Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Ультразвуковая трансформация сосновой смолы и смолоподобных веществ в аэрозоли с антимикробной активностью

ВАК РФ 03.01.06, Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)

Автореферат диссертации по теме "Ультразвуковая трансформация сосновой смолы и смолоподобных веществ в аэрозоли с антимикробной активностью"

СТУПИН Андрей Юрьевич

Ультразвуковая трансформация сосновой смолы и смолоподобных веществ в аэрозоли с антимикробной активностью

03.01.06 - биотехнология (в том числе бионанотехнологии)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 2 пен 2010

Щелково - 2010

004615078

Работа выполнена в ОАО «Государственный научно-исследовательский институт биосинтеза белковых веществ» корпорации «БИОТЕХНОЛОГИИ», г. МОСКВА

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор Акопян Валентин Бабкенович

Официальные оппоненты:

член-корреспондент РАСХН, доктор технических наук, профессор Римарева Любовь Вячеславовна

доктор технических наук, профессор

Квашнин Сергей Евгеньевич

Ведущая организация: ный

ФГОУ ВПО «Московский государствен-

университет инженерной экологии»

Защита состоится 10 декабря 2010 г. в 10 час. на заседании диссертационного совета Д.006.069.01 при Всероссийском научно-исследовательском и технологическом институте биологической промышленности по адресу: 141142, Московская область, Щелковский район, п/о Кашинцево, ВНИТИБП; т/факс: (495) 52643-74;

E-mail: vnitibp@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Всероссийского научно-исследовательского и технологического института биологической промышленности.

Автореферат разослан 9 ноября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат биологических наук

Ю.Д. Фролов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Решение ряда проблем экологии, связанных с сохранением и улучшением среды обитания человека и сельскохозяйственных животных в условиях повышенных техногенных нагрузок, требует разработки новых комплексных интенсивных энергосберегающих технологий (Каныгин П.С., 2009). Интенсификация ряда технологических процессов успешно достигается применением ультразвука, вызывающим в последнее время повышенный интерес, что связано с новыми решениями в области ультразвуковой техники (Хмелев В.Н., 2010). Только ультразвуком (УЗ) удается быстро и без потерь биологической активности экстрагировать из растительного сырья биологически активные вещества (БАВ) и лекарственные субстанции (Abdullah S. et al., 2010; Молчанов Г.И., 2009).

УЗ экстракцией, например, удается быстро и эффективно удалить смолу из древесины перед ее ферментативным гидролизом. Смола сосны, полученная методом УЗ экстракции, не подвергается в процессе выделения действию высоких температур и содержит бактерицидный компонент - эфирное масло.

Одним из возможных путей практического применения древесной смолы, прополиса и других натуральных БАВ, имеющих смолоподобную консистенцию и плохо растворимых в воде, является их УЗ трансформация в водные суспензии с размерами частиц 0,01-10 мкм. Общая поверхность частиц при этом возрастает, что обеспечивает интегральное повышение биологической активности суспендированной субстанции. Водные суспензии легко распылить в виде аэрозолей, нашедших широкое применение в ветеринарии и медицине (Боченин Ю.И., 1970, 1978, 1999, 2002; Петрянов - Соколов И.С., Сутугин А.Р., 1989; Осипов Л.В., 2003; Ярных В. С., 1972; Derksen F. J. et al., 1996, 1999; Genicot B. et al., 1994).

Разработка УЗ методов трансформации смолы сосны и других смолоподобных соединений в водные суспензии и их использование в виде УЗ аэрозолей способствует решению проблем повышения сроков хранения кормов, деконтами- j нации помещений целевого назначения и параллельно, утилизации смолы, как^ отхода производства. ^ J

Даже при длительном контакте со смолой сосны, а также прополисом, имеющим смолоподобную консистенцию, эфирными маслами рада растений, микроорганизмы практически не вырабатывают резистентности к ним (Motiejünaite О., Ре-öiulyte D. 2004, Ozcalp В., Ozean М.М., 2009). Это свойство выгодно отличает природные бактериостатики и бактерицидные вещества от антибиотиков и агрессивных химических соединений и делает весьма перспективным их использование для снижения обсемененности (даже в присутствии человека) медицинских кабинетов и ветеринарных боксов, складов ветеринарных препаратов, промышленных, офисных, учебных и жилых помещений, для повышения сохранности кормов и пищевых продуктов, а в перспективе и для использования в комплементарной (поддерживающей) медицине и ветеринарии (Ярмоненко С.П., 1997). Интенсификация УЗ экстракции смолы, трансформация смолы и смолоподобных веществ в форму, удобную для использования в качестве средства для снижения бактериальной обсемененности, представляет собой актуальную проблему.

Работа выполнена в соответствии с планом НИР ОАО «ГосНИИсинтезбелок» (корпорации «БИОТЕХНОЛОГИИ») по теме: «Комплексная переработка лесной продукции».

Цель и задачи исследований. Цель исследований - разработка ультразвуковых методов экстракции сосновой смолы, трансформации смолы и смолоподобных веществ в суспензии и аэрозоли, эффективные для снижения микробной обсемененности промышленных объектов, офисных, служебных и жилых помещений, пищевых и кормовых продуктов.

В соответствии с поставленной целью в задачи исследований входило:

- разработка технологических приемов и методов экстракции биологически активных соединений, в частности смолы, из древесного сырья;

- разработка экспресс - метода оценки плотности энергии низкочастотного УЗ;

- разработка УЗ метода трансформации смолы сосны, прополиса и других смолоподобных биологически активных соединений в водные суспензии;

- изучение изменений активности БАВ в водных средах при их УЗ трансформации в аэрозоль;

- проведение сравнительных испытаний аэрозолей и суспензий смолы сосны и прополиса, а также эмульсии эфирного масла сосны для повышения сохранности

пищевых и кормовых эмульсий, а также снижения обсемененности в лабораторных, промышленных, сельскохозяйственных и офисных помещениях.

Научная новизна работы. Установлено, что наиболее эффективным способом экстракции смолы из опилок в настоящее время является двухступенчатый способ с использованием на первой ступени гидродинамического преобразователя, создающего излучение с широким спектром частот, ускоряющего пропитку экстра-гентом, а на второй - с включением в технологию группы оппозитных электромеханических преобразователей, обеспечивающих высокую плотность энергии УЗ (107 Вт/мЗ), что способствует интенсивному извлечению смолы из опилок (патенты РФ: № 2393905, Бюлл. ФИПС, № 19, 2010; № 2394419, Бюлл. ФИПС, № 20, 2010).

Показано, что древесная смола, как и другие тугоплавкие высоковязкие смолоподобные вещества, трансформируются УЗ в водные суспензии, пригодные для их распыления в УЗ генераторах аэрозоля.

Впервые экспериментально подтвержден эффект сорбирования поверхностно-активных веществ (ПАВ) на границе раздела водная среда - воздух и показана возможность использования этого эффекта для разработки метода концентрирования ПАВ путем УЗ трансформации приграничных слоев жидкости в аэрозоль с последующей его конденсацией (патент РФ № 2393903, Бюлл. ФИПС, № 19).

Впервые установлено, что при УЗ трансформации водных суспензий в аэрозоль в конденсате этого аэрозоля обнаруживаются следы перекиси водорода, азотной и азотистой кислот.

Установлено, что УЗ суспензия смолоподобного прополиса, введенная в состав жировых эмульсий, снижает их обсемененность в 1000 раз и в три раза увеличивает срок их хранения.

Экспериментально показано, что аэрозоли водных суспензий смолы сосны, так же как и прополиса, обладают выраженной бактериостатической активностью и перспективны для снижения обсемененности воздуха и рабочих поверхностей на предприятиях по разведению и выращиванию рыбы, в учебных, лабораторных и офисных помещениях. Аэрозоли водных суспензий смолы сосны в 2-3 раза (в зависимости от локальных условий использования) снижают обсемененность возду-

ха лабораторных и офисных помещений, подавляя жизнеспособность микроорганизмов.

Практическая значимость работы. Разработан экспресс - метод оценки плотности энергии низкочастотного УЗ.

Разработан и испытан комбинированный УЗ метод, позволяющий интенсифицировать процесс экстракции смолы из древесного сырья и сократить его длительность до нескольких секунд, что в тысячу раз быстрее, чем методом настаивания.

Разработан и испытан УЗ метод получения водных суспензий древесной смолы и прополиса с выраженными бактерицидными свойствами.

Разработан лабораторный регламент ЛР-01-2010 на препарат «Смола сосновая пропиленгликолевая экстрактивная», утвержденный заместителем директора ОАО «ГосНИИсинтезбелок» Е.Р. Давидовым (24.03.2010 г.) и получено санитарно-эпидемиологическое заключение о соответствии этой субстанции санитарным правилам (№77.01.12.915.П.011097.02.10 от 26.02.2010 г.), выданное Федеральной службой по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека. Получены и поведены испытания на практике опытных партий «Смолы сосновой пропиленгликолевой экстрактивной» (акт о внедрении, выдан ген. директором ООО «Инвистра» В.С Синицыным (23.03 2010 г.), акт о производственных испытаниях, выдан ген. директором ООО «РББИОН» О.И. Чубатовой (22.03 2010 г).

Проведены сравнительные испытания аэрозолей суспензии смолы сосны и суспензии прополиса в хозяйствах по промышленному разведению рыбы ценных пород с целью снижения обсемененности производственных помещений и получены официальные заключения о возможности применения этих аэрозолей для санитарной обработки промышленных объектов (акты испытаний).

Основные результаты исследований представлены на выставках «РУСНАНОЭКСПО», М., 2008 г.; «РосБиоТех-2008», М., 2008 г.; на Московских международных конгрессах «Биотехнология: состояние и перспективы развития», М.,2009- 2010 гг.; на Международном форуме Российско-Германского биотехнологического кооперационного союза, М., 2009 г.; на совместной XXII сессии Российского акустического общества и Сессии Научного совета РАН, М., 15-17 июня 2010 г..

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ, в том числе 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ, получено 3 патента РФ, издана монография.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 117 страницах машинописного текста, содержит 12 таблиц, 24 рисунка, 20 листов приложений, публикаций и материалов диссертации. Состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, включающей результаты исследований и их обсуждение, выводов и приложений.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

В первой главе проанализированы экологические проблемы переработки отходов лесозаготовки (Гелес И.С., Коржицкая З.А. 1992; Каныгин П.С., 2009), теоретические и практические аспекты извлечения смолоподобных биологически активных веществ (БАВ) из растительного сырья (Rowell R. М. 2005; Trendafilova A., Chanev С., Todorova М., 2010), проблемы их использования, связанные с высокой вязкостью и низкой растворимостью в воде. Показаны возможности ультразвуковых технологий (Молчанов Г.И., 2009; Mason T.J. et al.,2005; Mizrach, A., Galilli N., Rosenhouse G., 1994; Floros, J. D. Liang, H., 1994) в извлечении и использования натуральных смолоподобных БАВ в пищевой промышленности, медицине, ветеринарии, косметологии, парфюмерии и повседневной жизни человека. На основании анализа приведенных в обзоре литературы данных, сформулированы цели и задачи экспериментальных исследований, реализованных в диссертации.

2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ.

Объектами исследований являлись опилки и смола сосны, экстрагированная органическими растворителями в ультразвуковом поле, прополис (ГОСТ 28886-90) со сходными физико-химическими и антимикробными (ГОСТ Р 53124-2008) свойствами (Trusheva В. et al., 2007), и эфирное масло смолы сосны (ГОСТ 24027-80), состав (Чекушкина В. и др. 2009), бактерицидные свойства которой хорошо известны (Ozkalp В., Ozkan М.М. 2009,2010).

Для оценки размеров частиц древесины, смолоподобных веществ в суспензиях и аэрозолях использовали методы оптической и фазовой лазерной микроскопии (Тычинский В.П., 2007). Концентрации растворов измеряли рефрактометрическим,

спектрофотометрическим, жидкостно-хроматографическим методами, поверхностное натяжение - методом сталагмометрии.

Содержание микрофлоры в 1 м3 воздуха или на 1 м2 рабочей поверхности определяли в соответствии с МУ 2.1.4.1057-01 и МУК 4.2.1884-04. Антимикробное действие суспензий и аэрозолей испытывали с использованием сравнительных лабораторных микробиологических методов в соответствии с ГОСТ. ССБТ. 12.1.00588 "Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны".

Статистический анализ проводили методом расчета среднеквадратичного отклонения внутри группы данных t-теста Стьюдента и вычисления корреляции двух групп данных. Критерий вероятности Р<0,05 принимали достаточным для достоверной разницы между ними. Минимальная повторность измерений 5-ти кратная, максимальная - 9-ти кратная.

В работе использовали стандартное УЗ оборудование:

- гидродинамический излучатель УЗ (ультразвуковой свисток), создающий УЗ поле с плотностью энергии ~ 0,4 Вт/см3, и с частотами в диапазоне от 3 до 40 кГц;

- пьезокерамические излучатели для получения УЗ с высокой плотностью энергии, питаемые от электрических генераторов (УЗПЗ 01/22 с частотой 22 кГц). Полупромышленная УЗ установка с оппозитными излучателями, создающими поле с плотностью энергии до 107 Вт/см3 (изготовлена в НПК «Афалина»);

- ультразвуковые генераторы аэрозолей - «Альбедо», «Ореол», распыляющие жидкости ультразвуком с частотой 2,6 МГц, сфокусированном из глубины жидкости к ее поверхности. Такой способ обеспечивает монодисперсность аэрозоля и высокую плотность тумана с размерами аэрозольных частиц в интервале 1 - 5 мкм.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Для решения поставленных в работе задач были разработаны новые методы УЗ

экстракции, трансформации смолоподобных веществ в водные суспензии, оценки плотности энергии низкочастотных УЗ полей. Для экстракции смолы из древесины

использовали интенсифицированные УЗ методы, в том числе метод углекислотной экстракции, метод экстракции водной эмульсией органических растворителей, обра-

зующейся в поле мощного УЗ, метод комбинированной двухступенчатой экстракции в поле гидродинамического, а затем электромеханического источников УЗ.

