Krasnoyarsk, Krasnoyarsk, Russian Federation
from 01.01.2013 until now
Krasnoyarsk, Krasnoyarsk, Russian Federation
Krasnoyarsk, Krasnoyarsk, Russian Federation
Cel' issledovaniya – opredelenie tehnologicheskih parametrov polucheniya ful'vovyh kislot iz leonardita (dobycha osuschestvlyaetsya OOO «Razrez «Stepanovskiy», Kansko-Achinskiy basseyn). Zadachi: opredelenie racional'nyh parametrov izvlecheniya ful'vovyh kislot iz leonardita, summarnogo vyhoda ful'vovyh kislot iz leonardita. Opredelenie vyhoda ful'vovyh kislot provodili po GOST 9517-94 «Toplivo tverdoe. Metody opredeleniya vyhoda guminovyh kislot» s modifikaciyami. Dlya izvlecheniya ful'vovyh kislot iz leonardita ispol'zovali 1 % rastvor bikarbonata natriya (NaHCO3) kak dostupnyy i bezopasnyy reagent s cel'yu dal'neyshego ih primeneniya v pischevoy promyshlennosti. Dlya razdeleniya frakciy na guminovye i ful'vovye kisloty poluchennyy schelochnoy ekstrakt s rN ot 9 do 13 podkislyali rastvorami kislot do rN 1–2, v rezul'tate chego guminovye kisloty vypadayut v osadok, a v rastvore ostayutsya ful'vovye kisloty. Razrabotany tehnologicheskie parametry izvlecheniya ful'vovyh kislot iz leonardita mestorozhdeniya, raspolozhennogo v Kansko-Achinskom basseyne OOO «Razrez «Stepanovskiy». Razrabotka tehnologicheskih parametrov izvlecheniya ful'vovyh kislot iz leonardita zaklyuchalas' v opredelenii zavisimostey vyhoda ful'vovyh kislot ot zhidkostnogo modulya, prodolzhitel'nosti processa i temperaturnogo rezhima. Naibol'shiy vyhod ful'vovyh kislot (7,45 %) nablyudalsya pri primenenii v kachestve ekstragenta edkogo natriya pri gidromodule 1 : 50. V to vremya kak pri takom zhe znachenii gidromodulya, no pri ispol'zovanii v kachestve ekstragenta bikarbonata natriya vyhod ful'vovyh kislot byl neznachitel'no nizhe (7,40 %). Pri ispol'zovanii v kachestve ekstragenta bikarbonata natriya racional'nym gidromodulem dlya izvlecheniya ful'vovyh kislot yavlyaetsya gidromodul' 1 : 100, racional'noy temperaturoy 60 °S. Pri uvelichenii prodolzhitel'nosti processa ekstrakcii do 3,5 ch nab¬lyudaetsya neznachitel'noe uvelichenie vyhoda ful'vovyh kislot, odnako ekstrakciya v techenie 2 ch mozhet byt' rekomendovana dlya bol'shey ekonomicheskoy celesoobraznosti.
leonardite, extraction, process parameters, fulvic acids, yield of fulvic acids from leonardite
Введение. Леонардит – это органическое отложение черного или коричневого цвета, не превратившееся в уголь [1, 2]. Он формировался в процессе гумификации остатков животных и растений в течение миллионов лет. По химическому составу леонардит содержит 55 % воды, 12 % минеральных веществ, 15 % горного воска, 79,60 % гуминовых кислот [3]. Ценность леонардита обусловлена содержанием в нем гуминовых и фульвовых кислот. Фульвокислоты представляют собой результат деструкции гуминовых кислот либо их предшественников [4]. Это смесь высокомолекулярных соединений, растворимых в щелочах, кислотах, воде. Химический состав фульвокислот выражается формулой С14Н19О12N (по Д.С. Орлову) [5].
В настоящее время известны следующие методы извлечения гуминовых и фульвовых кислот из гумусосодержащего сырья: химические и безреагентные методы (механическое, кавитационное, ультразвуковое воздействия, электрогидравлическая обработка) [6–8]. Сущность химического метода заключается в экстрагировании различными щелочами гуминовых веществ с образованием растворимых гуматов, которые при подкислении раствора выпадают в осадок, при этом в раствор переходят фульвовые кислоты [6].
