Kitobni o'qish: «Технология и товароведение продуктов малоотходной переработки хвойной древесной зелени»

Введение

Россия располагает огромными лесными ресурсами, уступая по их общей территории лишь Бразилии, а по более ценным хвойным породам превосходя ее [10, 119]. Такая обеспеченность лесами не приучила россиян к рациональному использованию древесных запасов. До сих пор в нашей стране потребляется, как правило, только стволовая древесина, в связи с чем в европейской части России используется половина, а в азиатской – до трети биомассы растущего дерева [102, 104]. Древесные отходы (опилки, стружки и пр.) в лучшем случае служат топливом, а нередко просто вывозятся на полигоны; лесосечные отходы засоряют лес и способствуют возникновению пожаров и размножению насекомых-вредителей. Серьезным недостатком такого подхода является необходимость вовлечения в рубки новых лесных массивов, что снижает экологический потенциал биосферы [293].

Значительную часть лесосечных остатков хвойных деревьев составляет древесная зелень – охвоенные побеги. Они представляют собой кладовую ценных биологически активных и энергетических продуктов: пигментов, комплекс фенольных соединений, углеводов, эфирного масла и пр. [125]. Выделенные из нее компоненты успешно используются во многих областях, экспортируются и обладают значительно большей ценностью по сравнению с переработанной стволовой древесиной. Существует мнение, что широкая реализация утилизации этого сырья может служить локомотивом всей лесной отрасли [298].

До середины прошлого века хвойную древесную зелень применяли лишь в весьма небольшом количестве в качестве зимней подкормки сельскохозяйственным животным [117]. Пионерами систематического изучения компонентного состава и практического использования были лесохимики Ленинградской лесотехнической академии [301]. Первыми товарными продуктами, полученными на основе их разработок и нашедшими широкое применение, стали хлорофилло-каротиновая паста и хвойная витаминная мука. В настоящее время это учебное заведение располагает экспериментально-производственной базой, позволяющей внедрять разработанные технологии в производство. Ассортимент продукции на основе древесной зелени сосны и ели составляет несколько десятков наименований [300]. Полученные продукты находят применение в качестве ингредиентов в товарах бытовой химии, косметики и в других отраслях. При этом разрабатываются преимущественно технологии экстрагирования компонентов из сырья органическими растворителями. Водная и паровая обработка играет в них второстепенную роль. Такая специфика исследований в значительной мере обусловлена низким вкладом эфирного масла в древесной зелени произрастающих на европейской территории России хвойных массивов (сосны и ели). Вместе с тем сотрудники ЛТА являются авторами совмещенной водно-бензиновой технологии, обеспечивающей получение биологически активных и энергетических продуктов [303]. Наряду с другими препаратами в небольшом количестве при этом выделяется и эфирное масло.

Древесная зелень пихты (сибирской), богатой эфирным маслом, с ХIХ века перерабатывалась с получением этого продукта отгонкой острым паром [125]. Реализации пихтоваренного производства способствуют простота технологии, кустарное изготовление оборудования и отсутствие каких-либо реагентов. С территории Поволжья данное производство постепенно распространилось на Урал, а затем в Западную и Восточную Сибирь, где находятся основные массивы пихты.

Следует отметить, что отгонка масла в основном осуществляется периодическим способом [288]. Его получение по более сложной непрерывной технологии [200] оказалось менее эффективным и не получило распространения. До 80-х годов ХХ века технология и оборудование пихтоварения оставались практически неизменными: деревянные перегонные чаны, аппаратура и трубопроводы из незащищенного металла, сброс флорентинной воды и кубового конденсата в природные водоемы. Лишь в 1983–1985 гг. сотрудниками СибНИИЛПа (г. Красноярск) была разработана и смонтирована передвижная установка с чаном из нержавеющей стали и шнуровым уплотнением, регулируемым охлаждением, многократным использованием флорентинной воды и переработкой конденсата в пихтовый экстракт [215]. Существенные усовершенствования в пихтоваренную установку, прежде всего в ее перегонный чан, разработаны и в более позднее время [86, 187, 189].

