ispltaИзвестия Санкт-Петербургской лесотехнической академииIzvestia Sankt-Peterburgskoj lesotehniceskoj akademii2079-43042658-5871СПбГЛТУ10.21266/2079-4304.2022.239.220-235isplta-153Research ArticleХИМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ДРЕВЕСИНЫ. БИОТЕХНОЛОГИЯCHEMICAL TECHNOLOGY OF WOOD. BIO TECHNOLOGYТехнология выделения низкомолекулярных компонентов древесной зелени сосны и лиственницы методом эмульсионной экстракцииTechnology of extraction of low molecular components of pine and larch wood greenery by emulsion extractionhttps://orcid.org/0000-0002-7972-214XНиконоваН. Н.NikonovaN. N.

НИКОНОВА Наталья Николаевна – младший научный сотрудник Обособленного подразделения Института химии

167000, ул. Первомайская, д. 48, г. Сыктывкар, Республика Коми

AuthorID: 1072349

Scopus AuthorID: 57211011942

Web of Science ResearcherID: AAD-6099-2021

NIKONOVA Natalya N. – junior researcher. Federal State Budgetary Institution

167000. Pervomayskaya str. 48. Syktyvkar. Komi Republic

AuthorID: 1072349

Scopus AuthorID: 57211011942

Web of Science ResearcherID: AAD-6099-2021

lifedream123456789@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-2710-243XХуршкайненТ. В.HurshkainenT. V.

ХУРШКАЙНЕН Татьяна Владимировна – старший научный сотрудник Обособленного подразделения Института химии, кандидат химических наук

167000, ул. Первомайская, д. 48, г. Сыктывкар, Республика Коми

AuthorID: 48939

Scopus AuthorID: 57195526871

Web of Science ResearcherID: AAH AAH-6945-2020

HURSHKAINEN Tatyana V. – PhD (Chemistry), Senior Researcher, Federal State Budgetary Institution of Science

167000. Pervomayskaya str. 48. Syktyvkar. Komi Republic

AuthorID: 48939

Scopus AuthorID: 57195526871

Web of Science ResearcherID: AAH AAH-6945-2020

hurshkainen@chemi.komisc.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4322-7961КучинА. В.KuchinA. V.

КУЧИН Александр Васильевич – заведующий лабораторией органического синтеза и химии природных соединений Обособленного подразделения Института химии, доктор химических наук

167000, ул. Первомайская, д. 48, г. Сыктывкар, Республика Коми

AuthorID: 44198

Scopus AuthorID: 7005638696

KUCHIN Alexander V. – DSc (Chemistry), Head of the Laboratory of Organic Synthesis and Chemistry of Natural Compounds, Federal State Budgetary Institution of Science

167000. Pervomayskaya str. 48. Syktyvkar. Komi Republic

AuthorID: 44198

Scopus AuthorID: 7005638696

kutchin-av@chemi.komisc.ruФИЦ Коми научный центр Уральского отделения РАН РФРоссияScience Federal Research Center «Komi Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences», a separate subdivision of the Institute of Chemistry of the Komi Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationФИЦ Коми научный центр Уральского отделения РАН РФРоссияFederal Research Center "Komi Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences", a separate subdivision of the Institute of Chemistry of the Komi Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation2022250220240239220235Copyright © Никонова Н.Н., Хуршкайнен Т.В., Кучин А.В., 20242024Никонова Н.Н., Хуршкайнен Т.В., Кучин А.В.Nikonova N.N., Hurshkainen T.V., Kuchin A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestiya-lta.spbftu.ru/jour/article/view/153