3.1.Экстракция смолы из сосновых опилок

Для удаления смолы из древесинных опилок перед ферментативным гидролизом в производственных условиях традиционные методы экстракции малоэффективны, так как требуют длительного времени. УЗ позволяет значительно ускорить процесс пропитки и экстракции, существенно снижая диффузионное сопротивление пограничного слоя.

Для выбора подходящего экстрагента опилки подвергали кратковременной интенсивной экстракции одним из органических растворителей (ацетон, гексан, этиловый спирт, жидкий диоксид углерода, пропиленгликоль) в лабораторных УЗ экстракторах различной конструкции. Таким способом из древесины хвойных пород деревьев извлекается от 2 до 4% (от массы сухой древесины) чистой смолы.

Применение УЗ для интенсификации экстракции смолы из опилок требует соблюдения определенных условий. Эффективная вязкость суспензии опилок в экстра-генте не должна превышать значений, при которых само явление кавитации оказывается невозможным. Опыты показали, что при соотношении растворитель (этиловый спирт): опилки, равном 7: 1, экстракция настаиванием в течение суток позволяет извлечь до 95 % смол из опилок сосны, а при перемешивании при 20 - 40?С извлекается то же количество смолы за 4 - 6 часов. При соотношении равном 7:1 кавитация практически не возникает даже в УЗ поле с плотностью энергии 2-10б Вт/м3. Изменение соотношения до значения 10:1 снижает эффективную вязкость суспензии опилок с характерными размерами древесных частиц от 2 мм до 5 мкм до величин, при которых возникает интенсивная кавитация, на несколько порядков ускоряющая процесс экстракции.

Скорость экстракции возрастает с уменьшением размера древесных частиц. Так, при плотности энергии ультразвука 1,5-106 Вт/м3, времени экстрагирования 20 мин., температуре 22?С и при соотношении массы экстрагента к массе опилок -10:1, этиловым спиртом из опилок со средними размерами 2,0 мм извлекается 2,2 % смолы, а из опилок с размерами 1,0 и 0,5 мм - 2,6 и 3% соответственно.

На рисунке 1 представлены данные зависимости массы экстрагированной смолы из ЮОг сосновых опилок с размерами частиц 10-20 мкм при 22?С. Соотношение массы экстрагента к массе опилок 10:1. Относительная погрешность измерения <11%.

10

Рисунок 1.

Зависимость массы экстрагированных смол от времени облучения.

з 2,1

Ч = 2

5 «и

1

0,5 ■

-гавнсимостъ массы смол от

времени облучения -теоретический 100% выход смол

0 10 20 50 40 50

время, МИН

Таким образом, в УЗ поле с плотностью энергии 2-106 Вт/м3 через 40 минут после начала процесса (пропитка + экстракция) извлекается более 95% смол (то есть столько же, сколько при перемешивании за сутки), а в течение первых 20 минут извлекается 83-85% смол. Оставшиеся 15 - 18% смол практически не влияют на скорость дальнейшей ферментативной трансформации древесины.

Древесная смола, в частности, смола сосны, имеет чрезвычайно сложный состав, зависящий от многих внешних причин: региона произрастания, местных условий, возраста дерева, части дерева, из которой смола экстрагируется, что затрудняет выбор экстрагента. При экстракции смолы в технических целях используют обычно бензин, после чего древесина оказывается непригодной для ферментативного гидролиза, поскольку бензин содержит ароматические соединения, даже следовые количества которых подавляют активность многих ферментов и жизнедеятельность микроорганизмов.

Из испытанных нами нескольких распространенных и доступных экстрагентов одним из лучших оказался ацетон (таблица 1).

Таблица 1.

Сравнительная эффективность экстрагентов при экстракции смолы из сосновых опилок. (Плотность энергии УЗ 1,5-10 Вт/м3, время экстракции - 20 мин. Соотношение массы экстрагента к массе опилок -10:1, Т 221С).

Экстрагент Масса смолы, извлеченная из 100 г опилок

Ацетон 2,1± 0,15

Этиловый спирт 1,9± 0,2

Пропиленгликоль 2,0± 0,15

Гексан 1,3± 0,15

Водно - гексановая эмульсия (95:5 0,9± 0,25

Жидкий диоксид углерода 2,0± 0,2

Однако в ряде случаев предпочтительнее использовать пропиленгликоль, разрешенный к применению, в том числе и в пищевой промышленности (ГОСТ 1971078).

При сравнении указанных экстрагентов было также обнаружено, что один и тот же объем ацетона может быть трижды использован для экстракции смолы из свежих порций опилок без потери экстрагирующих свойств. Этиловый спирт уже при второй экстракции свежей порции опилок извлекает около 90% смолы от первоначального ее количества, а из третьей порции опилок смола практически не извлекается (таблица 2).

Таблица 2.

Зависимость способности этанола экстрагировать смолу из сосновых опилок от содержания в нем воды.

(Плотность энергии УЗ 1,5-106 Вт/м3, время экстракции - 20 мин. Соотношение массы экстрагента и массы опилок - 10:1, Т 30?С.)

Концентрация спирта,' 45 50 60 70 80 90

Количество смолы из 100г опилок, г 0,76±0, 1,з± о,: 1,6±0,2 1,9±0,2 1,9± 0 ЧО Н-

Отмеченный эффект связан с растворимостью смолы в экстрагенте, содержащем воду. Так, способность этанола экстрагировать смолу из древесины заметно снижается при повышении содержания в нем воды до 40%.

Увеличение плотности энергии в УЗ реакторе в 10 раз приводит к сокращению времени экстракции примерно в сто раз. При экстракции ацетоном или пропиленгли-колем из 100 г сосновых опилок со средним размером ~ 0,6мм, УЗ с плотностью энергии 2-Ю7 Вт/м3за 10 секунд извлекается 2,7 г смолы.

3.1.1. Метод экстрагирования жидким СО2 был разработан нами для удаления смол из древесины и обеспечения максимальной доступности целлюлозы для ее ферментативной трансформации в сахара. Экстракция ведется под действием УЗ с частотой 35 кГц и плотностью акустической энергии ~ 0,2 Вт/см3 в жидким С02, являющемся экстрагентом для большинства смол, терпенов, масел, а последующий быстрый сброс давления обеспечивает разъединение волокон растительного сырья. Метод углекислотной УЗ экстракции древесины может найти практическое применение в многотоннажном производстве при разработке высокопроизводительного оборудования.

3.1.2. Метод экстрагирования эмульсией несмешивающихся жидкостей

разработан нами для извлечения из растительного сырья БАВ. Эмульсия несмешивающихся жидкостей, например, вода и гексан, образующаяся в УЗ поле и обладающей способностью экстрагировать жирорастворимые соединения, а затем разделяющаяся после окончания УЗ воздействия позволяет получать экстракт в органической фазе, объем которого может составлять 1 - 10% от объема всей эмульсии. После расслоения практически вся растворимая в органическом растворителе фракция концентрируется в относительно небольшом объеме, откуда ее легко удаляют перегонкой, сорбцией или другими способами.

Эффективность экстрагирования смолы из древесного сырья водно-гексановой эмульсией относительно невысока. Гексан представляет собой вещество не перспективное при применении его в технологии ферментативного гидролиза древесины.

3.1.3. Метод интенсивной двухступенчатой экстракции, обеспечивающий выделение смолы примерно из 5 тонн опилок в час, оказался наиболее приемлемым для промышленного применения.

Комбинированная система экстракции включает предварительную гидродинамическую обработку опилок органическим экстрагентом в поле УЗ с широким спектром частот и последующую экстракцию в УЗ поле с высокой плотностью энергии, образованном группой расположенных друг против друга излучателей (рисунок 2).

б Рисунок 2.

Комбинированный УЗ реактор для экстракции смолы из опилок. 1-реактор, 2-гидродинамический излучатель УЗ, 12 3-насос для подачи растворителя под давлением, 4- подача растворителя, 5-электроакусти-ческий преобразователь, б-погрузочное приспособление для сырья, 7-разгру-зочное приспособление, 8-направление движения экстрагированного сырья шнековым транспортером, 9-шнеко-вый транспортер, 10-подача свежего растворителя «в противоток», 11-регулирующий клапан отвода растворителя на регенерацию и сепарацию смолы, 12-уровень растворителя в устройстве.

Воздушные включения в частицах древесины, оказавшихся в гидродинамической части реактора, интенсивно пульсируют под влиянием частот, резонансных для их размера, а образующиеся микропотоки приводят к интенсивному снижению диффузионного сопротивления у поверхности частиц. В результате опилки быстро пропитываются экстрагентом, после чего попадают в поле УЗ с высокой плотностью энергии, которое снижая диффузионные ограничения, ускоряет экстракцию, обеспе-

чивая за 10-15 секунд удаление 3/4 смолы, содержащейся в древесине. Оставшаяся смола практически не влияет на процесс дальнейшей ферментативной переработки древесины в сахара.

3.2. Трансформация смолы сосны в суспензию

Для равномерного распределения небольших количеств содержащих БАВ жидкостей в водных и воздушных средах наиболее удобны аэрозольные распылители,

1

однако высокая вязкость смолы сосны не позволяет использовать их непосредствен, но в распылителях существующих конструкций. Этих недостатков лишена получен-1 ная с применением УЗ водная суспензия смолы, которая может быть легко трансформирована в аэрозоль.

Один из методов получения концентрированных (0,1-10 г/л) суспензий тугоплавких органических веществ, размягчающихся при повышении температуры до 95-100?С, был адаптирован нами для суспендирования смолы сосны и смолоподобных веществ. Размеры частиц при этом должны быть достаточно малыми (0,01-1 мкм),

что обуславливает существенное увеличение общей площади поверхности суспендированного вещества и его интегральной биоактивности. Размеры крупных частиц в суспензии поддаются измерениям с помощью оптического микроскопа, мелкие же частицы (<1 мкм)

удобнее исследовать с применением фазового лазерного микроскопа «Эйрискан» (Тычинский В.П., 2007).

Для получения суспензий использовали метод, разработанный ранее в ОАО «ГосНИИсинтезбелок». В соответствии с этим методом, суспендирование осуществляется с помощью УЗ реактора, представляющего собой емкость для воды с условно выделенным в ней объемом, в который помещают смолу или другие вещества аналогичной консистенции, имеющие температуру размягчения ниже температуры

Излучатель ультразвука

Рабочая зона с температурой Т1

Эмульгируемое вещество Буферная зона с температурой Тг

Направление потоков жидкости

Канал подачи эмульгируемого или суспендируемого вещества

Т,>Т2

Рисунок 3.

Схематическое изображение реактора для эмульгирования (суспендирования) тугоплавких веществ

кипения воды (рисунок 3). Под действием низкочастотного УЗ, обеспечивающего в рабочей зоне плотность энергии, достаточную для разогрева и плавления смолоподобного вещества, образуется эмульсия, уносимая в область с температурой 7^, где эмульсия остывает, превращаясь в суспензию.

3.3 Оценка плотности энергии низкочастотного УЗ в реакционном объеме проводилась по измерению ультразвукового давления лабораторными весами. Калибровка устройства проводилась калориметрическим способом по степени повышения температуры ЛТ=ТГТ1 жидкой среды с известной теплоемкостью С и плотностью р в теплоизолированном объеме V, по формуле: Р= Ср УЛ Т/1, где I - время воздействия УЗ на жидкость.

Поскольку практически вся акустическая энергия переходит в тепловую, измерение Л Т позволяет вычислить величину акустической энергии. Относительная погрешность измерения плотности энергии в жидкости по акустическому давлению (показанию весов) равна < 8%.

3.4. Ультразвуковая трансформация жидкости в аэрозоль Ряд вопросов, связанных с возможными изменениями свойств веществ в процессе их превращения в аэрозоли под действием УЗ, остается предметом дискуссии. В соответствии с современными представлениями образование капель аэрозоля под действием УЗ происходит в основном из поверхностных слоев жидкой фазы. Например, при воздействии фокусированным ультразвуком из глубины жидкой фазы поверхность жидкости над областью, где фокусируются ультразвуковые лучи (фокаль-1. ным пятном), вздымается за счет радиационного акустического

давления в виде конусовидного образования - «фонтана» (рисунок 4).

Рисунок 4.

• Схематическое изображение образования аэрозоля в «фонтане».

1-излучатель, 2-распыляемая жидкость, 3-фокальная область, 4-УЗ фонтан, 5- аэрозоль. Диаметр частиц аэрозоля составляет 1,5-5 мкм при частоте УЗ 2,64 МГц

Сходящийся пучок УЗ волн обуславливает в фокальном пятне плотность энергии, достаточную для возбуждения кавитации. В соответствии с предложенной нами гипотезой, расходящиеся за фокальным пятном УЗ волны, многократно отражаясь от поверхности фонтана, также создают в его объеме поле с высокой плотностью энер-

гии. Кавитационные пузырьки из фокального пятна уносятся акустическими потоками в фонтан, где порождают множество новых зародышей кавитации и возбуждают стоячие капиллярные волны конечной амплитуды на поверхности фонтана. Очевидно, что чем меньше радиус пузырька вблизи поверхности, тем меньше характерные размеры струй, обусловленных гидравлическими ударами, тем мельче частицы жидкости, возникающие под действием этих струй, тем выше в содержимом частиц поверхностно активных веществ (ПАВ), сорбированных поверхностью распыляемой жидкости.