В последнее время лесная промышленность переживает сложный период. Главная причина заключается в выработке низкой доли продукции с высокой добавленной стоимостью; на многих предприятиях ее ассортимент помимо кругляка ограничивается пиломатериалами. На их стоимость накладываются все расходы предприятия, включая заготовку древесины, что существенно увеличивает цену продукции, снижая ее конкурентоспособность. Устойчивый спрос на эфирное масло способствует организации производств по переработке древесной зелени, позволяя переложить на них затраты на уборку лесосек, что повышает рентабельность основной продукции и обеспечивает появление новых рабочих мест. В этих цехах помимо масла вырабатываются хвойный экстракт и флорентинная вода, успешно применяемые в лечебных и профилактических целях, в ветеринарии – как подкормка для животных и птицы.

Существование подобных производств возможно и в виде малых предприятий [125]. Их организация особенно актуальна на территории тайги после проведения рубок, где из-за низкокачественной рыхлой древесины остаются нетронутыми массивы пихтовых и еловых лесов. Превращение оставленных островков тайги в постоянно действующие лесные комплексы дает возможность сохранить находящиеся на этой территории поселения.

Производство продукции с рациональным использованием и экономным расходованием всех видов ресурсов, оказывающее минимальное воздействие на окружающую среду, является магистральным направлением производственной деятельности в условиях рыночной экономики. В этой связи актуально рассмотрение особенностей формирования и оценки потребительной стоимости продукции, произведенной из отходов, что современной теорией товароведения практически не рассматривается. В то же время изучение этих вопросов на примере хвойных эфирных масел вносит определенный вклад в развитие теории товароведения и товароведения как учебной дисциплины, а также имеет практическое значение для эффективной оценки качества товаров.

Учитывая, что в товароведении термин «технология» используют для описания процесса создания товара, предлагаемого рынку и обладающего совокупностью потребительских свойств, явно просматривается проблема на стыке технологии, товароведения и экологии. Она связана с формированием и проявлением потребительной стоимости продукции, произведенной по безотходным технологиям.

Кроме того, представляет интерес изучение рыночных аспектов производства и обращения хвойных эфирных масел, в частности состояние мирового и отечественного рынка этих продуктов, а также анализ существующей системы оценки безопасности хвойных эфирных масел при допуске их в сферу обращения.

Глава 1
Потребительная стоимость продукции ресурсосберегающих технологий и проблемы ее оценки

1.1. Ресурсосберегающие технологии как составная часть концепции устойчивого развития

Концепция устойчивого развития является основой современной государственной политики в области экологии. Этот термин широко применяется после конференции ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро (1992г.). Концепция устойчивого развития опирается на ряд принципов деятельности, при соблюдении которых человечество сможет нормально существовать в будущем веке. Один из них – это рациональное использование природных ресурсов [229]. В этом направлении можно выделить:

_● распространение существующих экологически безопасных технологий;

_● проведение научных исследований и разработок в области экологически безопасных технологий;

_● поощрение экологически безопасного и устойчивого использования возобновляемых природных ресурсов;

_● поощрение рециркуляции отходов в процессах промышленного производства и на уровне потребителя, разработка безотходных технологий и замкнутых технологических циклов.

Ресурсы – это любые используемые источники удовлетворения тех или иных потребностей общества [229]. Они расходуются главным образом для создания средств производства и потребительских товаров [13 1]. Ресурсы условно можно подразделить на природные, в том числе возобновляемые, и вторичные материальные и энергетические, к которым и относятся отходы, сбросы и выбросы производства. Они могут быть использованы повторно в хозяйственных целях непосредственно или после доработки, переработки. Использование вторичных ресурсов, как правило, экономически предпочтительнее добычи, обогащения и подготовки первичных ресурсов.

Ресурсосбережением является производство продукции с рациональным использованием и экономным расходованием всех видов ресурсов, оказывающее минимальное воздействие на окружающую среду. Объектами нашего пристального внимания выступают технические факторы, которые включают применение технологий, обеспечивающих минимальные потери материалов, совершенствование технологических режимов, обновление оборудования и т. д. [294].