Настоящее исследование связано с разработкой высокоэффективных способов переработки возобновляемого растительного сырья для выделения экстрактивных веществ. Разнообразие биологически активных компонентов древесной зелени хвойных пород определяет широкие возможности ее применения. Целью представленной работы является изучение влияния технологических параметров эмульсионной экстракции древесной зелени сосны и лиственницы на выход экстрактивных веществ в роторно-пульсационном аппарате и аппарате гравитационного типа. Используемый метод эмульсионной экстракции, разработанный в Институте химии Коми НЦ Уро РАН отличается экологической безопасностью и позволяет извлекать из растительного сырья биологически активные соединения без использования органических растворителей. В данном исследовании варьировали такие параметры, как гидромодуль – отношение объема щелочного раствора к массе сырья, концентрация щелочи и время экстракции. Все эти параметры влияют на физико-химические характеристики эмульсионной смеси и, как следствие, на степень извлечения сырья. Установлено, что проведение эмульсионной экстракции низкомолекулярных соединений из ДЗ сосны на аппарате гравитационного типа обеспечивает получение 165 л экстракта с выходом ЭВ 7,67±0,12% от массы сухого сырья из ДЗ сосны и 6,44±0,2% из ДЗ лиственницы в оптимальных условиях: гидромодуль 10:1, концентрация NaOH 4%, продолжительность экстракции 4 ч. Использование роторно-пульсационного аппарата позволяет проводить переработку сырья в небольших объемах (3 л) за 15–20 мин обработки при Г/М 12:1-14:1 с выходом экстрактивных веществ из ДЗ сосны 6,65±0.05% и 4,15±0,16% из ДЗ лиственницы.

This study is related to the development of highly efficient methods for processing renewable plant materials to isolate extractives. The variety of biologically active components of wood greenery of coniferous trees determines the wide possibilities of its application. The purpose of this work is to study the effect of technological parameters of emulsion extraction of wood greenery of pine and larch on the yield of extractives in a rotary pulsation apparatus and a gravitational type apparatus. The emulsion extraction method used, developed at the Institute of Chemistry of the Komi Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, is environmentally friendly and allows the extraction of biologically active compounds from plant materials without the use of organic solvents. In this study, parameters such as hydromodule – ratio of the volume of water-alkaline solution to the mass of raw materials, alkali concentration and extraction time were varied. All these parameters affect the physicochemical characteristics of the emulsion mixture and, as a result, the degree of extraction of raw materials. It has been established that the emulsion extraction of low molecular weight compounds on a gravity-type apparatus ensures the production of 165 liters of extract with a yield of extractives of 7.67 ± 0.12% by weight of dry raw materials from wood greenery of pine and 6.44 ± 0.2% from wood greenery of larch at optimal conditions: hydromodule 10:1, NaOH concentration 4%, extraction time 4 hours. The use of a rotary pulsation apparatus makes it possible to process raw materials in small volumes (3 liters) in 15–20 minutes of processing at a hydromodule of 12:1-14:1 with a yield of extractives from wood greenery of pine of 6.65. ±0.05% and 4.15±0.16% from wood greenery of larch.