Каковы бы не были механизмы образования УЗ аэрозолей, во всех случаях микрокапли образуются из поверхностного слоя жидкости, сравнимого по толщине с характерными размерами кавитационных пузырьков.

Образуясь из поверхностного слоя раствора, обогащенного ПАВ, частицы аэрозоля содержат повышенную, по сравнению с раствором, концентрацию этих веществ.

Известная благодаря многочисленным косвенным проявлениям, адсорбция ПАВ на границе раздела жидкость-газ впервые нашла прямое экспериментальное подтверждение. Трансформируя поверхностный слой раствора в аэрозоль, а затем вновь конденсируя его и сравнивая содержание ПАВ в модельном растворе и сконденсированном аэрозоле, мы получили прямое подтверждение концентрирования ПАВ на свободной поверхности воды.

Для получения аэрозолей и изучения изменений при УЗ трансформации жидкости в аэрозоль использован стандартный УЗ ингалятор с рабочей частотой 2,64 МГц.

Поскольку суспензии смолоподобных веществ представляют собой сложные системы, изменения в которых трудно идентифицировать, для модельных исследований использовали относительно простые объекты - воду, водные растворы С2Н5ОН и N301.

Образовавшийся аэрозоль, уносимый током воздуха, улавливали в аппарате с охлаждаемым жидкостным затвором, образованным из того же сконденсированного аэрозоля (рисунок 5).

Концентрации веществ в исходных растворах и в конденсированных аэрозолях измеряли стандартными лабораторными методами: рефрактометрическим, спекгро-фотометрическим или хроматографическим.

Устройство поддержания уровня жидкости и подачи воздуха

К вакуумному насосу

Рисунок 5.

Принципиальная схема установки для выделения поверхностно-активного компонента из раствора.

1- фокусирующий излучатель УЗ, 2 - раствор, 3 - сконденсированный аэрозоль, 4 - аэрозоль. 5 -гидрозатвор, 6 - кольцевые электроды, | - фокальная область.

Ошибка в концентрациях растворенных веществ в исходных образцах не превышает 2%, разброс результатов измерений концентраций растворенных веществ в конденсатах не превышает 10%. Разброс концентраций исследуемых веществ в конденсатах не превышает 14.4%.

Химические реакции в поле фокусированного УЗ в воде контролировались по

содержанию Н2О2, НЫ02 и ЮГОз в исходном растворе и конденсированном аэрозоле по спектрам поглощения в области 200-250 нм.

Анализ воды, подвергшейся воздействию (30 мин) в кюветах генераторов аэрозолей, не выявил присутствия , или Н2О2.

Рисунок 6.

Аэрозольное концентрирование этилового спирта в зависимости от исходной концентрации, Т 20°С.

Однако, в конденсате аэрозоля были обнаружены следы этих веществ, свидетельствующие о том, что продукты сонохимических реакций, возникающих при кавитации, целиком переходят в аэрозоль.

32 42 52

Концентрация растворе, %

Для исследования эффекта концентрирования в качестве модельного раствора ПАВ УЗ распылению при температуре 20?С подвергли водные растворы этилового спирта (рисунок 6).

Аэрозоль отводили потоком воздуха в ловушку-конденсатор для его обратной трансформации в жидкость. Соотношение концентраций этилового спирта (С|) в исходном растворе и конденсате (С{), принятое в качестве коэффициента концентрирования (С^СО, оценивали, используя рефрактометрический или хроматографический метод, позволяющий убедиться в отсутствии продуктов химических изменений распыляемого вещества. Как следует из полученных зависимостей, наибольшая эффективность концентрирования наблюдалась при малых концентрациях растворенных в воде ПАВ, что обусловлено наибольшим различием в этом случае между концентрацией ПАВ в объеме жидкости и на ее поверхности.

Приведенные результаты подтверждают факт концентрирования трансформацией обогащенного ПАВ поверхностного слоя жидкой среды в аэрозоль и его последующей конденсацией. Эффект наиболее выражен при низких концентрациях ПАВ в исходной среде, что объясняется снижением поверхностной активности раствора (ёс/сЮ) по мере роста его концентрации.

В результате проведенных исследований разработана технологическая схема производства и применения смолы сосны (рисунок 7).

Рисунок 7.

Технологическая схема производства и применения смолы сосны.

3.5. Антимикробное действие аэрозоля смолы сосновой древесины.

Суспензии смолы и смолоподобных веществ, распыленные с помощью стандартных УЗ генераторов аэрозолей веществ, были испытаны на бактерицид-ную/бактериостатическую активность.

Увеличение общей поверхности БАВ при их превращении в суспензии, а затем в аэрозоли, приводит к существенному повышению их интегральной активности.

Бактерицидное действие суспензии смолоподобных веществ исследовалось в лабораторных условиях на микроорганизмах Aeromonas sp., Moraxella sp., Citrobacter sp., Bacillus sp. выделенных из воды Дмитровского водохранилища.

После выделения и идентификации культуры бактерий использовали для оценки бактерицидного действия суспензии смолы и смолоподобных веществ. Для сравнения использовали эфирное масло сосны, а также сходный по консистенции и другим физическим свойствам суспендированный в воде прополис, бактерицидные свойства которого широко известны.

Результаты исследований по влиянию на микроорганизмы, выделенные из поверхностных слоев воды рыбоводных бассейнов, суспензий смолы и других смолоподобных веществ в аэрозольной форме приведены в таблице 3.

Как следует из полученных данных, кратковременная (10 сек.) экспозиция чашек Петри с культурами вышеперечисленных бактерий в аэрозолях прополиса и сосновой смолы, а также в аэрозоле эфирного масла сосны значительно подавляет их рост.

Таблица 3.

Бактерицидная эффективность однократного действия водных суспензий сосновой смолы, прополиса и эфирных масел.

Культура Препарат, 1 мг на чашку Петри (площадь 80 см25 Aeromonas sp. Moraxella sp. Nitrobacte sp. Bacillus sp.

Водная суспензия прополиса - 0,7 ** *** ** **

Водная суспензия смолы сосны- 0,392 ** *** ** **

Водная суспензия смолы сосны -1,176 ** * *

Водная суспензия смолы сосны- 2,352 т _ * _

Эфирное масло сосны-1,3 ** ** ** **

Интактная культура ***** ****>! *****

***** - активный рост бактериальных культур *** - снижение роста культур

** - снижение роста культур, рост только по краю чашки. * - значительное снижение роста культуры. - рост не фиксируется.

Исследования показали, что для каждого микроорганизма существует свой порог чувствительности (Таблица 4).

Таблица 4.

Минимальная действующая концентрация сосновой смолы и прополиса в суспензии.

Тест-культура Исследуемое вещество Минимальная концентрация действующего вещества, г / м2

Moraxella sp. 0,02

Nitrobacter sp. Водная суспензия 0,02

Bacillus spp. сосновой смолы 0,02

Aeromonas sp. 0,03

Moraxella sp. Nitrobacter sp. Bacillus sp. Aeromonas sp. Водная суспензия прополиса 0,02 0,03 0,01 0,02

Высокая эффективность аэрозолей смолы сосны и прополиса для санитарной обработки поверхностей обеспечивает их низкий расход и большие потенциальные возможности для обеззараживания помещений сельскохозяйственного, ветеринарного, медицинского, промышленного, офисного и бытового назначения.

Кроме того установлено, что антимикробный эффект сосновой смолы наблюдается также и в пределах концентраций 0,05 - 0,1%.

В тех же концентрациях смола сосны и прополис подавляют рост и развитие гриба Aspergillus Niger.

При исследовании действия аэрозолей водных суспензий сосновой смолы и прополиса на микрофлору воздуха в лабораторных помещениях получены следующие результаты (таблица 5).

Таблица 5.

Влияние аэрозоля суспензии сосновой смолы на микрофлору воздуха в лабораторных помещениях.

Испытуемые препараты Тест - культуры

Micrococcus sp Bacillus sp.

Водная суспензия сосновой смолы * -

Водная эмульсия эфирного масла сосны * **

Контроль - водопроводная вода ***** *****

Непосредственно после обработки воздуха (средняя исходная обсемененность 800 КОЕ) аэрозолем численность бактерий уменьшалась ~ в 2 раза, а спустя 3 часа ~ в 2,5 раза. Эффект сохраняется около б часов, затем уровень контаминации постепенно увеличивался, стремясь к исходным значениям и достигает их через 3-5 суток (рисунок 9). Бактерицидная активность суспензии смолы и эмульсии эфирного масла сосны оказалась весьма высокая, сходная и, в ряде случаев, превышающая бактерицидную активность эфирных масел.

Поскольку микроорганизмы не вырабатывают устойчивости к смоле сосны, прополису и эфирным маслам, то перспективность их использования в санитарной ветеринарной и комплементарной медицинской практике для снижения микробной обсеме-ненности и кондиционирования воздуха в производственных и жилых помещениях не вызывает сомнений.

время, часы

Рисунок 8.

Изменение обсемененности воздуха в лабораторных помещениях после обработки аэрозолями суспензии смолы сосны и прополиса.

Следует отметить, что стоимость кг прополиса достигает 16 ООО руб., тогда как смола сосны представляет собой отход производства и стоимость обработки аэрозолем смолы сосны 1 м2 поверхности не превышает 1 руб.. В связи с этим суспензия смолы сосны во многих случаях предпочтительнее суспензии прополиса, однако последний разрешен к применению, в том числе и в пищевой промышленности, а также применение его суспензии перспективно для повышения сохранности кормов и пищевых продуктов. В качестве модельного объекта использовали эмульсию с содержанием

растительного масла 15%, характерным для маложирных майонезов и заменителей цельного молока (ЗЦМ) для выпаивания телят.

С сырьем в майонез или ЗЦМ могу г попасть микроорганизмы родов Bacillus, Clostridium, Proteus, Pseudomonas, дрожжи рода Candida, грибы родов Aspergillus, Penicillium и другие, расщепляющие белки, углеводы, жиры.

В процессе изготовления модельные эмульсии были подвергнуты УЗ воздействию с частотой 22 кГц, плотностью энергии 0,15 Вт/см3 в течение 3 минут.

Для предотвращения прогоркания в рецептуру были включены антиоксиданты - аскорбиновая и лимонная кислоты, лецитин и токоферол по 0,5%, а для снижения обсемененности и предотвращения развития микрофлоры - 0,01% прополиса.

Микробиологическое обследование опытных образцов после 10 и 20 суток хранения при температуре 20?С показало существенное снижение бактериальной обсемененности после УЗ обработки в присутствии прополиса и подавление дальнейшего развития микроорганизмов (таблица 6).

Таблица 6.

Обсемененность образцов водножировых эмульсий после приготовления

Образец После приготовления Через 10 суток хранения (КОЕ) Через 20 суток хранения (КОЕ)

без УЗ обработки единичные колонии 1,5-10ч 6,8-10ч

и с УЗ обработкой единичные колонии 1,6-10ч 5,7'104

ёг £> ее И О. с прополисом, без УЗ обработки единичные колонии 1,3-10^ 4,2-10"

о к О £ с прополисом с УЗ обработкой отсутствие колоний единичные колонии единичные колонии

Полученные результаты свидетельствуют о перспективности использования УЗ технологий и природных бактерицидных соединений в кормопроизводстве и в пищевой промышленности.

Промышленные испытания подтвердили, что применение ультразвуковых суспензий экстрагированной из древесины смолы сосны для санитарной обработки представляется экологически и экономически оправданными, так как обеспечивает улучшение санитарного состояния офисных и промышленных помещений натуральным, безвредным для человека и животных веществом и способствует утилизации

сосновой смолы, являющейся отходом производства, и свидетельствует о возможности дальнейшей ферментативной переработки освобожденной от смолы древесины.

ВЫВОДЫ

1. Разработаны технологические приемы и методы экстракции биологически активных соединений смолы из хвойной древесины и смолоподобных веществ. Установлено, что наиболее эффективным методом экстракции из опилок является метод двухступенчатой экстракции.

2. Разработан экспресс-метод оценки плотности энергии низкочастотного ультразвука в реакционном объеме, основанный на измерении радиационного давления. Относительная погрешность метода составляет < 8%.

3. Смола сосны и другие смолоподобные вещества, в частности, прополис, трансформируются с помощью ультразвука в водные суспензии с размерами частиц 0,01? 1 мкм. Эти суспензии под действием высокочастотного фокусированного ультразвука легко превращаются в аэрозоли с размером капель 1? 5 мкм с помощью стандартных ультразвуковых распылителей (ингаляторов, небулайзеров).

4. Установлено, что трансформация ультразвуком водных растворов поверхностно-активных веществ в аэрозоль приводит к повышению их содержания в аэрозоле. Концентрация поверхностно-активного вещества в конденсате аэрозоля превышает его концентрацию в исходном растворе.

5. Суспензия смолы сосны и прополиса обладает бактериостатическим и бактерицидным действиями. Суспензия прополиса рекомендуется для увеличения в 3-4 раза сроков хранения кормовых и пищевых эмульсий.

6. Аэрозоли водных суспензий смолы сосны или прополиса непосредственно после обработки воздуха помещений ~ в 2 раза снижают численность бактерий, а спустя 3 часа ~ в 2,5 раза. Эффект сохраняется около 6 часов, затем уровень контаминации постепенно увеличивается, стремясь к исходным значениям, и достигает их через 3-5 суток.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ

В результате проведенных исследований разработана технологическая схема производства и применения смолы сосны, лабораторный регламент на мелкомасштабное производство препарата «Смола сосновая пропиленгликолевая экстракгав-

ная», утвержденный заместителем директора по науке ОАО «ГосНИИсинтезбелок» Е.Р. Давидовым 24. 03. 2010 г.. Получено санитарно-эпидемиологическое заключение №77.01.12.915. П.011097.02.10, выданное Федеральной службой по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (26.02.2010 г.), о соответствии препарата «Смола сосновая пропиленгликолевая экстрактивная" санитарным требованиям.