Фульвовая кислота имеет низкую молекулярную массу и высокую биологическую активность [5, 6]. Ее химический состав может изменяться в зависимости от источника и метода получения. Фульвовая кислота является термически устойчивой. Она может распадаться при воздействии высоких температур. Фульвовая кислота представляет собой темно-бурое или черное вещество в зависимости от ее источника происхождения и может быть в виде раствора, порошка или гранул. Фульвовая кислота обычно имеет низкую кислотность, которая не может быть изменена при добавлении различных растворителей или регуляторов кислотности. Она обладает высокой связывающей способностью с металлами и другими химическими соединениями и может образовывать комплексы с различными ионами, придавая функциональные свойства [9].
Фульвовые кислоты содержат большое количество ценных веществ, обладают иммуномодулирующей и антиоксидантной активностью, противоаллергическим, иммуномодулирущим, цитостатическим, противовоспалительным, фунгицидным действием, улучшают пищеварение, способствуют организму усвоению питательных веществ из пищи [7, 10].
В настоящее время их синтез не реализован.
Перспективным направлением является изучение возможности применения фульвовых кислот в пищевой промышленности. В настоящее время они используются как пищевая добавка. В состав фульвовых кислот входят: 74 минерала; 18 аминокислот; витамины;· жирные омега-кислоты;· флавоноиды, энзимы, гормоноподобные вещества, пептиды, полисахариды, кетоны и другие физиологически значимые вещества [11].
В фульвовых кислотах минералы присутствуют в виде ионов, которые могут преодолевать клеточные мембраны [10].
Кроме того, фульвовые кислоты используются в пищевой промышленности в качестве антиоксидантов. Они снижают окислительные процессы в пищевых продуктах и повышают их срок годности. Фульвовые кислоты способны усилить вкус, аромат и цвет продуктов, что является значимым фактором при разработке новых продуктов и улучшении существующих [12, 13].
Объекты и методы. В качестве исходного сырья для извлечения фульвовых кислот использовали леонардит месторождения, расположенного в Канско-Ачинском бассейне, ООО «Разрез «Степановский».
Определение выхода фульвовых кислот проводили по ГОСТ 9517-94 «Топливо твердое. Методы определения выхода гуминовых кислот» с модификациями.
Для извлечения фульвовых кислот из леонардита использовали 1 %-й раствор бикарбоната натрия (NaHCO3) как доступный и безопасный реагент с целью дальнейшего их применения в пищевой промышленности.
Для разделения фракций на гуминовые и фульвовые кислоты полученный щелочной экстракт с рН от 9 до 13 подкисляли растворами кислот до рН 1–2, в результате чего гуминовые кислоты выпадают в осадок, а в растворе остаются фульвовые кислоты (рис. 1).
Результаты и их обсуждение. Разработка технологических параметров извлечения фульвовых кислот из леонардита заключалась в определении зависимостей выхода фульвовых кислот от жидкостного модуля, продолжительности процесса и температурного режима.
Выход фульвовых кислот при различных технологических параметрах представлен на рисунках 2–5.
Наибольший выход фульвовых кислот (7,45 %) наблюдался при применении в качестве экстрагента едкого натрия при гидромодуле 1 : 50. В то время как при таком же значении гидромодуля, но при использовании в качестве экстрагента бикарбоната натрия выход фульвовых кислот (7,40 %) был незначительно ниже.
Рис. 3. Зависимость выхода фульвовых кислот от температуры экстрагирования
Из приведенных результатов (см. рис. 3) следует, что наибольший выход фульвовых кислот (8,05 %) достигался при температуре 60 °С при применении в качестве экстрагента едкого натрия при гидромодуле 1 : 50. Дальнейшее повышение температуры, вероятно, приводит к деструкции входящих в набор фульвовых кислот компонентов (аминокислот, витаминов, пептидов, полифенолов, кетонов, катехинов и др.) и снижению соответственно их выхода [14].
Исследование влияния продолжительности процесса на выход фульвовых кислот при температуре 60 °С показало, что максимальный выход фульвовых кислот (9,42 %) происходил при экстрагировании в течение 2 ч и жидкостном модуле 1 : 100. Дальнейшее увеличение продолжительности процесса приводило к уменьшению их выхода.