Таким образом, ресурсосберегающая технология – это обобщенное название технологий, в которых технологический процесс обеспечивается при минимальном расходе энергии, затратах на основные и вспомогательные материалы, заработную плату рабочим основного производства при заданном количестве и требуемой производительности труда [294]. Материалосберегающие технологии – это частный случай ресурсосберегающих технологий. Они обеспечивают получение готового продукта производства или его части без отходов материалов (безотходный технологический процесс) либо с минимальными отходами, не утилизируемыми в данном, а также в каких-либо других видах производства (малоотходный технологический процесс) [140, 294].

Безотходным следует считать такое производство, при котором происходит полное превращение исходного сырья в ту или иную продукцию. Безотходную технологию можно определить как совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, форм сырья, материала или полуфабриката с целью получения потребительных стоимостей (ПС) при сравнительно полной утилизации отходов, образовавшихся в прямых технологических процессах [175].

Для более широкого внедрения относительно замкнутых, т. е. предполагающих возврат отходов в основной технологический процесс, экологических циклов необходимо решить по меньшей мере две задачи [30, 14 1].

Во-первых, для разработки конкретных способов утилизации отходов в те или иные полезные вещества следует выяснить их строение, состав, количество; разработать технологические процессы для их полного использования в качестве исходного сырья.

Во-вторых, преодолеть ограничения, связанные с угрозой теплового загрязнения планеты и техногенного наращивания энергопотребления, что значительно сложнее.

Однако изготовление товарных продуктов с разработкой и использованием малоотходных и безотходных технологий, очевидно, служит технико-технологическим «ключом» к экологическому и «устойчивому» обществу будущего [35, 106].

1.2. Отходы производства, реализации и потребления как возможное сырье для получения ценных импортозамещающих продуктов

Экологические аспекты технологии производства ТНП заключаются в уменьшении антропогенного фактора воздействия на окружающую среду и сокращении количества промышленных отходов.

По российскому законодательству отходы – это твердые, порошкообразные, пылеобразные остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, иных не являющихся конечной целью процесса производства изделий и продуктов, в том числе некондиционные и побочные продукты (производства и потребления), использованная и утратившая полностью или частично свои исходные документированные потребительские свойства готовая продукция и другие объекты [120]. Их подразделение производится в соответствии с идентификатором отходов.

Выделяют отходы производства и отходы потребления. Отходы производства включают:

_● материалы, вещества, изделия, образовавшиеся в процессе производства продукции, выполнения работ (услуг) и не находящие применения на данном предприятии (организации) либо полностью непригодные для использования в том качестве, для которого они предназначены [30] ;

_● остатки сырья, материалов, веществ, полуфабрикатов, изделий, предметов, образовавшиеся в процессе производства продукции, выполнения работ (услуг), утратившие полностью или частично потребительские свойства и не находящие применения в том качестве, для которого они предназначены;

_● остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшиеся при производстве продукции или выполнении работ и утратившие полностью или частично исходные потребительские свойства; вновь образовавшиеся в процессе производства попутные вещества, не находящие применения.

В отходы производства включаются побочные и попутные продукты, отходы сельского хозяйства [195]. Отходы производства непродовольственных товаров можно классифицировать по таким признакам, как агрегатное состояние, степень воздействия и т. д. [13 1]. Наибольший интерес представляет классификация по возможности повторного использования, в соответствии с которой отходы бывают утилизируемые и неутилизируемые.

Утилизация древесных отходов

Одним из основных направлений государственной политики в области экологии является минимизация отходов при добыче и переработке биологических возобновляемых ресурсов, в том числе растительных. В перечень критических – в экологическом плане – технологий Российской Федерации, среди прочих, включена переработка и воспроизводство лесных ресурсов.

Далее в монографии достаточно подробно будет показано место и значение в балансе отходов, образующихся в отраслях лесного комплекса, древесной зелени, на долю которой приходится 20–30млн т.

Направления и способы использования древесной хвойной зелени [74] :

_● непосредственное использование путем скармливания в измельченном виде и как водные вытяжки сельскохозяйственным животным и птице, а также использование в лечебной практике в виде водных настоев и экстрактов (сосна и пихта сибирская);

_● упрощенные методы переработки древесной зелени: получение хвойной витаминной муки;

_● экстракция органическими растворителями, прежде всего бензином, с получением товарных продуктов;

_● экстрагирование легколетучими жидкостями и сжиженными газами с получением товарных продуктов;

_● паровая дистилляция древесных отходов.