Полученные по разработанным нами методам суспензии и аэрозоли смолы сосны были испытаны в НП «Межрегиональный общественный институт защиты био-рессурсов» (акт от 20.08.2009 г.), в ФГУ «Ардонский лососевый рыбоводный завод» (акт от 24.04.2010 г.), в ООО «Акватехнопарк» (акт от 12.08.2009 г.), ООО «РЕБИОН» (акт от 22.03.2009 г.) и рекомендуются для снижения обсемененности помещений сельскохозяйственного, ветеринарного, медицинского назначения, а также офисных и лабораторных помещений.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Ступин А.Ю. Способ экстрагирования / Ступин А.Ю., Пашинин А.Е, Чубато-ва О.И. // Бюллетень ФИПС.- 2010.- № 19. Патент РФ № 2393905.

2. Ступин А.Ю. Способ выделения поверхностно активной компоненты из жидкой гетерогенной среды / Ступин А.Ю., Давидов Е.Р., Чубатова О.И.,Бамбура М.В., Акопян В.Б. // Бюллетень ФИПС.- 2010.- № 19. Патент РФ №2393903.

3.Ступин А.Ю. Способ кондиционирования растительного сырья. / Ступин А.Ю., Чубатова О.И., Бамбура М.В., Акопян В.Б., Давидов Е.Р. //Бюллетень ФИПС.-2010,- № 20. Патент РФ № 2394419.

4.Соколова Ю.В. Аэрозольный способ получения наночастиц /Соколова Ю.В., Ступин А.Ю., Бамбура М.В, Бирюков В.В., Акопян В.Б. //Материалы выставки РУСНАНОЭКСПО. - 2008. На электронном носителе.

5.Бамбура М.В. Древесная смола - ценный отход основного производства / Бамбура М.В., Овешников И.Н, Пашинин А.Е., Ступин А.Ю., Чубатова О.И. // Материалы V Московского международного конгресса «Биотехнология: состояние и перспективы развития. -2009,- т.2,- С.248.

6.Акопян В.Б. Изменение свойств водных растворов при их ультразвуковом распылении / Акопян В.Б., Бамбура М.В., Давидов Е.Р., Ступин А.Ю., Чубатова О.И. // Акустический журнал.- 2009,-т. 55.- №4-5.- С. 684 - 688.

7. Акопян В.Б. Ультразвуковой метод сепарации поверхностно-активных веществ, адсорбированных на границе раздела жидкость-газ / Акопян В.Б., Бамбура М.В.,

Давидов Е.Р., Ступил А.Ю., Чубатова О.И. // Журнал физической химии.-2010.-т. 84,-№3,-С. 425-428

8. Ступиц А.Ю. Использование прополиса в пищевых эмульсиях, полученных с применением ультразвука / Ступин А.Ю., Грузинов Е.В., Никитина Э.С., Чубатова О.Ю. // Пищевая промышленность.- 2010.- № 2.- С.54-56.

9.Акопян В.Б. Экстракция смолы из сосновых опилок / Акопян В.Б., Давидов Е.Р., Овешников И.Н, Пашинин А.Е., Ступин А.Ю. // Биотехнология. - 2010. № 2. -С. 65-69.

10. Ступин А.Ю. Получение микро- и наноразмерных частиц ультразвуковым распылением в жидких и газовых средах / Ступин А.Ю., Бамбура М.В., Тычин-ский В.П., Вышенская Т.В., Чубатова О.И. // Материалы выставки РУСНАНОЭКСПО.-. 2009. На магнитном носителе.

11. Акопян В.Б. Ультразвук в формировании водных суспензий тугоплавких биологически активных веществ / Акопян В.Б., Ступин А.Ю., Бамбура М.В., Рухман A.A., Филатова В.А. // Сборник трудов XXII сессии Российского акустического общества и сессии научного совета по акустики РАН,- 2010.- № 3. - С. 125-127.

12. Ступин А.Ю. Влияние ультразвука на свойства аэрозолей / Ступин А.Ю. , Акопян В.Б. // Материалы Московской международной научно-практической конференции: «Биотехнология: экология крупных городов». -2010. - С. 109-110.

13. Ступин А.Ю. Снижение микробной обсемененности производственных, офисных помещений и пищевых продуктов натуральными веществами / Ступин А.Ю., Чубатова О.И., Браславец В.Р. // Материалы Московской международной научно-практической конференции: «Биотехнология: экология крупных горо-дов».-2010, - С. 273-274.

14. Ступин А.Ю. Аэрозоль экстракционной смолы сосновой древесины / Ступин А.Ю., Бамбура М.В., Браславец В.Р., Призенко A.B., Кропачев Г.В. // Вестник НГАУ (Новосибирский государственный аграрный университет).-2010.-№4,- С. 32 -39.

15. Ступин А.Ю. Суспензии природных смол и смолоподобных веществ / Ступин А.Ю. // М. ФГНУ «Росинформагротех»,- 2010.- 67 С.

Отпечатано в ООО «Компания Спутник+» ПД № 1-00007 от 25.09.2000 г. Подписано в печать 08.11.2010 Тираж 130 экз. Усл. п.л. 1,5 Печать авторефератов (495)730-47-74,778-45-60

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Ступин, Андрей Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Отходы лесозаготовки — ценное сырье

1.2. Экстрагирование. Основные механизмы и способы 21 1.2.1. Традиционные методы экстрагирования

1.2.1.1. Мацерация

1.2.1.2. Ремацерация

1.2.1.3. Перколяция

1.2.1.4 Реперколяция

1.2.1.5 Противоточное экстрагирование 24 1.2.1.6. Циркуляционное экстрагирование 24 1.2.3. Современные способы интенсификации процесса экстрагирования 24 1.2.3.1. Вихревая экстракция 25 1.2.3.2 Экстрагирование с использованием электроплазмолиза и электродиализа

1.2.3.3. Экстрагирование сырья на роторно-пулъсационном аппарате

1.2.3.4.Экстрагирование с помощью электрических разрядов

1.2.3.5 Экстрагирование с применением ультразвука

1.3. Аэрозоли

Введение Диссертация по биологии, на тему "Ультразвуковая трансформация сосновой смолы и смолоподобных веществ в аэрозоли с антимикробной активностью"

Синтетические заменители не могут полностью вытеснить растительные продукты, хотя доля последних в производстве у нас в стране постоянно снижается. На мировом рынке синтетические дубители, например, полностью вытеснены таннидами черной акации, и мировое производство растительных дубителей имеет тенденцию к росту. В нашей стране дефицит дубителей, например, можно снизить, получая из коры некоторых сосновых таннидную фракцию. Проблему производства пектинов в России, возникшую после развала Советского Союза, когда все предприятия производящие пектин оказались за рубежом, также можно решить, выделяя пектины из коры тех же сосновых. По предварительной технико-экономической оценке, из 100 тыс. т. коры можно получить около 500 т пектинов (Черненко Г.Ф., Багрянская И.Ю., Шмидт Э.Н., 1990, Черненко Г.Ф и др. 1991).

Сырьем для лесохимической; парфюмерной, фармацевтической и других отраслей промышленности могут служить отходы, в большом количестве образующиеся при заготовке и первичной переработке леса, а биотехнология переработки этих отходов, включающая новые способы биохимической трансформации древесины и других источников растительного сырья позволит существенно увеличить объем и разнообразие социально востребованной продукции, производимой из древесных отходов.

Традиционные лесохимические производства образуют также большие количества жидких отходов - растворов, содержащих органические вещества, часто насыщенных колониями микроорганизмов. Выбросы этих отходов в окружающую среду, в частности в водоёмы приводят к масштабным загрязнениям, вплоть до локальных техногенных экологических катастроф. До недавнего времени одним из важнейших направлений развития отрасли являлось внедрение технологий очистки сточных вод, позволяющих, кроме снижения экологической нагрузки на окружающую среду, улавливать ценные химические компоненты для дальнейшего использования. (Рикис1а Т. 1963, Выродов В. А., Кислицын А. Н. и др. 1987). Однако сегодня более перспективной является разработка современных технологий полной, комплексной, безотходной переработки сырья.

Узкопрофильность действующих в настоящее время предприятий по переработке древесины приводит к образованию многотоннажных отходов. В связи с этим разработка новых подходов к использованию отходов основного производства при комплексной переработке древесины представляется весьма актуальной. Поскольку 99 % всех запасов древесины сосновых находится в Сибири и на Дальнем Востоке, вовлечение ее биомассы в углубленную переработку, в частности, при биосинтезе органических растворителей, используемых в качестве добавок к автомобильному горючему, позволит более рационально распоряжаться имеющимися ресурсами.

Условно весь процесс переработки отходов древесины, в частности, в биогорючее можно разделить на 5 этапов, характеризующих основные переделы древесины и получаемых из нее продуктов:

1. Подготовка сырья: размол древесины, удаление смол и (отдельно) синтез ферментов.

2. Ферментативный гидролиз древесины и получение Сахаров

3. Биосинтез бутанола и других растворителей,

4. Переработка отходов, в частности, очистка газовоздушных выбросов с разделением диоксида углерода и водорода,

5. Выращивание кормовых дрожжей и частичное их использование для выделения биологически активных веществ, как сырья для фармацевтической и косметической промышленности.

Такое условное деление позволяет реализовать каждую стадию независимо от остальных при условии обеспечения исходным сырьем, однако наиболее эффективно реализовать единовременно всю цепочку, что позволяет комплексно перерабатывать древесину, значительно улучшить экологические и экономические показатели производства за счет использования всех ее компонентов, рационального использования электроэнергии, тепла и других ресурсов. (Егоров А.Е., Акопян В.Б., 2009)

Среди продуктов переработки древесного сырья особое место занимают природные соединения с антимикробной активностью. Успехи химии отодвинули на время эти природные противомикробные соединения на задний план, однако вскоре выяснилось, что бактерии быстро адаптируются к антибиотикам, что многие новые лекарственные препараты, обладают нежелательными побочными эффектами, а некоторые современные бактерицидные соединения весьма токсичны для человека и сельскохозяйственных животных. В связи с этим, в последнее время исследователи вновь обратили внимание на природные растительные препараты, и интерес к ним снова возрос. (Огка1р В., Огкап М. М. 2009, 1010) Успехи современных технологий в ряде случаев позволяют получать значительно более активные, чем ранее, комплексы веществ, за счет исключения, например, нагревания сырья до слишком высоких температур.

Совершенствование традиционных технологий переработки растительного и животного сырья, разработка принципиально новых технологий «живых систем», возвращение интереса к фитотерапии и опыту народной медицины вызвали новую волну исследований растений как источников ценных биологически активных ■ веществ и разработки технологий выделения этих биологически активных веществ из растительного сырья, основанных на последних достижениях и учитывающих современные требования комплексной переработки сырья.

Решение ряда проблем экологии, связанных с утилизацией многотоннажных отходов производства и кондиционированием среды обитания человека и сельскохозяйственных животных в условиях повышенных техногенных нагрузок, нередко требуют интенсификации технологических процессов, реализуемой с применением ультразвуковых технологий. Особенно ярко проявляется это в технологиях переработки отходов, остающихся' после вырубки леса. Лесные ресурсы являются перспективным источником сырья для химической переработки в- связи с естественной их возобновляемостью. Только комплексное использование древесного сырья для получения востребованной продукции делает производство каждого из производимых продуктов экономически оправданным. Проблема рационального использования отходов^ лесозаготовительной промышленности, является одной из актуальных задач (Каныгин П.С., 2009).

При получении, например, биогорючего, в частности'биобутанола из древесного сырья, это сырье необходимо освобождать от смол, подавляющих активность целюлолитических ферментов, обеспечивающих ферментативную трансформацию целлюлозы в, сахара, доступные для утилизации микроорганизмами, синтезирующими, в частности, бутиловый спирт в качестве одного из метаболитов. Смола легко удаляется ультразвуковой экстракций - одним из наиболее эффективных способов выделения биологически активных веществ из растительного сырья (Хмелев В.Н., 2010'Abdullah S. at al., 2010; Молчанов Г.И., 2009), но требующим специфической адаптации к экстргенту, экстрактанту и условиям основного технологического процесса.

Смола сосны, полученная методом ультразвуковой экстракции, отличается повышенной активностью, так как не подвергается в процессе выделения-действию высоких температур и содержит ряд бактерицидных летучих компонентов, в частности эфирное масло.

Древесная смола, как и другие биологически активные вещества растительного или животного происхождения, имеющие смолоподобную консистенцию и плохо растворимые в воде (прополис, тугоплавкие жиры и т.д.) непросто использовать при создании форм, удобных в практике биотехнологии, кормопроизводства, медицины, ветеринарии, санитарии, парфюмерии и кондиционирования воздуха, а удобные для использования их растворы в органических растворителях небезвредны и находят лишь ограниченное применение.

Один из возможных путей практического применения этих веществ -ультразвуковая трансформация в водную суспензию с размерами частиц от долей до единиц мкм. Общая поверхность частиц при этом оказывается весьма существенной, что обеспечивает интегральное повышение биологической активности суспендированной субстанции. Весьма перспективно и использование биологически активных соединений в виде аэрозолей (Боченин Ю.И., 1970, 1978, 1999, 2002; Осипов Л.В., 2003; Ярных В. С., 1972; Но1сотЬ 8.1 а1., 1997 ). Однако, повышение активности частиц путем значительного увеличения их интегральной поверхности обычными методами не может быть признано целесообразным по причине высокой себестоимости активации. (Петрянов - Соколов И.С., Сутугин А.Р., 1989).