древесная зеленьсосна обыкновеннаялиственница сибирскаяэмульсионная экстракцияэкстрактивные веществароторно-пульсационный аппаратаппарат гравитационного типаwood greeneryPinus sylvestrisLarix sibiricaemulsion extractionextractivesrotary pulsation apparatusgravity-type apparatusРабота выполнена в рамках Государственного задания Института химии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН № 1021062211116-4.ReferencesАнашенков С.Ю., Рощин В.И., Чернышова О.А. Водно-щелочная экстракция древесной зелени. I. Влияние конструктивных особенностей экстрактора роторно-пульсационного типа и гидромодуля на выход экстрактивных веществ // Химия растительного сырья. 2008. № 3. С. 65–70.Anashenkov S.Ju., Roshhin V.I., Chernyshova O.A. Vodno-shhelochnaja jekstrakcija drevesnoj zeleni. I. Vlijanie konstruktivnyh osobennostej jekstraktorarotorno-pul'sacionnogo tipa i gidromodulja na vyhod jekstraktivnyh veshhestv. Himija rastitel'nogo syr'ja, 2008, no. 3, pp. 65–70. (In Russ.)Колесников А.Л. Технический анализ продуктов органического синтеза. М.: Высшая школа. 1966. C. 22.Apparatus for extraction in liquid-solid system: patent No. 2691337 Rossijskaja Federacija, MPK B01D 11/02 (2006.01) / Midukov N.P., Tikhomirova M.A., Kurov V.S., Nikiforov A.O. – No. 2018109843; zajavl. 20.03.2018; opubl. 11.06.2019. 11 p. (In Russ.)Лацерус Л.А., Барышников А.Ю. Противоопухолевая активность терпеноидов семейства Pinaceae и потенциальные мишени их действия // Российский биотерапевтический журнал. 2012. Т. 11, № 4. С. 9–14.Barone E., Calabrese V., Mancuso C. Ferulic acid and its therapeutic potential as a hormetin for age-related diseases. Biogerontology, 2009, no. 10, pp. 97–108. URL: https://doi.org/10.1007/s10522-008-9160-8Миксон Д.С., Рощин В.И. Групповой состав и кислоты хвои лиственницы сибирской разного периода вегетации // Химия растительного сырья. 2019. № 4. С. 207–214. DOI: 10.14258/jcprm. 2019045477Chemat F., Vian M., Cravotto M. Green extraction of natural products: Concept and principles. International Journal of Molecular Sciences, 2012, no. 13(7), pp. 8615–8627. URL: http://doi.org/10.3390/ijms13078615Мобильный аппарат для эмульсионной экстракции растительного сырья : пат. на полезную модель 196119 РФ, МПК B01D 11/02, B01D 11/02 / Чукичев А.В., Ерофеевский Н.И. – No. 2019135843; заявл. 08.11.19; опубл. 18.02.2020. Byul. (Vol.), no. 5. 11 р.Hurshkajnen T.V., Skripova N.N., Kuchin A.V. Sravnitel'naja ocenka jekstrakcionnogo oborudovanija dlja jeffektivnogo vydelenija jekstraktivnyh veshhestv hvojnoj drevesnoj zeleni. Teoreticheskaja i prikladnaja jekologija, 2017, no. 1, pp. 25–30. (In Russ.)Никонова Н.Н., Хуршкайнен Т.В., Кучин А.В. Математическое планирование эксперимента для оптимизации выделения экстрактивных веществ из древесной зелени Pinus Sylvestris // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2021. Вып. 235. С. 221–237. DOI: 10.21266/2079-4304.2021.235.221-237 Пономарев В.О. Экстрагирование лекарственного сырья. М.: Медицина, 1976. C. 73.Jemul'sionnyj sposob vydelenija lipidov : patent № 2117487 Rossijskaja Federacija, MPK A61K 35/78 (1995.01) / Kuchin A.V., Karmanova L.P., Koroljova A.A., Hurshkajnen T.V., Sychjov R.L. – No. 96120436/14; zajavl. 04.10.1996: opubl. 20.08.1998 3 p. (In Russ.)Промтов М.