Стебли табака – сырье для получения целлюлозы
В данной статье рассмотрены проблемы и возможности использования отходов табачного производства, предложен новый способ получения целлюлозы из стеблей табака. Преимуществом предлагаемого способа по сравнению с известными являются упрощение технологического процесса и его удешевление, что позволяет утилизировать отходы табачного производства.
ABSTRACT
In this article problems and the possibilities of recovery of tobacco production are considered, the new way of receiving cellulose from tobacco stalks is offered. Advantage of the offered way in comparison with known: simplification of technological process and its reduction in cost that allows to utilize a wastage of tobacco production.
Нами ранее [8] было отмечено, что с послеуборочными растительными отходами остаются в поле 52,4 ц/га фитомассы табачного растения, из которых 33,1 ц/га составляют стебли табачного растения.
Табачный стебель в настоящее время не находит применения, являясь, таким образом, обременительным балластом в табачном производстве. Уборка стеблей с поля требует определенных затрат, оставление же стеблей в поле и запахивание в почву с агрономической стороны является крайне нерациональным и даже вредным, так как благодаря этому увеличивается распространение болезней и вредителей табака. Вместе с тем, наличие рационального метода использования табачных стеблей стимулировало бы очистку полей от стебля, что само по себе является положительным фактором в табаководстве. А уборка его с поля не представляла бы особых трудностей и могла бы быть полностью механизирована.
Табак – однолетнее растение семейства пасленовых. Стебель прямой округлый, разветвленный вверху, достигает высоты 1,3–2,3 м, вес от 170 до 520 г. При поперечном разрезе хорошо видна кора грязно-зеленоватого цвета толщиной 0,7–1,2 мм с содержание влаги 90–93%; древесная часть плотная, трудно подается разрыву, толщиной 1,7-2,3 мм, влаги содержит 61–64%; сердцевина губчатая, белого цвета, диаметром 13–16 мм, богата влагой (98%), поэтому при сушке значительно уменьшается в объеме. Диаметр стебля у основания корня всех исследованных образцов на 4–5 мм меньше, чем в средней части (таблица 1). Стебель покрыт мелкими волосками. Химические вещества и влага распределяется по длине стебля табака неравномерно. Наибольшее количество алкалоидов содержится в верхней части стебля [2].
Таблица 1.
Толщина сырых стеблей табака в поперечном разрезе, мм
Нижняя часть
Средняя часть
Верхняя часть
Из-за высокого содержания влаги стебли табака, заготавливаемые осенью после ломки листа и сложенные в гурты, быстро плесневеют и загнивают, в результате чего происходит изменение химического состава. Для предотвращения этого необходима консервация. Наиболее приемлемый способ ее – сушка стеблей до воздушно-сухого состояния в естественных условиях, для чего требуется значительное время – от 2 до 25 дней. Для уменьшения продолжительности сушки стебли необходимо измельчать кормоуборочным комбайном Е-281 или соломорезкой. Последняя предпочтительнее, так как при измельчении на агрегате одновременно с резанием происходит сдавливание частиц сырья со значительной потерей табачного сока (до 10–15%). Для сушки грубоизмельченных (от 2 до 5 см) стеблей табака на солнце требуется 2–4 дня в зависимости от погодных условий.
В свежесрезанном состоянии, когда стебель богат влагой, разрез его представляется полой тонкостенной трубкой, состоящей из плотной светлой древесинной части, покрытой зеленой мясистой кожицей. Внутренняя полость стебля сплошь заполнена упругой сердцевиной. Простое измерение отдельных элементов стебля по фотографии позволяет убедиться, что по объему (во влажном состоянии) каждый из элементов находится в следующем соотношении: кора; древесина; сердцевина = 1:1,5:5.
Весовой анализ стебля табака представлен в таблице 3.
Таблица 2.
Распределение влаги и компонентов в стебле табака, % (сорт Дюбек 44-07)
Надземная часть растения
Влага
На абсолютно – сухое сырье
Зола
Алкалоиды
Липиды
Соланесол ТСХ
Коробочка с семенами
Цветочная метелка с коробочками семян (30 см длиной)
Верхняя часть с 4–5 листьями длиной 30 см.
Средняя часть без листьев (длиной 60см.)
Нижняя часть без листьев (длиной 60 см.)
Средняя проба всех частей
Таблица 3.
Соотношение отдельных элементов табачного стебля, % (сорт Дюбек 44-07)
Элементы стебля
Свежесрезанный стебель
Соотношение отдельных элементов в сухом стебле
Соотношение отдельных элементов стебля
Содержание сухого вещества в каждом из элементов
Содержание сухого вещества во всем стебле
Весовое соотношение отдельных элементов в стебле, высушенном до влажности 8–9%, резко изменяется в пользу древесины. Содержание последней в сухом стебле достигает 62% против 30,7% влажной древесины в свежем стебле. Кожица высохшего стебля весьма плотно охватывает его тонким, почти неотделимым от древесной части слоем.
Сердцевина высыхая, значительно теряет в объеме, в результате чего в разрезе высохший стебель представляет сплошную полую трубку с отдельными включениями по стенкам сухой древесины. При высыхании округлая первоначальная форма среза стебля деформируется, принимая искривленную форму.
Толщина стенки сухого стебля колеблется в зависимости от места его среза и от сорта табака. Ближе к корневищу стебель наиболее полно заполнен древесной частью. Корни представляют собой сплошную одревесневшую массу. По мере подъема к верхушке стебля толщина его стенок падает. В среднем можно принять, что толщина стенок колеблется от 1 до 5 мм. Таким образом, действия, необходимые для дальнейших операций переработки сырья, измельчения в щепу, могут быть выполнены без особых затруднений.
Из физической характеристики табачного стебля необходимо отметить, что наиболее неблагоприятным показателем является чрезмерная влажность свежесрезанного стебля. Оставление же стебля после уборки листьев табака до заморозков не всегда возможно, отчасти же нерационально вследствие потери им части возможных для утилизации веществ. Особенно неблагоприятно в данном отношении наличие наиболее влагоемкой сердцевины, составляющей почти половину веса всего стебля.
Между тем по своим химическим показателям именно сердцевина является наиболее благоприятной частью стебля для дальнейшего использования (например, для получения целлюлозы). Возможна утилизация самой сердцевины для получения углеводов (технической патоки), содержание которых в свежей сердцевине по данным Шабанова И.М. [9] 2,5%, или 50% от веса сухого вещества сердцевины. Углеводы, получаемые из стеблей, по своим свойствам близки к углеводам табака. Но отличаются сравнительной чистотой, благодаря чему получение технической патоки из сердцевины не представляло бы особых затруднений.
Таким образом, было бы чрезвычайно желательным применить простой способ отделения сердцевины, что вполне возможно. При применении такого способа сердцевина могла бы быть использована сама по себе, в то время как в общей массе она является балластом, теряющим при недостаточно тщательном хранении и сушке стебля значительную часть своих ценных составных веществ – углеводов.
Будучи высушенной, сердцевина не теряет своих свойств к набуханию при последующих обработках стебля в различных растворах, повышая, таким образом, необходимую для обработки стебля рабочую емкость сосудов и затрудняя осуществление равномерной циркуляции и слива растворов, так как значительная часть их остается впитавшейся именно в сердцевину.