Разработка ультразвуковых методов трансформации смолы сосны и других природных смолоподобных соединений, содержащих эфирные масла, в водные суспензии и их использование в виде ультразвуковых аэрозолей для повышения сроков хранения пищевых продуктов и кормов, для деконтаминации сельскохозяйственных промышленных и офисных помещений, для лечения болезней органов дыхания, параллельно решает проблему утилизации смолы, как отхода производства, и проблему улучшения условий труда производственного персонала и офисных работников.

Выделенные из древесины биологически активные вещества представляют собой ценное сырье для дальнейшей переработки в составляющие лекарственных или косметических композиций, и могут также использоваться в производстве товаров бытовой химии дезодорантов, ароматизаторов воздуха (Бретшнайдер Б., 1989) и т.д.

Следует отметить, что микроорганизмы даже в случае длительного контакта с некоторыми смолоподобными соединениями - прополисом, смолой сосны и эфирными маслами ряда растений практически не вырабатывают резистентности к ним (Николаевский В.В., Еременко А.Е., Иванов И.К., 1987, Motiejünaite О., Peciulyte D. 2004, Ozcalp. В., Ozean М.М., 2009)

Это свойство выгодно отличает природные бактериостатики и бактерицидные вещества от антибиотиков и агрессивных химических соединений и делает весьма перспективным их использование для снижения обсемененности (даже в присутствии человека) медицинских кабинетов и ветеринарных боксов, складов ветеринарных препаратов, промышленных, офисных, учебных и жилых помещений, для повышения сохранности кормов и пищевых продуктов, а в перспективе и для использования в комплементарной (поддерживающей) медицине и ветеринарии (Ярмоненко С.П., 1997).

Использование ультразвука требует разработки и применения адекватных метрологических методов оценки плотности энергии в ультразвуковом поле. Такие методы, применяемые в технологических целях должны отличаться экспрессностью, достаточной точностью и воспроизводимостью.

Интенсификация УЗ экстракции смолы, трансформация смолы и смолоподобных веществ в форму, удобную для использования в качестве средства для снижения бактериальной обсемененности, представляет собой актуальную проблему, решение которой требует:

- разработки технологии интенсивной УЗ экстракции смолы из древесного сырья;

- разработки метода трансформации смол и смолоподобных веществ в водные суспензии;

- разработки экспресс-метода оценки плотности энергии в УЗ поле;

- исследования изменений свойств водных суспензий и растворов в процессе их УЗ распыления;

- сравнительного испытания полученных суспензий смолоподобных веществ для снижения бактериальной обсемененности на промышленных объектах, в медицинских и ветеринарных клиниках, офисных помещениях, а также в кормовых и пищевых продуктах и профилактических препаратах медицинского и ветеринарного назначения.

Работа выполнена в соответствии с планом НИР ОАО Государственный Научно-исследовательский институт Биосинтеза белковых веществ. Корпорация «БИОТЕХНОЛОГИИ», МОСКВА, по теме: «Комплексная переработка лесной продукции».

Целью настоящей диссертации является разработка новых интенсивных ультразвуковых технологий выделения смолы из древесного сырья, трансформации смолы и смолоподобных веществ в водные суспензии, применение ультразвуковых методов для распыления суспензий и испытание полученных аэрозолей для снижения бактериальной обсемененности промышленных объектов, офисных, служебных и жилых помещений, пищевых и кормовых продуктов, а также профилактических препаратов медицинского и ветеринарного назначения.

Основные задачи исследования: 1. Разработать технологические приемы и методы экстракции биологически активных соединений, в частности смолы, из древесного сырья.

2. Разработать экспресс - метод оценки плотности энергии низкочастотного УЗ.

3. Разработать УЗ метод трансформации смолы сосны и других смолоподобных биологически активных соединений (прополиса, например), в водные суспензии.

4. Исследовать изменения в водных средах при их УЗ трансформации в аэрозоль.

5. Провести сравнительные испытания аэрозолей и суспензий смолы сосны и прополиса, а также эмульсии эфирного масла сосны для повышения сохранности пищевых и кормовых эмульсий, а также снижения обсемененности в лабораторных, промышленных сельскохозяйственных и офисных помещениях.

Научная новизна.

1.Наиболее эффективным способом экстракции смолы из опилок в настоящее время является двухступенчатый способ с использованием на первой ступени гидродинами-ческого преобразователя, создающего излучение с широким спектром частот, ускоряю-щее пропитку экстрагентом, а на второй - группы оппозитных электромеханических преобразователей, обеспечивающих высокую плотность энергии УЗ (107Вт/мЗ) и, как следствие, интенсивное извлечение смолы из опилок (Патент РФ № 2393905. Бюл. ФИПС № 19; патент РФ № 2394419. Бюл. ФИПС № 20).

2.Показано, что древесная смола, как и другие тугоплавкие высоковязкие смолоподобные вещества, трансформируются УЗ в водные суспензии, пригодные для их распыления в УЗ генераторах аэрозоля.

3.Впервые экспериментально подтвержден эффект сорбирования поверхностно активных веществ (ПАВ) на границе раздела водная среда -воздух, и показана возможность использования этого эффекта для разработки метода концентрирования ПАВ путем УЗ трансформации приграничных слоев жидкости в аэрозоль с последующей его конденсацией (Патент РФ № 2393903. Бюл. ФИПС № 19).

4.Впервые установлено, что при УЗ трансформации водных суспензий в аэрозоль, в конденсате этого аэрозоля обнаруживаются следы перекиси водорода, азотной и азотистой кислот.

5.УЗ суспензия смолоподобного вещества - прополиса, введенная в состав жировых эмульсий, снижает их обсемененность в ~ 1 ООО раз и в три раза увеличивает срок их хранения.

6.Исследования показали, что аэрозоли водных суспензий смолы сосны, так же, как и прополиса обладают выраженной бактериостатической активностью и перспективны для снижения обсемененности воздуха и рабочих поверхностей на предприятиях по разведению и выращиванию рыбы, в учебных, лабораторных и офисных помещениях. Аэрозоли водных суспензий .смолы сосны в два, три раза (в зависимости от локальных условий) снижают обсемененность воздуха лабораторных и офисных помещений, подавляя жизнеспособность микроорганизмов.

Практическое значение.

Разработан экспресс - метод оценки плотности энергии низкочастотного УЗ. (Заявка на изобретение № 2009123519 от 22.05.2009).

Разработан и испытан комбинированный УЗ метод, позволяющий интенсифицировать процесс экстракции смолы из древесного сырья и сократить его длительность до нескольких секунд, что в тысячу раз быстрее, чем методом настаивания;

Разработан и испытан УЗ метод получения водных суспензий древесной смолы и других тугоплавких смолоподобных веществ (в частности, прополиса) с выраженными бактерицидными свойствами;

Разработан лабораторый регламент ЛР-01-2010 на мелкомасштабное производство препарата «Смола сосновая пропиленгликолевая экстрактивная» утвержденный заместителем директора по науке ОАО «ГосНИИсинтезбелок Е.Р. Давидовым 24 03. 2010 и получено санитарноэпидемиологическое заключение №77.01.12.915.П.011097.02.10 выданное Федеральной службой по надзору в сфере прав защиты потребителей и защиты человека 26.02.2010, о соответствии этой субстанции санитарным правилам.

Наработаны опытные партии «Смолы сосновой пропиленгликолевой экстрактивной» для использования в качестве сырья, переданы ООО «ИНВИСТРА» ООО «РЕБИОН» и испытаны на практике (Акт о внедрении, выданный Генеральными директором ООО «Инвистра» В. С Синицыным 23.03 2010, акт о производственных испытаниях, выданный Генеральными директором ООО «РЕБИОН» О.И. Чубатовой 22.03 2010, См. приложения к диссертации).

Проведены сравнительные испытания аэрозолей суспензии смолы сосны, а таюке прополиса в хозяйствах по промышленному разведению рыбы ценных пород с целью снижения обсемененности производственных помещений и получены официальные заключения о применимости этих аэрозолей для санитарной обработки промышленных объектов (см. Приложение).

Основные результаты исследований представлены на выставках «РУСНАНОЭКСПО», М., 2008 г., «РосБиоТех-2008», М., 2008 г., на Московских международных конгрессах «Биотехнология: состояние и перспективы развития, 2009 и 2010, на Международном форуме Российско-Германского биотехнологического кооперационного союза, Москва, 2009 г., на совместной XXII сессии Российского акустического общества и Сессии Научного совета РАН. Москва. 15-17 июня 2010 г.

Публикации. Материалы диссертации представлены в 15 публикациях, в том числе в монографии, в журнальных статьях, в тезисах докладов, в описаниях к патентам и заявке на патент, в том числе, 8 публикаций в изданиях, рекомендованных для ВАК Минобрнауки РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 125 стр., содержит 12 таблиц, 24 рисунка, 20 листов приложений, публикаций и материалов диссертации. Состоит из введения, экспериментальной части, результатов исследования и их обсуждения, заключения и выводов, а также приложений.

Заключение Диссертация по теме "Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)", Ступин, Андрей Юрьевич

ВЫВОДЫ

1. Разработаны технологические приемы и методы экстракции биологически активных соединений смолы из хвойной. древесины и смолоподобных веществ. Установлено, что наиболее эффективным методом экстракции из опилок является метод двухступенчатой экстракции.

2. Разработан экспресс-метод оценки плотности энергии низкочастотного ультразвука в реакционном объеме, основанный на измерении радиационного давления.

3. Смола сосны и другие смолоподобные- вещества, в частности, прополис, трансформируются с помощью ультразвука в водные суспензии с размерами частиц 0,01? 1 мкм. Эти суспензии под действием высокочастотного фокусированного ультразвука легко превращаются в аэрозоли с размером капель 1?5 мкм с помощью стандартных ультразвуковых распылителей (ингаляторов, небулайзеров).

4. Установлено, что трансформация ультразвуком водных растворов поверхностно-активных веществ в аэрозоль приводит к повышению содержания в аэрозоле поверхностно-активных составляющих раствора. Концентрация поверхностно-активного вещества в конденсате аэрозоля превышает его концентрацию в исходном растворе, что явилось основанием для разработки нового метода концентрирования.

5. Суспензия прополиса обладает бактериостатическим и бактерицидным действиями и рекомендуется для увеличения в 3-4 раза сроков хранения кормовых и пищевых эмульсий.

6. Аэрозоли водных суспензий смолы сосны или прополиса непосредственно после обработки воздуха ~в2 раза снижают численность бактерий, а спустя 3< часа ~ в 2,5 раза. Эффект сохраняется около 6 часов, затем уровень контаминации постепенно увеличивается, стремясь к исходным значениям, и достигает их через 3 — 5 суток.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ

В результате проведенных исследований разработана технологическая схема производства и применения смолы сосны и лабораторный регламент на мелкомасштабное производство препарата «Смола сосновая пропиленгликолевая экстрактивная», утвержденный заместителем директора по науке ОАО «ГосНИИсинтезбелок» Е.Р. Давидовым 24 03. 2010 г. Получено санитарно-эпидемиологическое заключение №77.01.12.915. П.011097.02.10, выданное Федеральной службой по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (26.02.2010 г.), о соответствии этой субстанции санитарным требованиям.

Полученные по разработанным в диссертации методам суспензии и аэрозоли смолы сосны были испытаны в НП «Межрегиональный общественный институт защиты биорессурсов» (акт от 20.08.2009 г.), в ФГУ «Ардонский лососевый рыбоводный завод» (акт от 24.04.2010 г.), в ООО «Акватехнопарк» (акт от 12.08.2009 г.), ООО «РЕБИОН» (акт от 22.03.2009 г.) и рекомендуются для снижения обсемененности помещений сельскохозяйственного, ветеринарного, медицинского назначения, а также офисных и лабораторных помещений. 7.

Полученные по разработанным в диссертации методам суспензии и аэрозоли смолы сосны испытаны в НП «Межрегиональный общественный институт защиты биорессурсов» (Акт от 20.08.09), в ФГУ «Ардонский лососевый рыбоводный завод» (Акт от 24.04.2010), в ООО «Акватехнопарк» (Акт от 12.08.2009), ООО' «РЕБИОН» (Акт от 22.03.2009) и рекомендуются для снижения обсемененности помещений сельскохозяйственного, ветеринарного, медицинского назначения, а также офисных и лабораторных помещений.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Ступин А.Ю., Пашинин А.Е, Чубатова О.И., Способ экстрагирования. 2008. Патент РФ № 2393905. Опубликовано 10.07.2010, Бюллетень ФИПС № 19.

2. Ступин А.Ю. Давидов Е. Р., Чубатова О. И.,Бамбура М.В., Акопян В. Б. Способ выделения поверхностно активной компоненты из жидкой гетерогенной среды. Патент РФ № 2393903.Опубликовано 10.07.2010 Бюллетень ФИПС № 19.

3. Ступин А.Ю., Чубатова О. И., Бамбура М.В., Акопян В. Б., Давидов Е.Р. Способ кондиционирования растительного сырья. Патент РФ № 2394419. Опубликовано 20.07.2010. Бюллетень ФИПС № 20

4. Соколова Ю.В., Ступин А.Ю., Бамбура М.В, Бирюков В.В., Акопян В.Б. Аэрозольный способ получения наночастиц. Материалы выставки РУСНАНОЭКСПО. М. 2008. На электронном носителе.

5. Бамбура М.В., Овешников И.Н, Пашинин А.Е., Ступин А.Ю., Чубатова О.И. Древесная смола - ценный отход основного производства. Тезисы V Московского международного конгресса «Биотехнология: состояние и перспективы развития. М. 2009, т.2, с.248.