Рис. 4. Выход фульвовых кислот в зависимости от продолжительности процесса экстракции при температуре 60 °С
Рис. 5. Выход фульвовых кислот в зависимости от продолжительности процесса экстракции при температуре 100 °С
Исследование влияния продолжительности процесса на выход фульвовых кислот при температуре 100 °С показало, что больший выход фульвовых кислот (9,4 %) достигался при экстрагировании в течение 3,5 ч и жидкостном модуле 1 : 50.
При разработке технологических параметров извлечения фульвовых кислот были получены следующие результаты:
- наиболее рациональным гидромодулем является соотношение масса навески : экстрагент – 1 : 100 при использовании в качестве экстрагента бикарбоната натрия;
- максимальный выход фульвовых кислот (8,05 %) наблюдался при температуре 60 °С при использовании в качестве экстрагента бикарбоната натрия;
- рекомендуемая продолжительность экстракции составила 2 ч.
Заключение. Разработаны технологические параметры извлечения фульвовых кислот из леонардита месторождения, расположенного в Канско-Ачинском бассейне, ООО «Разрез Степановский». Установлено, что при использовании в качестве экстрагента бикарбоната натрия:
- рациональным гидромодулем для извлечения фульвовых кислот является гидромодуль 1 : 100;
- рациональной температурой для извлечения фульвовых кислот – 60 °С;
- при увеличении продолжительности процесса экстракции до 3,5 часов наблюдается незначительное увеличение выхода фульвовых кислот, однако экстракция в течение 2 ч также может быть рекомендована, для большей экономической целесообразности.
1. Derivatization and structural studies by spectroscopic methods of humic acids from Leonardite / G Ricca [et al.] // Geoderma. 2000-12. T. 98, vyp. 3-4. S. 115–125. DOI:https://doi.org/10.1016/s0016-7061(00)00055-0.
2. Kuznecov N. Svojstva buryh uglej kak syr'ya dlya tehnologicheskoj pererabotki // Himiya tverdogo topliva. 2013. T. 2013, vyp. 6. S. 19–23. DOI:https://doi.org/10.7868/s00231177 13060066.
3. URL: https://kak.pedagogik-a.ru/how/leonardit-chto-eto-takoe.html (data obrascheniya: 03.02. 2024).
4. Johns Hopkins News Services; A report published as a collaborative effort between the National Institutes of Health (NIH), the Centers for Disease Control and Prevention (CDC), the Arthritis Foundation, and the American College of Rheumatology; May, 1998.
5. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/biologi-cheskaya-aktivnost-fulvovoy-kisloty-perspektivy-primeneniya-v-meditsine (data obrascheniya: 03. 02.2024).
6. Naumova G.V. Guminovye preparaty i tehno-logicheskie priemy ih polucheniya // Gumi-novye veschestva v biosfere. M., 1993. S. 178–188.
7. Denisyuk E.A., Kuznecova I.A., Mitrofanov R.A. Tehnologii polucheniya guminovyh ve-schestv // Vestnik NGI`EI. 2014. № 2 (33). S. 66–80.
8. Gostischeva M.V., Fed'ko I.V., Pisnichenko E.O. Sravnitel'naya harakteristika metodov vydele¬niya guminovyh kislot iz torfov s cel'yu polucheniya guminovyh preparatov // Doklady TUSUR. 2004. № 1. S. 66–68.
9. URL: https://galaktikaarz.ru/fulvovaya-kislota-svoistva-primenenie-i-poleznye-svoistva (data obrascheniya: 03.02.2024).
10. Izuchenie fungicidnyh svojstv ful'vovyh kislot / K.B. Chilachava [i dr.] // Agrarnaya nauka. 2019. № 2 (8). S. 172–174.
11. URL: https://dzen.ru/a/YMoR0VG6mxCswBA (data obrascheniya: 03.02.2024).
12. URL: https://sotlinemobile.ru/guminovye-i-ful-vovye-kisloty-dlya-celoveka-cto-eto (data obra-scheniya: 03.02.2024).
13. URL: https://mylivingfood.ru/fulvic-acid (data obrascheniya: 03.02.2024).
14. URL: https://fb.ru/article/288472/guminovyie-kislotyi-chto-eto-takoe-i-kak-oni-vliyayut-na-or-ganizm) (data obrascheniya: 03.02.2024).