А. Пульсационные аппараты роторного типа: теория и практика. М.: Машиностроение, 2001. С. 6–7.Karonen M., Hamalainen M., Nieminen R., Klika K.D., Loponen J, Ovcharenko V.V., Moilanen E., Pihlaja K. Phenolic extractives from the bark of Pinus sylvestris L. and their effects on inflammatory mediators nitric oxide and prostaglandin E2. J. Agric. Food Chem., 2004, no. 52, pp. 7532−7540. URL: https://doi.org/10.1021/jf048948qРегулятор роста растений с фунгицидным действием «Вэрва»: пат. 2298327Kolesnikov A.L. Tehnicheskij analiz produktov organicheskogo sinteza. M.: Vysshaja shkola. 1966, p. 22. (In Russ.)РФ, МПК А01N 65/00, A01P 21/00, A01P 3/00 / Кучин А.В., Карманова Л.П., Королёва А.А., Хуршкайнен Т.В., Сычёв Р.Л. – No. 2006101648/04; заявл. 20.01.06; опубл. 10.05.2007. 10 р.Lacerus L.A., Barishnikov A.Yu. Antitumor activity and targets of terpenoids pinaceae family. Rossijskij bioterapevticheskij zhurnal, 2012, no. 4 (11), pp. 9–14. (In Russ.)Роторный пульсационный аппарат : патент 2694774 РФ, МПК B01F 7/28, B01F 3/08, B01F 3/12 / Омельянюк М.В., Пахлян И.А., Мелюхов Е.В. – No. 2018128078; заявл. 31.07.18; опубл. 16.07.2019. 11 с.Lin C-H., Chuang H-S. Use of abietic acid and derivatives thereof for inhibiting cancer. Patent U.S., 60414153, Sep., 2002Торубаров Н.Н., Малышев Р.М. Перемешивающие устройства со сложным законом движения мешалок // Известия МГТУ МАМИ. 2014. № 2 (20). С. 88–91.Manninen A.M., Tarharnen S., Vuorinen M., Kainulainen P. Comparing the variation of needle and wood terpenoids in scots pine provenances. J. Chem. Ecol., 2002, no. 28, pp. 211–228. URL: https://doi.org/10.1023/A:1013579222600Установка для экстракции в системе жидкость – твердое тело : пат. 2691337Marquis O., Millery A., Guittonneau S., Miaud C. Solvent toxicity to amphibian embryos and larvae. Chemosphere, 2006, no. 63, pp. 889–892. URL: https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2005.07.063РФ, МПК B01D 11/02 / Мидуков Н.П., Тихомирова М.А., Куров В.С., Никифоров А.О. – No. 2018109843; заявл. 20.03.18; опубл. 11.06.19. 11 с..Melyukhov E.V.Rotary pulsation device : patent № 2694774 Rossijskaja Federacija, MPK B01F 7/28 (2006.01), B01F 3/08 (2006.01), B01F 3/12 (2006.01) / Omelyanyuk M.V., Pakhlyan I.A. – No. 2018128078; zajavl. 31.07.2018; opubl. 16.07.2019. 11 p.Хуршкайнен Т.В., Скрипова Н.Н., Кучин А.В. Сравнительная оценка экстракционного оборудования для эффективного выделения экстрактивных веществ хвойной древесной зелени // Теоретическая и прикладная экология. 2017. № 1. С. 25–30.Mikson D.S., Roshchin V.I. The siberian larch group composition and acid needles at different vegetation periods. Khimiya Rastitel'nogo Syr'ya, 2019, no. 4, pp. 207–214. URL: https://doi.org/10.14258/jcprm.2019045477 (In Russ.)Эмульсионный способ выделения липидов: пат. № 2117487 РФ, МПК A61K 35/78 / Кучин А.В., Карманова Л.П., Королёва А.А., Хуршкайнен Т.В., Сычёв Р.Л. – No. 96120436/14; заявл. 04.10.96.; опубл. 20.0.1998. 3 p.Mobilnyy apparat dlya emulsionnoy ekstraktsii rastitelnogo syria : patent na poleznuyu model № 196119 Rossiyskaya Federatsiya. MPK B01D 11/02 (2006.01). B01D 11/02 (2019.08) / Chukichev A.V.. Erofeyevskiy N.I. – No. 2019135843 : zayavl. 08.11.2019: opubl. 18.02.2020 Byul., no. 5. 11 p. (In Russ.)Barone E., Calabrese V., Mancuso C. Ferulic acid and its therapeutic potential as a hormetin for age-related diseases // Biogerontology. 