6. Акопян В.Б., Бамбура М.В., Давидов Е.Р., Ступин А.Ю., Чубатова О.И. Изменение свойств водных растворов при их ультразвуковом распылении. Акустический журнал 2009, 55. №4-5,.с. 684 - 688.

7. Акопян В.Б., Бамбура М.В., Давидов Е.Р., Ступин А.Ю., Чубатова О.И. Ультразвуковой метод сепарации поверхностно-активных веществ, адсорбированных на границе раздела жидкость-газ. Журнал физической химии, 2010, 84, № 3, с. 425-428

8. Ступин А.Ю., Грузинов Е.В., Никитина Э.С., Чубатова О.Ю. Использование прополиса в пищевых эмульсиях, полученных с применением ультразвука. Пищевая промышленность, 2010, 2, с.54-56.

9. Акопян В.Б., Давидов Е.Р., Овешников И.Н, Пашинин А.Е., Ступин А.Ю., Экстракция смолы из сосновых опилок. Биотехнология, 2010, №2, с 65-69.

10. Ступин А. Ю., Акопян В.Б., Бамбура М. В., Рухман A.A., Рухман Е.П., Чубатова О.И., Коновалова Л.Г., Коновалов Д. В., Нонгайяр Бертран. Устройство для измерения мощности ультразвукового излучения. Заявка на изобретение № 2009123519/032537 от 22.05.2009.

И. Ступин А.Ю., Бамбура М.В., Тычинский В.П., Вышенская Т.В., Чубатова О.И. Получение микро- и наноразмерных частиц ультразвуковым распылением в жидких и газовых средах. Материалы выставки РУСНАНОЭКСПО. М. 2009i На магнитном носителе.

12. Акопян В.Б., Ступин А.Ю., Бамбура М.В., Рухман A.A., Филатова В;А. Ультразвук в формировании водных суспензий тугоплавких биологически активных веществ. Сборник трудов XXII сессии Российского акустического общества и сессии научного совета по акустики РАН, 2010, 3, с.125-127.

13. Ступин А.Ю., Акопян В.Б. Влияние ультразвука на свойства аэрозолей. Материалы. Московской международной научно-практической конференции Биотехнология: экология , крупных городов: М.2010, с. 109-110.

14. Ступин А.Ю., Чубатова О.И., Браславец В.Р. Снижение микробной обсемененности производственных, офисных помещений и пищевых продуктов натуральными веществами. Материалы Московской-международной: научно-практической конференции Биотехнология: экология крупных городов. М.2010, с. 273-274.

15. Ступин А.Ю., Бамбура М.В., Браславец В.Р., Призенко А.В:, Кропачев F.B. Аэрозоль экстракционной смолы сосновой древесины. Вестник НГАУ (Новосибирский государственный аграрный университет), 2010, 4, с. 32-39.

1 б. Ступин; А.Ю; Суспензии природных смол; и смолоподобных веществ. М. ФГНУ «Росинформагротех». 2010, 67 с.

1.4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ опубликованных ранее в специальных изданиях и приведенных выше данных позволяет заключить, что несмотря на существующую ныне потребность в природных препаратах, обладающих бактерицидными свойствами, потребность в технологии интенсивной высокоскоростной экстракции смол из древесного сырья, в методах превращения смол и смолоподобных веществ в препараты, удобные для использования с целью снижения микробной обсемененности промышленных (Моисеев П.А. и др. 1985), офисных и других помещений; а также снижения обсемененности воздуха и пищевых продуктов натуральными веществами и увеличения срока их хранения, проблемы удовлетворения этих потребностей еще далеки от своего решения.

Существуют, однако, подходы к решению этих проблем, ряд которых связан с использованием ультразвука для интенсификации процессов массопереноса и снижения диффузионных ограничений при экстракции, для трансформации смол и смолоподобных веществ в устойчивые водные суспензии, обладающие высокой биологической активностью за счет сильно развитой поверхности действующего вещества, для распыления этих суспензий в аэрозоли, обладающие выраженными бактерицидными свойствами и введения суспензий некоторых смолоподобных веществ в пищевые и кормовые композиции, с целью подавления развития в них нежелательной микрофлоры.

Решения указанных проблем получены в результате проведенных в рамках представленной диссертации ряда исследований и разработки новых методов и технологических приемов с использованием ультразвука.

Глава 2.0БЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектами исследований являлись опилки и смола хвойных пород деревьев, произрастающих в основном в Восточной Сибири. Для сравнения с бактерицидными свойствами смолы использовался прополис, обладающий сходной консистенцией и высокий противомикробной активностью, а также эфирное масло сосны.

Исследования проводили как с использованием стандартных методов, так и методов специально разработанных для решения поставленных задач.

2.1. Объекты исследований

2.1.1. Опилки сосновой древесины, отличаются большим разнообразием своих свойств, что обусловлено не только широким представительством семейства Сосновых {Ртасеаё) - около 100 видов сосен в лесах умеренного пояса и более 20 видов - в субтропическом и тропическом поясах, но и зависимостью свойств древесины и содержания в ней смолы от климатических условий, плодородия почвы, возраста дерева, части дерева и ряда других. В России самый обширный ареал занимает сосна обыкновенная (Ртиэ яНуезМв). Однако, даже деревья одного этого вида, выросшие в разных условиях дают явно отличающиеся сорта древесины: рудовую - мелкослойную, плотную и смолистую, которую образуют сосны растущие на возвышенных местах на хороших боровых песчаных почвах и мяндовую - малосмолистую, крупнослойную и более рыхлую, образованную деревьями, растущими на низких, сырых и жирных почвах. Такое разнообразие усложняет разработку некоторых технологии переработки сосновой древесины и, в частности, технологию ее обессмоливания, необходимого как для использования древесины в производстве мебели, так и для ферментативного гидролиза отходов лесозаготовки и лесопереработки в технологии получения Сахаров.

2.1.2. Смола сосны и ряда других хвойных деревьев вырабатывается деревом в ответ на неблагоприятные внешние условия, служит защитным средством, в частности при повреждениях коры. Содержит смола (в % по массовым долям) :

-35% смоляных кислот, 3,5% водорастворимых кислот, в частности уксусной, 8% фенолов, 30% высших спиртов, эфиров углеводородов, 15% летучих веществ, I 8% воды, 0,5% примесей

Смолу- сосны и других деревьев- семейства сосновых добывают в наше время самыми разными способами. Следует, однако, отметить, что с развитием химических производств потребность промышленности в натуральной сосновой смоле постоянно уменьшается.

Состав смолы, варьирует в зависимости от породы и части дерева, .а также способа ее извлечения (Бетеко I., Бетеко Г. 1998, 1999). Смола, вырабатываемая хвойными деревьями, собирается в многочисленных смоляных ходах, где находится под давлением и выделяется через повреждения коры. Для ее добычи на коре делают специальные надрезы и собирают вытекающий сок. Собранный сок, - живицу, перегоняют, освобождая от воды и посторонних примесей. После отгонки остается твердая смола - канифоль.

Другой способ добычи смолы - смолокурение. Смола, полученная методом смолокурения - сложная смесь фенолов (10-25%), в составе которых находится фенол, крезолы, ксиленолы, о-этилфенол, псевдокуменолы, пирокатехин, гваякол, метиловые эфиры пирогаллола и другие соединения; ряд органических кислот (10-30%) от муравьиной до каприловой, пальмитиновая, арахиновая, бегеновая,1 ненасыщенные кислоты этого ряда, смоляные и др.; нейтральные вещества (40-55%), содержащие кетоны, альдегиды, спирты, углеводороды различных классов и прочее.

Именно эту смолу используют в качестве ингредиента1 при изготовлении» мыла, шампуней, а также в медицинских целях при производстве лекарственных средств противоаллергической сыпи, псориаза, экземы, медицинских лейкопластырей.

Смолу экстракционную извлекают из пней, где содержание смолы бывает, как правило, весьма высоким по-сравнению с ее содержанием в свежей древесине. Со временем в? пнях, в процессе созревания, смоляные кислоты и терпеновые углеводороды, содержащиеся* в сосновой* древесине, подвергаются изомеризации- и окислению, вследствие чего образуются окисленные смоляные кислоты и терпеновые спирты. В* результате, смолистые вещества, содержащиеся в пнях существенно отличаются-как от смолы, содержащейся в древесине, так и от сосновой живицы. Для экстракции смолы из измельченной древесины пней чаще всего используется бензин.

При* выборе экстрагента обычно учитывают его технологическую эффективность, а также огне- и взрывоопасность и токсичность. Растворителей, полностью отвечающих этим требованиям, не существует. Из многих органических растворителей (бензин, бутиловый и изопропиловый спирты, толуол, ксилол, дихлорэтан, трихлорэтилен (Бе^е!

Б., Рггук1епк М, 1983), хорошо растворяющих смолистые вещества наиболее приемлемым считается относительно дешевый и малотоксичный бензин. Однако пожаро- и взрывоопасность, а также некоторые другие свойства бензина накладывает существенные ограничения на его применении.

Экстракция летучими растворителями имеет свои преимущества, поскольку экстракция производится при невысокой температуре, при этом растворитель извлекает не только смолу, но и все растворимые' душистые вещества и биологически активные компоненты растения с примесью восков. После очистки такие экстракты успешно применяются в парфюмерии и медицине, равно как, и»для санации.помещений и освежения воздуха. В последнее время в парфюмерии и профилактической медицине предпочитают применять смолу, специально- для« этих целей, экстрагированную пропиленгликолем.

Экстрагированная бензином- смола находит такое же- широкое применение, как и смола, добытая другими методами. Древесное сырье, после экстракции и сушки вполне пригодно для дальнейшего использования например; в производстве, древесно-стружечных плит, однако, его применение для получения Сахаров методом ферментативного гидролиза целлюлозы весьма затруднено, так как остатки бензина, содержащие циклические углеводороды даже в следовых количествах, препятствуют ферментативному гидролизу целлюлозы.

Область применения сосновой смолы »существенно расширяется при ее модификации.

2.1.3. Прополис — используемое нами в сравнительных исследованиях смолоподобное вещество, вырабатываемое пчёлами из компонентов, которые они! собирают с клейких почек тополя, ольхи, берёзы и некоторых других деревьев, и используемое для замазывания щелей и отверстий в улье, с целью создать в нем оптимальный для, пчелиной семьи» микроклимат. С помощью прополиса пчёлы регулируют ширину летка в зависимости от температуры снаружи улья.

Обладая выраженными антисептическими свойствами, прополис защищает пчел от многих грибков, бактерий и вирусов. Пчелы используют прополис и для изоляции посторонних предметов, которые они физически не в состоянии удалить из своего жилища, например убитых мышей и других мелких животных.

Прополис имеет горьковато-жгучий вкус, цвет от жёлтого до тёмно-бурого. Изредка встречается прополис практически лишенный запаха, но, как правило, он обладает специфическим ароматом, смолистых веществ и эфирных масел. Изначально довольно пластичный, со временем он постепенно твердеет. При температуре, превышающей 65-70°С прополис разжижается, а при охлаждении ниже 15°С твердеет и легко крошится. Всего в составе прополиса обнаружено около 280 различных соединений, однако более 150 так еще и не идентифицировано. В прополисе обнаруживают смоляные кислоты и спирты, артипиллин, дубильные вещества, фенолы, бальзамы, воск, эфирные масла, флавоноиды, аминокислоты, микроэлементы, в частности, кальций, магний, цинк, селен, железо и другие, а также витамины В1, В2, В6, А, Е, никотиновая, пантотеновая кислоты и другие. Прополис отличается целебным и противомикробным действием, используется в медицине и ветеринарии. Бактерицидное действие прополиса распространяется практически на всех возбудителей болезней человека и животных и проявляется в довольно малых концентрациях. Прополис занял прочное место в ветеринарной практике и в гуманитарной медицине для профилактики и лечения заболеваний дыхательный путей, желудочно-кишечного тракта, покровных тканей. Широко используется при лечении детских болезней, а также в отоларингологии и гинекологии. Благодаря своему бактерицидному, дезодорирующему, и анестезирующему действию прополис часто применяют в производстве косметических композиций.

Из прополиса готовят мази для лечения ран, экзем и некоторых других болезней: Прополис проявляет активность в борьбе против таких опасных возбудителей, как микобактерии туберкулеза, вирусы герпеса, гриппа, гепатита, как грибы рода кандида, а еще он оказывает выраженное обезболивающее, противовоспалительное и иммуномодулирующее действие, обладает противоопухолевым, радиопротекторным и антитоксическим эффектом.

В воде прополис практически не растворим, что существенно ограничивает возможности его применения.

2.2. Ультразвуковое оборудование для воздействия на вещество.

В работе использовали как экспериментальное, разработанное и построенное специально для проведения собственных исследований, так и стандартное ультразвуковое оборудование.

2.2.1. Гидродинамический излучатель ультразвука (ультразвуковой свисток) выполнен НПК «Афалина» в рамках совместных исследований. Он конструктивно прост в нем нет движущихся деталей, удобен в эксплуатации и, как и все подобные приспособления, дает самую дешевую акустическую энергию.

Излучатель представляет собой трубу, диаметром 20 — 25 мм, с расположенной перед ней стальной пластинкой толщиной в 4 - 7 мм. Струя жидкости под давлением 6-105 Па попадает на пластинку, заставляя ее колебаться и излучать ультразвук в среду. Моды колебания пластины хорошо видны на изображениях компьютерного моделирования. (Рис.2.1).

Рис.2.1. Моды колебаний пластин гидродинамического излучателя.

Экспериментально, с помощью специального

С. гидрофона, были измерены частотные характеристики излучателя Рис. 2.2., полностью подтвердившие правомерность расчетов и компьютерного моделирования и позволили определить амплитудно-частотную характеристику источника колебаний при оптимальных давлениях, развиваемых насосом. (Рис.2.3.).

