide Extraction of Lipids from Eucalyptus globulus Wood. Journal of Biochemical and Biophysical Methods, 2000, vol. 43, pp. 345–351.

9. Marongiu B., Piras A., Porcedda S., Tuveri E., Sanjust E., Meli M., Sollai F., Zucca P., Rescigno A. Supercritical CO2 Extract of Cinnamomum zeylanicum: Chemical Characterization and  Antityrosinase Activity. J. Agric. Food Chem., 2007, vol. 55(24), pp. 10022–10027.

10. McDonald E.C., Howard J., Bennett B. Chemicals from Forest Products by S u- percritical Fluid Extraction. Fluid Phase Equilibria, 1983, vol. 10, pp. 337–344.

11. Ritter D.C., Campbell A.G. Supercritical Carbon Dioxide Extraction of Southern

Pine and Ponderosa Pine. Wood and Fiber Science, 1991, vol. 23(1), pp. 98–113.

12. Sovová H., Stateva R.P. Supercritical Fluid Extraction from Vegetable Materials.

Reviews in Chemical Engineering, 2011, vol. 27, no. 3-4, pp. 79–156.

13. Surmiński J. Żywice naturalne. Składniki chemiczne i reakcje. Poznań, 1994.

Поступила 11.04.16

Ссылка на английскую версию:

Alternative Method for the Pine Turpentine Production by Supеrcritical Carbon Dioxide Extraction

UDC 665.944.54: 664.046

DOI: 10.17238/issn0536-1036.2016.6.130

Alternative Method for the Pine Turpentine Production by Supеrcritical Carbon Dioxide Extraction

S. Bakier1, Doctor of Agricultural Sciences, Professor

E. Bayko1, Master

N.V. Chernaya2, Doctor of Engineering Sciences, Professor

V.L. Fleysher2, Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor

1Bialystok University of Technology, Pilsudskiy str., 8, Hajnówka, 17-200, Poland;

e-mail: s.bakier@pb.edu.pl

2Belarusian State Technological University, Sverdlova ul., 13a, Minsk, 220006, Belarus;

e-mail: v_fleisher@list.ru

A method for the pine turpentine production by supеrcritical carbon dioxide extraction is an alternative method, based on the use of organic solvents such as benzine, petroleum-ether, etc. The essence of this method consists in the Pinus sylvestris L. wood sawdust or “mono- lith” treatment by carbon dioxide at a pressure up to 50 MPa and a temperature up to

For citation: Bakier S., Bayko E., Chernaya N.V., Fleysher V.L. Alternative Method for the

Pine Turpentine Production by Supеrcritical Carbon Dioxide Extraction. Lesnoy zhurnal,

2016, no. 6, pp. 130–141. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2016.6.130

100 °C. The carbon dioxide dosage in the extraction process is 20...100 kg per 1 kg of raw material, the extraction duration is up to 240 min. The experiments are conducted at the sin- gle- and two-stage separation. The single-stage separation is conducted by the decompres- sion up to 5.3 MPa at a temperature of 27 °C. Two-stage separation is initially conducted at a pressure of 21 MPa at a temperature of 50 °C, then at a pressure up to 5.3 MPa at 27 °C. In all experiments after pressure decreasing CO2  was compressed again and used in a closed loop circuit. The supercritical extraction products of Pinus sylvestris L. wood are the pow- dered rosin and turpentinic extract, the total output of which amounts by 25 % by wood weight. The results of these studies testify the following advantages of this method com- pared to the traditional one: the turpentine obtaining of dry pinewood in a monolithic or particulate form; a lack of change in the structure of the wood raw material; reduction of labour intensity and of the process duration of oleoresin exudation from wood; no enviro n- mental pollution. The conducted experiments showed that the obtained powdered rosin and turpentinic extract are pure and high-quality products consisting of mainly (up to 56.9 %) rosin acids (isopimaric, pimaric, dehydroabietic, abietic). The introduction of the supercriti- cal extraction of pinewood into production will allow obtaining a significant amount of pure oleoresin materials without high technological costs.

Keywords: pinewood, extractive, turpentine, rosin acid, extraction, supеrcritical extraction, carbon dioxide.

REFERENCES

1. Arshadi M., Gref R., Geladi P., Dahlqvist S., Lestander T. The Influence of Raw Material Characteristics on the Industrial Pelletizing Process and Pellet Quality. Fuel Pro- cessing Technology, 2008, vol. 89(12), pp. 1442–1447.

2. Arshadi M., Hunt A.J., Clark J.H. Supercritical Fluid Extraction (SFE) as an Effec- tive Tool in Reducing Auto-Oxidation of Dried Pine Sawdust for Power Generation. RSC Advances, 2012, no. 2, pp. 1806–1809.

3. Brignole E.A. Supercritical Fluid Extraction. Fluid Phase Equilibria,  1986, vol. 29, pp. 133–144.

4. Conde E., Hemming J., Smeds A., Diaz Reinoso B., Moure A., Willfor S., Dominguez H., Parajó J.C. Extraction of Low-Molar-Mass Phenolics and Lipophilic Com- pounds from Pinus pinaster Wood with Compressed CO2. The Journal of Supercritical Flu- ids, 2013, vol. 81, pp. 193–199.

5. Domingues R.M.A., de Melo M.M.R., Neto C.P., Silvestre A.J.D, Silva C.M. Measurement and Modeling of Supercritical Fluid Extraction Curves of Eucalyptus Globu-

lus Bark: Influence of the Operating Conditions Upon Yields and Extract Composition. The

Journal of Supercritical Fluids, 2012, vol. 72, pp. 176–185.

6. Eller F.J., Taylor S.L. Pressurized Fluids for Extraction of Cedarwood Oil from

Juniperus virginianna. J. Agric. Food Chem., 2004, vol. 52, pp. 2335–2338.

7. Fremont H.A. Extraction of Coniferous Woods with Fluid Carbon Dioxide and

Other Supercritical Fluids. Patent US, no. 4308200 A, 1981.

8. González-Vila F.J., Bautista J.M., Gutiérrez A., Del Rio J.C., González A.G. Supercritical Carbon Dioxide Extraction of Lipids from Eucalyptus globulus Wood. Journal of Biochemical and Biophysical Methods, 2000, vol. 43, pp. 345–351.

9. Marongiu B., Piras A., Porcedda S., Tuveri E., Sanjust E., Meli M., Sollai F., Zucca P., Rescigno A. Supercritical CO2 Extract of Cinnamomum zeylanicum: Chemical Characterization and  Antityrosinase Activity. J. Agric. Food Chem., 2007, vol. 55(24), pp. 10022–10027.

10. McDonald E.C., Howard J., Bennett B. Chemicals from Forest Products by S u- percritical Fluid Extraction. Fluid Phase Equilibria, 1983, vol. 10, pp. 337–344.

11. Ritter D.C., Campbell A.G. Supercritical Carbon Dioxide Extraction of Southern

Pine and Ponderosa Pine. Wood and Fiber Science, 1991, vol. 23(1), pp. 98–113.

12. Sovová H., Stateva R.P. Supercritical Fluid Extraction from Vegetable Materials.

Reviews in Chemical Engineering, 2011, vol. 27, no. 3-4, pp. 79–156.

13. Surmiński J. Żywice naturalne. Składniki chemiczne i reakcje. Poznań, 1994.

Received on April 11, 2016