2009. No. 10. P. 97–108. DOI: 10.1007/s10522-008-9160-8Muizniece I., Blumberga D. Assessment of the amount of coniferous wood waste in the Baltic States. Energy Procedia, 2015, no. 72, pp. 57–63. URL: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2015.06.009Chemat F., Vian M., Cravotto M. Green extraction of natural products: Concept and principles // Int. J. Mol. Sci. 2012. 13(7). P. 8615-8627. DOI: 10.3390/ijms13078615Nikonova N.N., Hurshkainen T.V., Kuchin A.V. Mathematical planning of experiments to optimize the extraction of extractive substances from needles of Pinus sylvestris. Izvestia Sankt-Peterburgskoj Lesotehniceskoj Akademii, 2021, iss. 235, pp. 221–237. DOI: 10.21266/2079- 4304.2021.235.221-237. (In Russ.)Karonen M., Hamalainen M., Nieminen R., Klika K.D., Loponen J, Ovcharenko V.V., Moilanen E., Pihlaja K. Phenolic extractives from the bark of Pinus sylvestris L. and their effects on inflammatory mediators nitric oxide and prostaglandin E2 // J. Agric. Food Chem. 2004. No. 52. P. 7532–7540. DOI: 10.1021/jf048948q Lin C-H., Chuang H-S. Patent US 60414153, A61K 31/40. Use of abietic acid and derivatives thereof for inhibiting cancer. 2002.Ponomarev, V.O. Jekstragirovanie lekarstvennogo syr'ja. M., 1976, p. 73. (In Russ.)Manninen A.M., Tarharnen S., Vuorinen M., Kainulainen P. Comparing the variation of needle and wood terpenoids in scots pine provenances // J. Chem. Ecol. 2002. No. 28. P. 211–228. DOI: 10.1023/A:1013579222600Promtov M.A. Pul'sacionnye apparaty rotornogo tipa: teoriya i praktika / M.A. Promtov. M.: Mashinostroenie. 2001, pp. 6–7. (In Russ.)Marquis O., Millery A., Guittonneau S., Miaud C. Solvent toxicity to amphibian embryos and larvae // Chemosphere. 2006. No. 63. P. 889–892. DOI: 10.1016/j.chemosphere. 2005.07.063Reguljator rosta rastenij s fungicidnym dejstviem «Vjerva» : patent № 2298327 Rossijskaja Federacija, MPK A01N 65/00 (2006.01), A01P 21/00, A01P 3/00 / Kuchin A.V., Karmanova L.P., Koroljova A.A., Hurshkajnen T.V., Sychjov R.L. – No. 2006101648/04; zajavl. 20.01.2006; opubl. 10.05.2007. 10 p. (In Russ.)Muizniece I., Blumberga D. Assessment of the amount of coniferous wood waste in the Baltic States // Energy Procedia. 2015. No. 72. P. 57–63. DOI: 10.1016/j.egypro.2015.06.009Slimestad R. Flavonoids in buds and young needles of Picea, Pinus and Abies. Biochem. Syst. Ecol., 2003, no. 31(11), pp. 1247–1255. URL: https://doi.org/10.1016/S0305-1978(03)00018-8Slimestad R. Flavonoids in buds and young needles of Picea, Pinus and Abies // Biochem. Syst. Ecol. 2003. No. 31(11). P. 1247–1255. DOI: 10.1016/S0305-1978(03)00018-8Tanaka R., Tokuda H., Ezaki Y. Cancer chemopreventive activity of “rosin” constuents of Pinus spez. and their derivatives in two-stage mouse skin carcinogenesis test. Phytomedicine, 2008, no. 15, pp. 985–992.Tanaka R., Tokuda H., Ezaki Y. Cancer chemopreventive activity of “rosin” constuents of Pinus spez. and their derivatives in two-stage mouse skin carcinogenesis test // Phytomedicine. 2008. No. 15(11). P. 985–992. DOI: 10.1016/j.phymed.2008.02.020.Torubarov N.N., Malyshev R.M. Peremeshivayushchie ustrojstva so slozhnym zakonom dvizheniya meshalok. Izvestiya MGTU MAMI, 2014, no. 2 (20), pp. 88–91. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.