Рис.2.2. Экспериментальные данные, отражающие особенности колебательных процессов в гидродинамическом свистке.

СП г- • —. — ю сл г- 2Г

• ю т о ю «>

5 3 «

Частота колебаний,

Рис.2.3. Амплитудно-частотная характеристика источника ультразвука.

При использовании такой конструкции создается ультразвуковое поле с о относительно невысокой средней плотностью энергии (0,01 - 0,1 Вт/см ), но в довольно широком диапазоне частот - от звуковых до 35 - 40 кГц.

Стоимость механических излучателей невысока, но они не могут создавать монохроматическое излучение и тем более излучать сигналы строго заданной формы. Такие излучатели отличаются нестабильностью частоты и амплитуды, но вполне применимы в некоторых технологических процессах, результат которых практически не зависит от частоты ультразвука.

Известны удачные попытки экстракции ультразвуком с применением магнитострикционных преобразователей (Молчанов Г.И., Молчанов A.A., Морозов Ю.Ф. 2009), однако применение гидродинамических источников ультразвука экономически более выгодно и перспективно для применения в промышленных масштабах биотехнологических производств.

2.2.2. Пьезокерамические излучатели ультразвука. Для получения ультразвуковых полей с высокой плотностью энергии использовали пьезокерамические излучатели ультразвука, питаемые от соответствующих электрических генераторов ультразвуковой частоты. В работе использовали лабораторный генератор ультразвука УЗПЗ 01/22 (Рис.2.9) с частотой 22 кГц, разрешенной Международной электротехнической комиссией (МЭК) для промышленного использования. Более мощная полупромышленная ультразвуковая установка с пьезокерамическими излучателями расположенными оппозитно, что позволяет получать акустические поля с высокими (порядка 107 Вт/см3) плотностями энергии, была изготовлена по заказу специально для наших исследований НПК «Афалина». Кпд пьезоэлектрических преобразователей достигает 90%, интенсивность излучения — несколько десятков Вт/см2. Для увеличения интенсивности и амплитуды колебаний используют ультразвуковые концентраторы.

Рис. 2.4. Лабораторный ультразвуковой генератор УЗГ 13-0,1/22 (1) с пьезокерамическим излучателем (2) и акустическим концентратором (3).

2.2.3. Ультразвуковые генераторы аэрозолей.

Рис.2.5. Высокочастотный ультразвуковой ингалятор «Ореол»

В работе использованы ультразвуковые генераторы аэрозолей «Альбедо», «Вулкан»,«Ореол», (Рис.2.5), распыляющие жидкости ультразвуком с частотой 2,6 МГц сфокусированным из глубины жидкости к ее поверхности.

Такой способ распыления жидкостей обеспечивает высокую плотность и однородность аэрозольных частиц по размерам в интервале 1 -5 мкм (Рис. 2.6).

Рис. 2.6. Интегральное (1) и дифференциальное (2) распределение частиц аэрозоля воды (тумана), полученного при частоте 2,64 МГц в ультразвуковом ингаляторе «Ореол» (Осипов Л.В., 2003).

Ультразвуковые генераторы аэрозолей, бесшумны и надежны, но ряд веществ могут испытывать изменения в ультразвуковом поле.

2.3. Стандартные методы и измерительные приборы использованные для исследования изменений свойств веществ.

2.3.1. Рефрактометрия - метод исследования веществ, основанный на определении показателя преломления. В данной работе применяется рефрактометр ИРФ - 454МБ для экспресс измерения концентрация органических растворителей и некоторых других веществ по предварительно построенным калибровочным кривым.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата технических наук, Ступин, Андрей Юрьевич, Щёлково

1. Аббясов 3., Власов, Ю.Н., Маслов В.К., Толстоухов А.Д. Способ калибровки гидроакустической антенны в условиях натурного водоема. Заявка RU 92014820 AI, опубл. 27.01.95

2. Адамсон А. Физическая химия поверхностей.- М; Мир, 1979,- 568с.

3. Ажгихин И.С. Технология лекарств. М. Медицина, 1980. 440 с.

4. Акопян В.Б., Богерук А.К., Браславец В.Р:, Призенко В. К. Основы применения ультразвука в рыбном хозяйстве. М. ФГНУ «Росинформагротех» 2009, 92 с.

5. Акопян В.Б., Рухман A.A., Кузнецова 0:В., Давидов Е.Р., Мордвинова Е.В; Способ получения эмульсий и суспензий. Патент РФ № 2342188. 2008.

6. Антонова F. Ф., Тюкавкина Н А., Химш древесины, 1983, №2, с.89;

7. Арутюнян Н.С., Корнена Е.П., Янова Л.И. и др.Технология переработки жиров. М:: Пищепромиздат, 1999 г., 452 с

8. Бакулина Н А., Э.Л. Краева Э.Л. Микробиология. М:: Медицина, 1976, -423 с.

9. Балабудкин, М.А. Роторно-пульсационные аппараты в химико-фармацевтической промышленности. М., Медицина, 1983, 160 с.

10. Бельков В.М. Методы технологии и концепции утилизации углеродосодержащих промышленных и твердых бытовых отходов Химическая промышленность, 2000 №11, с. 46-48.

11. Бендер К.И., Гоменюк Г.А., Фрейдман C.J1. Указатель по применению лекарственных растений в научной и народной медицине. Саратов. СарГУ 1988. 111 с.

12. П.Бирюков В.В. Основы промышленной биотехнологии. М. КолосС. 2004. 296 с.

13. Боченин Ю.И. О бактериальной активности аэрозоля, полученной при взаимодействии хлорной извести и скипидара.// Труды ВНИИВС, 1970, т. 36, 239-244.

14. Боченин Ю. И. Аэрозольная дезинфекция при сальмонеллезе и колибактериозе телят в промышленном животноводстве. Дезинфекция животноводческих помещений и ветеринарная санитария на транспорте, 1983, с. 50-55.

15. Боченин Ю.И. и др. Аэрозольная дезинфекция препаратом "Пемос-1". Ветеринария, 1999; N 7, с. 13-16.

16. Боченин Ю.И. О роли дисперсности аэрозоля в эффективности дезинфекции поверхностей помещений. Влажная и аэрозольная дезинфекция в ветеринарии, 1988, с. 10-16.

17. Боченин Ю.И. Технологические аспекты аэрозольной дезинфекции в промышленном животноводстве. Пробл. вет. санитарии и зоогигиены в пром. животноводстве, 1987, с. 152-160

18. Боченин Ю. И. и др. (Подготовл.) Аэрозоли в профилактике инфекционных заболеваний сельскохозяйственных животных: метод, рекомендации / М-во сел. хоз-ва Рос. Федерации. М. Росинформагротех, 2002. 46 С.

19. Бойко В.Д., Мизиненко И.В. Экстракция растительного сырья с применением электрического разряда в жидкости. Химикофармацевтический журнал. 1980, №9 с.38-40.

20. Бретшнайдер Б. Охрана воздушного бассейна от загрязнений: технология и контроль. JI. Химия, 1989,288 с.

21. Бреховских JI.M., Гончаров В.В. Введение в механику сплошных сред.-М. Наука, 1982.335 с.

22. Будников Г. К., Эколого-химические и аналитические проблемы закрытого помещения Соросовский образовательный журнал, 2001, 7, №3, с. 12-17.

23. Гелес И.С., Коржицкая З.А. Биомасса дерева и ее использование. Петрозаводск, 1992. 230 с.

24. Говор И.Н., Платонов В.А., Сильвестров С. Способ измерения мощности ультразвукового излучения. 1995. Патент РФ №2152007.

25. Горохова В. Г., Далимова Г. Н., Петрушенко JI. Н. и др., Химия природных, соединений. 1993, №6 с.700

26. ГОСТ 24027 80. Сырье лекарственное. М. Из-во стандартов, 1980, 27 с.

27. Грин X., Лейн В., Аэрозоли-пыли, дымы и туманы, Л.: Изд-во «Химия», 1969. 427 с.

28. Громова Н.А., Розенцвейг П.Э., Ускорение процесса экстрагирования с применением вихревой экстракции. Химико-фармацевтический эюурнал. 1985, №2. с. 42-46

29. Грузинов Е.В., Кудров А.Н., Восканян О.С., и др. Новый метод получения пищевых эмульсий. Тезисы научн.конф. «Современные проблемы пищевой промышленности. М. 1997, с.29.

30. Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Мулер В.М. Поверхностные силы.- М.: Наука, 1985, 400с.

31. Дудзинский, Ю.М., Сухарьков О.В., Маничева Н.В., Энергетика прямоточного гидродинамического излучателя в условиях гидростатического давления. Акустичний вгсник, 2004. 7. №, С.44-49.

32. Егоров А.Е., Акопян В.Б. Будущее. Биобутанол — топливо второго поколения Международная Биоэнергетика/ТИе Bioenergy International. Россия» 2009,№1, с.12-18

33. Емельянов A.B. Использование небулайзерной терапии для оказания неотложной помощи больным обструктивными заболеваниями легких. Пособие для врачей — СПб,2001, 32 с.

34. Еремина И.А, Лузина Н.И., Кригер О.В. Микробиология продуктов растительного происхождения.- Кемерово Из-во Кемеровского технологического института пищевой промышленности, 2003. 87 с.

35. Жадан Т.А., Шевцова O.A., Гайнутдинов А.В'. Проблемы и методы экстракции пестицидов. Системы обработки тформацп, 2008,5,163 — 166.

36. Журавлев А.И., Акопян В.Б. Ультразвуковое свечение М. «Наука» 1977 135 с.

37. Зимон А.Д. Коллоидная химия (в том числе и наночастиц). М. Агар, 2007,344с '

38. Иванова М.А. (под ред), Химия древесины. М., Лесная промышленность, 1982,400с.

39. Каныгин П.С. Экономика освоения альтернативных источников энергии (на примере ЕС). Москва, ООО «ИД «Русь-«Олимп», 2009, 254 с.

40. Кортнев A.B., Назаренко А.Ф., Сухарьков О.В. Гидродинамическая излучающая система. A.c. 806153 СССР. 1981.Бюл. № 7.

41. Кошевой Е.П., Блягоз Х.Р. Экстракция двуокисью углерода, в пищевой технологии. .Майкоп.: Майкопский государственный технологический институт, 2000 г., 496 с.

42. Купчик М.П;, Гулый И.С., Лебовка Н.И., Бажал М.И. Перспективы применения электрических полей для обработки пищевых продуктов и сельскохозяйственного сырья. Хранен, и перераб. селъхозсырья.- 2002.-№ 8.- С.31-37, № 9 (продолжение) С.41-46.

43. Кухаренко А. А., Ультразвуковая предподготовка растительного сырья в производстве этанола, Аграрная наука, 2000; 3, с. 26-27.

44. Лысянский В.М., Гребенюк С.М. Экстрагирование в пищевой промышленности. М., Агропромиздат, 1987, 188 с.

45. Маргулис М.А., Маргулис И.М. Измерение излученной и поглощенной акустической мощности при кавитации сравнительным калориметрическим методом. Сборник трудов XIII" сессии Российского акустического общества., 2003 М.: ГЕОС .Т.1. С. 56-61.

46. Международный стандарт для измерения акустической мощности в жидкостях. IEC 1992b, 1993

47. Моисеев П. А., Карпевич А.Ф., Романычева О. Д. и др. Морская аквакультура. М.: Агропромиздат, 1985, 253с.

48. Молчанов Г.И. Ультразвук в фармации. М.Медицина, 1984., 176 с.

49. Молчанов Г.И., Молчанов A.A., Морозов Ю.А. Фармацевтические технологии. Современные электрофизические биотехнологии в фармации М. Инфра-М, Альфа-М. 2009. 368 С.

50. Москвин JI.P., Царицына Л.Г. Методы разделения и концентрирования в аналитической химии. Л. Химия, 1991, 256с.

51. Николаевский В.В., Еременко А.Е., Иванов И.К. Биологическая активность эфирных масел. М.: Медицина, 1987, 143 с.

52. Осипов Л.В. Индивидуальные ультразвуковые и компрессорные ингаляторы. (Практические рекомендации для пользователей). М.: Изомед, 2003, 52с.

53. Пажи Д.Г., Палустов B.C. Основы техники распыления жидкости. М.: Химия, 1984, 255с.

54. Петрянов Соколов И.С., Сутугин А.Р. Аэрозоли. - М.: Наука, 1989, 144 с.

55. Плетнев М. Ю. Косметико-гигиенические моющие средства. — ' М.: Химия, 1990. С. 192.

56. Поправко Г.Н. Тихомирова В.И. Сравнительное изучение химического состава прополиса. Ценный продукт пчеловодства ПРОПОЛИС. Бухарест. Апитерапия. 1981 с.35-37.

57. Ребиндер П.А. Избранные труды. Поверхностные явления в дисперсных системах. Коллоидная химия. М., Наука, 1978, 398 с.

58. Розенберг Л.Д. (Под ред) Физические основы ультразвуковой технологии. М. Наука, 1968, 453с.

59. Розина Е.Ю. Капиллярно-вибрационное распыление жидкости. Акустичний вгсник. 2002, 5, №2. С. 43-53.

60. Романков П.Г., Курочкина М.И., Экстрагирование из твердых материалов. Л., Химия, 1983, 256 с.

61. Сертификат Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии об утверждении типа средств измерения. Измеритель мощности ультразвукового излучения переносной. ИМУ-4ПМ. 2007.

62. Тычинский В.П., Динамическая фазовая микроскопия: возможен ли «диалог» с клеткой., УФН 2007;177(5): 535-552.

63. Уваров И. П., Гордон Л. В. Древесные смолы. М. Изд-во «Лесная промышленность, 1974, 257с.