В известной нам литературе рассматриваются обычно технические решения этой задачи. Так, известна безотходная химическая переработка древесной зелени ели, сосны, березы, осины, ольхи, пихты сибирской с получением биологически активных веществ (БАВ) кормового и лечебно-профилактического назначения [12, 303]. Экстрагирование БАВ осуществляется одновременно бензином и водой с последующим разделением на растворы бензино- и водорастворимых веществ. После отгонки бензина экстрагированная древесная зелень ДЗ используется для приготовления кормовой муки. Из водорастворимых веществ получают экстракт хвойный натуральный и брикеты соляно-хвойные. Из раствора липидов при охлаждении, отстаивании и фильтровании выделяют суспензии воска-сырца, из которого путем экстракции получают воск и безметальные аналоги хлорофилла. Очищенный бензиновый раствор после отгонки растворителя обрабатывают едким натром, получая таким образом хлорофилло-каротиновую пасту. По другому варианту после выделения воска очищенный бензиновый раствор обрабатывают едким натром и серной кислотой и разделяют на три фракции: раствор нейтральных липидов, раствор полярных липидов и суспензию безметальных аналогов хлорофилла. Из раствора нейтральных липидов путем последовательного фракционирования растворителя получают эфирное масло и провитаминный концентрат. Раствор полярных липидов перерабатывают с получением бальзамической пасты, безметальных аналогов хлорофилла, жирных и дитерпеновых кислот. Из суспензии безметальных аналогов хлорофилла получают хлорофиллин натрия, металлокомплексы, жирные и дитерпеновые кислоты.

Таблица 1. 1

Выход товарных продуктов из 1тонны древесной зелени, кг [303]

Высокоэффективна также технология получения препарата СИЛК (сумма тритерпеновых кислот), благоприятно воздействующего на рост и развитие растений [47].

Весьма перспективным направлением представляется экстрагирование компонентов растительного сырья сжиженными газами и легколетучими жидкостями, в первую очередь углекислотой. Способ СО₂-экстракции аппаратурно оформлен на пихтовой зелени. Получаемые СО₂-экстракты не требуют дополнительной обработки в целях удаления остатков растворителя, технология и свойства которого исключают наличие его остатков в экстрактах. Мягкие условия выделения позволяют обеспечить высокую сохранность БАВ в препаратах и обеспечить их практическое применение [89]. СО₂-экстракты хвойных пород могут быть использованы в качестве сырья для пищевой (ликеро-водочной) и парфюмерно-косметической промышленности.

Эфирное масло является основным товарным продуктом, выделяемым при паровой обработке древесных отходов хвойных пород: древесной зелени и коры пихты, кедра, древесной зелени сосны. Наиболее известны материалы по паровой отгонке пихтового эфирного масла из древесной зелени с разработкой технологии производства [7]. В свою очередь, пихтовое масло используется для синтеза медицинской камфоры, сырья для производства полиэфирных волокон и душистых веществ [197]. В полупромышленных условиях реализована технология выделения эфирных масел из коры пихты с использованием вторичных отходов [156].

Разносторонние данные получены по содержанию, составу и изменчивости эфирного масла сосны обыкновенной. Систематические исследования по эфирным маслам вегетативных органов и коры других хвойных пород из-за их низкого содержания в сырье, ограничения возможности эксплуатации насаждений или в связи с малыми объемами не проводились.

Таким образом, приведенные данные свидетельствуют о том, что при переработке древесных отходов могут быть получены такие ценные продукты, как эфирные масла и экстракты, которые, в свою очередь, могут быть использованы для синтеза ценных товарных продуктов, импортируемых в настоящее время. Учитывая стремление значительного числа потребителей к использованию натуральных продуктов как ингредиентов парфюмерии, косметики и товаров бытовой химии (ТБХ), целесообразно более активное и комплексное исследование крупнотоннажных сырьевых древесных отходов.