64. Ультразвук в медицине. Физические основы его применения. Под ред. К. Хила, Дж. Бамбера, Г.тер Хаар. М.: Физматлит, 2008,540с.

65. Фукс H.A. Механика аэрозолей. М. Изд-во АН СССР, 1955, 353 с.

66. Харнаж В. Ценный продукт пчеловодства ПРОПОЛИС. Бухарест.1981 247 с.

67. Хейфиц Л.А., Дашунин В.М. Душистые вещества-и другие продукты для парфюмерии. М. Химия, 1994 г., 256 с.

68. Хисаюки Накаяма, Казумити Усио, Катсухиро Инада. Способ приготовления водной суспензии и водный глазной препарат. 1991,патент Японии Л? 91/00932

69. Хмелев В.Н., Барсуков Р.В., Цыганок С.Н., Сливин А.Н. Хмелев, Д.В. Устройство ультразвуковой пропитки. Патент РФ 2224649, 2003.

70. Хмелев В.Н., Попова О.В. "Многофункциональные ультразвуковые аппараты и их применение в условиях малых производств, сельском и домашнем хозяйстве". Барнаул, Изд-во АлтГТУ, 1997. 160 с.I

71. Хмелев В.Н., Шалунов A.B., Шалунова А.ВУльтразвуковое распыление жидкостей. Бийск. Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2010. 272 с.

72. Хоулт Дж. Краткий определитель бактерий Берги. М. Мир, 1980, 496 с.

73. Чекушкина Н.В., Невзорова Т.В., Ефремов А.А. Фракцронный состав эфирного масла сосны обыкновенной. Химия Растительного Сырья. 2008. №2. С. 87-90.

74. Ярмоненко С.П. Отечественная радиобиология. История и люди. М.: РАДЭКОН, 1997. 104 с.

75. Ярных В. С., Аэрозоли в ветеринарии. М., «Колос», 1972,

76. Экнадиосянц O.K. Получение аэрозолей, в кн.: Физические основы ультразвуковой технологии. М.: Наука, 1970, 689с.

77. Abarca М, Bragulat М, Castella G, Cabanes F. "Ochratoxin A production by strains of Aspergillus niger var. niger". Appl Environ Microbiol. 1994. 60 №7, P. 2650-2652.

78. Abdullah S., Mudalip S.K.A., Shaarani S.M., Pi N.A.C. Ultrasonic extraction of oil from Monopterus albus: Effects of different ultrasonic power, solvent volume and sonication time. J. AppliedSci., 2010. 25. №10. P. 2713-2716.

79. Akopyan V.B., Chujinina E. Protection of Eatable Oils from Deterioration During Food" Processing by Ultrasound. 16™ International Symposium on Nonlinear Acoustics Moscow, 2002, p.231

80. Albu S., Joyce E., Paniwnyk L., Lorimer J.P., Mason T.J. Potential for the use of ultrasound in the extraction of antioxidants from Rosmarinus officinalis for the food and pharmaceutical industry. Ultrasonics Sonochemistry 2004. 11, P. 261-265.

81. Anderson P.J. History of aerosol therapy: liquid nebulization to MDIs to DPIs, Respir Care. 2005, 9, P. 1139-1150.

82. Aristotle. Aristotelis Opera ex recensione Immanuelis Bekkeri. In: Bonitz H (ed.). Index Aristotelicus. Berlin, 1870 (2. Aufl. Berlin: de Gruyter, 1961), 223-259.

83. Birol Ozkalp, Mehmet Musa Ozkan. Antibacterial activity of tars extracted from Pinus nigra industry plant. World Applied Sciences Journal. 2009, 6.5. P. 669-673.

84. Birol Ozkalp, Mehmet Musa Ozkan. Antibacterial activity of pollen and ■propolis extracts International journal of food, agriculture and environment 2010, 8 (1), 2, P. 17-19.

85. Вое J., Dennis J.H., OyDriscoll B.R. European Respiratory Society Guidelines on the use of nebulizers. Eur Respir J., 2001. 18. P. 228-242.

86. Brogle H. CO2 as a Solvent: Its Properties and Applications. Chemistry and Industry 1982. 6. pp. 385-390.

87. Ceschia M., Nabergoj A. On the motion of a nearly spherical bubble in a viscous liquid. The Physics of Fluids. 1978. 21. 1. P.140-142.

88. Chanev C., Todorova M., Trendafilova A. Ultrasound-assisted extraction of alantolactone and isoalantolactone from Inula helenium roots. Pharmacology Magazine 2010, 23. 6. P. 234-237

89. Cornill C.V. Improvement of portable radiation force balance design. Ultrasonics, 1982, vol. 20, p. 282.

90. Deineko I., Deineko I. Chemical composition of individual parts of the bark of Pinus sylvestris // Proceedings of 5th European Workshop on Lignocellulosics and Pulp. Aveiro, Portugal, 1998. P. 233-236.

91. Deineko I., Deineko I. Seasonal dynamics of chemical composition of individual parts of the bark of Pinus sylvestris L. // 10th International Symposium on Wood and Pulping Chemistry. Yokohama, Japan, 1999. P. 324-327.

92. Elperin T., Fominykh A. Effect of electric charge convection on the rate of mass transfer from a droplet in a constant electric field. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification 2009. 48. 11-12. Pp. 1579-1582

93. Fei Zhang, Bo Chen, Song Xiao, Shou-zhuo Yao. Optimization and comparison of different extraction techniques for sanguinarine and chelerythrine in fruits of Macleaya cordata. Separation and Purification Technology. 2005. 42, № 3,, Pp.283-290.

94. Fengel D., Przyklenk M. Vergleichende Extraktbestim mungen zur Ersatz von Bensol durch Cyclohexan. Holz als Roh - und Werkstoff 1983. 41, N5. S. 193-198.

95. Fink J.B., Simon M., Heramia M., Uster P. Does use of nebulizer result in an increase in drug concentration . Respire Cure. 2001. 46. № 10. P. 1085.

96. Floros, J. D., Liang, H. Acoustically assisted diffusion through membranes and biomaterials. Food TechnoL 1994. 48. 12 P.79-84.

97. Fukuda T. Studies on the chemical composition of woods. I. On the amino acids///. Japan. Wood Res. Soc. 1963. 9. № 4. P. 166-170.

98. Garcia M. L., Burgos J., Sanz B., Ordonez J. A. Effect of heat and ultrasonic waves on the survival of 2 strains of Bacillus subtilis. J Appl Bacteriol. 1989. 67. P. 619-628

99. Hon D N-S Chemical Modification of Wood Materials, Marcel Dekker, New York, 1996. 370 pp.

100. Huie CW: A review of modern sample-preparation techniques for the extraction and analysis of medicinal plants. Anal Bioanal Chem 2002 , 373. P. 23-30.

101. Kaufmann B, Christen P: Recent extraction techniques for natural products: Microwave-assisted extraction and pressurized solvent extraction. Phytochem Analysis 2002 , 13. P. 105-113.

102. Koshevoy E.P., Mikhnevich A.N., ChundyshkoV.U. The solid-liquid extractor with step-type material movement // Materials of the 17th Internatonal Congress of Chemical and Process Engineering, CHISA Praha, Czech Republic. 2006. P.27-31.

103. Kowalski R., Wawrzykowski J. Effect of ultrasound-assisted maceration on the quality of oil from the leaves of thyme Thymus vulgaris L. Flavour and Fragrance Journal. 2009, 24, № 2, 69 74.

104. Kumar S. Chemical modification of wood. Wood Fiber Sci. 1994. 26 P. 270-280.

105. Lang R.J. Ultrasonic atomization of liquid. J. Acous. Soc. America, 1962. 34.1. P. 6-8.

106. Lillard, H. S. Bactericidal effect of chlorine on attached salmonellae with and without sonification. J Food Protect. 1993. 56, P. 716-717

107. Lillard H. S. Decontamination of poultry skin by sonication. Food Technol. 1994.48. 12. P. 72-73

108. Liu W, Wang X: Extraction-of flavone analogues from propolis with ultrasound. Food Sci (China) 2004, 25. P. 35-39.

109. Mason T.J., Paniwnyk L., Lorimer J.P., The use of ultrasound in food technology, Ultrasonics Sonochemistry, 1996. 3, P. 253-260.

110. Mason T.J., Paniwnyk L., Chemat F., Ultrasound as a Preservation Technology, Chapter 16 of Food Preservation Techniques, eds P.Zeuthen and L.Bagh-Sarensen, Woodhead Publishers 2003 P. 303-337.

111. Mason T.J., Riera E., Vercet A., Lopez-Buesa P. Applications of Ultrasound, Chapter 13 of Emerging Technologies for Food Processing, ed. Da-Wen Sun, Elsevier 2005 P. 323-352.

112. Miller E.W., Eitzen D.G. Ultrasonic transducer characterization at the NBS. IEEE Trans. Sonics Ultrason., 1979, vol. SU-26, p. 28.

113. Mizrach, A., Galilli, N., Rosenhouse, G. Determining quality of fresh products by ultrasonic excitation. Food Technol. 1994, 48, P.68-71.

114. Morelle J. Comment se pose le probleme do la disinfection de 1 air? Arch. Bioch ot cosmetology, 1961, 4, 41, 17-23.

115. Nan C.-W., Shen Y., Jing Ma. Physical Properties of Composites Near Percolation. Annual Review of Materials Research 2010, 40: p. 131-151.

116. Nongaillard B., Nassar G., Deblock Y., Radziszewski E. Akopyan V. Acoustics for food industry products and processes. 2004, http://www.iemn.univ-lillel .fr/recherches/instru ang.htm

117. Popova M, Silici S, Kaftanoglu O, Bankova V: Antibacterial activity of Turkish propolis and its qualitative and quantitative chemical composition. Phytomedicine 2005, 12. P.221-228.

118. Pordesimo Li, H., L., Weiss J., High intensity ultrasound-assisted extraction of oil from soybeans. Food Res. Int. 2000. 37. P.731-738.

119. Rajan R., Pandit A.B., Correlation to predict size o ultrasonic atomization. Ultrasonics. 1967. 5. Pp. 28-31.

120. Ramanauskiene K., Savickas A., Bernatoniene J. The influence of extraction method on the quality of the liquid extract of St John's wort Medicina (Kaunas). 2004, 40, №8, P.745-749.

121. Raso, J., Pagan, R., Condon, S., Sala, F. J. Influence of temperature and pressure on the lethality of ultrasound.^/?/?/ Environ Microbiol. 1998a. 64. 2. P.465-471

122. Raso, J., Palop, A., Pagan, R.,Condon, S. Inactivation of Bacillus subtilis spores by combining ultrasonic waves under pressure and mild heat treatment. J Appl Microbiol 1998b. 85. P. 849-854

123. Reverchon, E., De Marco I., Supercritical fluid extraction and fractionation of natural matter. J. Supercrit. Fluids., 2006. 38. P. 146-166.

124. Sams, A. R., Feria, R. Microbial effects of ultrasonication of broiler drumstick skin. J Food Sci. 1991. 56. l.P.247-248

125. Suarez D, Zayas D, Guisado F: Propolis: Patents and technology trends for health application. J Bus Chem. 2005. 2. P. 119-125.

126. Rowell R M Chemical modification of wood: A renew, Commonwealth Forestry Bureau, Oxford, England. 1983. 6., P.363-382.

127. Rowell R M Chemical modification of wood, in Handbook on Wood and Cellulosic Materials (Eds. Hon D N-S and Shiraishi N) Marcel Dekker, Inc., New York, 1991Ch. 15., P. 703-756.

128. Rowell R M Chemical modification of wood, in Handbook of Wood Chemistry and Wood Composites (Ed. Rowell R M) Taylor and Francis, Boca Raton, FL, 2005. Ch. 14, P. 381-420.

129. Sams, A. R., Feria, R. Microbial effects of ultrasonication of broiler drumstick skin. J Food Sci. 1991.56. l.P.247-248

130. Samson RA, Houbraken J, Summerbell RC, Flannigan B, Miller JD (2001). Common and important species of fungi and actinomycetes in indoor environments. In: Microogranisms in Home and Indoor Work Environments. New York: Taylor & Francis, pp. 287-292.

131. Schuster E, Dunn-Coleman N, Frisvad JC, Van Dijck PW. "On the safety of Aspergillus niger- a review". Applied microbiology and biotechnology 2002. 59. № (4-5). P. 426^135.

132. Suslick K.S. Ultrasound. Its chemical, physical and biological effects. VCH Publishers N-Y. 1988. 349 P.

133. Tychinsky V.P., Masalov I.N., Pankov V.L., Ublinsky D.V., Computerized phase microscope for investigation of submicron structures, Opt. Comm. 1989.74. Pp. 7-40.

134. Uryash V.F., Gruzdeva A.E., Uryash A.V.,. Silkin A.A,. Kokurina N.Yu. Radioprotective and prophylactic properties of biologically active components of pine sprouts obtained by supercritical fluid extraction SCF-TP on-line 2010, №1. p. 79-87.

135. Vehring R., Aardahl C. L., Schweiger G., Davis E. J. The characterization of fine particles originating from an uncharged aerosol: Size dependence and detection limits for Raman analysis. Journal of Aerosol Science, 1998, 29, №.9, P 1045-1061.

136. Vollmer, A. C., Everbach, E. C., Halpern, M., Kwakye, S. Bacterial stress responses to 1-megahertz pulsed ultrasound in the presence of microbubbles. ApplEnvironl Microbiol 1998. 64. 10. P. 3927-3931

137. Mizrach, A., Galilli, N. and Rosenhouse, G. 1994. Determining quality of fresh products by ultrasonic excitation. Food Technol. 48(12):68-71