Search

Востребованность пищевых ингредиентов в современных технологиях достаточно велика, однако производство консервантов, антиокислителей и других пищевых добавок в РФ крайне ограничено, что создало высокую импортозависимость, неприемлемую в современных условиях. К сырьевым источникам консервантов можно отнести бересту березы повислой, содержащую от 10 до 40% тритерпенового спирта – бетулина, обладающего высокой биологической активностью и консервирующим действием благодаря доказанным антиокислительным свойствам. Однако слабая растворимость бетулина в водной среде ограничивает его использование в составе пищевых продуктов. В данной работе проведено исследование по разработке способа получения микронизированной формы бетулина для использования в качестве пищевого ингредиента в продуктах питания различного состава. Установлены следующие значения параметров и режимов ультразвуковой микронизации водных суспензий бетулина: частота – 50±5 кГц, акустическая мощность – 50 Вт, температура – порядка 50°C, продолжительность – 60 мин. Показано, что микронизация бетулина в условиях ультразвукового воздействия свидетельствуют об увеличении однородности его водной суспензии, выравнивании размера и формы частиц, что приводит к минимизации влияния барьерных факторов при усвоении бетулина и определяет его эффективность и биодоступность в составе пищевых продуктов как на водной, так и на жировой основе., The demand for food micro-ingredients in modern technologies is quite high, however, the production of preservatives, antioxidants and other food additives in the Russian Federation is extremely limited, which has created a high import dependence unacceptable in modern conditions. Raw sources of preservatives include birch bark containing 10–40% betulin – a triterpenoid with high biological activity and preservative / antioxidant properties. However, the weak solubility of betulin in an aqueous medium hinders its use in food products. In this work, a study was carried out to develop a method for obtaining a micronized form of betulin for use as a food ingredient in food products of various compositions. The following values of parameters and modes of ultrasonic micronization of water suspensions of betulin were established: frequency – 50±5 kHz, acoustic power – 50 W, temperature, about 50°С, duration 60 min. It is shown that the micronization of betulin under ultrasonic exposure indicates an increase in the uniformity of its aqueous suspension of betulin, the alignment of the size and shape of particles, which minimizes the influence of barrier factors during the assimilation of a food additive and determines its effectiveness and bioavailability in the composition of both water-based and fat-based foods.

Research has been carried out on the separation of betulin and suberin from the debarking waste of the pulpwood of the Arkhangelsk PPM, crushed on an abrasive crusher. The extraction of betulin from various fractions of technical bark was carried out by the method of extraction with 86% ethyl alcohol using microwave EMF (microwave extraction). Suberin was isolated from the extracted bark by hydrolysis with an aqueous solution of KOH also under microwave heating conditions. The maximum yield of betulin and suberin is achieved when using coarse bark fractions (3–4.5 mm), which are crushed birch bark. The resulting products were identified by IRS, NMR, and GC with mass spectrometry (GC/MS). The quantitative content of components in bark extracts was determined by HPLC analysis. The triterpenoid betulinol (70–72%) predominates in the composition of extractives, betulinic acid, lupeol, and erythrodiol are less represented. Fatty, dibasic carboxylic acids and hydroxy acids were identified in the composition of suberin monomers, 2-hydroxydecanedionic (2-hydroxysebacic) acid dominates. The quantitative content of ferulic acid, a natural antioxidant, was determined in the product from different fractions of the bark (from 2.65 to 11.27 g/kg). Suberin obtained from small fractions of the bark differs from suberin from large fractions in composition. Ribofuranose and xylose were found in the product from the 1–2 mm bark fraction, but absent in the product from the 2–3 mm fraction; lanosterol is present in suberin from the small fraction of the bark, cycloartenol from the large one., Проведены исследования по выделению бетулина и суберина из отходов окорки балансов Архангельского ЦБК, измельченных на дробилке истирающего действия. Извлечение бетулина из различных фракций технической коры проведено методом экстракции 86%-м этиловым спиртом с использованием ЭМП СВЧ (СВЧ-экстракция). Суберин выделен из проэкстрагированной коры методом гидролиза водным раствором KOH также в условиях СВЧ-нагрева. Максимальный выход бетулина и суберина достигается при использовании крупных фракций коры (3–4.5мм), представляющих собой измельченную бересту. Полученные продукты идентифицированы методами ИКС, ЯМР и ГХ с масс-спектрометрией (ГХ/МС). Методом ВЭЖХ-анализа установлено количественное содержание компонентов в экстрактах коры. В составе экстрактивных веществ преобладает тритерпеноид бетулинол (70–72%), менее представлены бетулиновая кислота, лупеол, эритродиол. В составе мономеров суберина идентифицированы жирные, двухосновные карбоновые кислоты и гидроксикислоты, доминирует 2-гидроксидекандионовая (2-гидроксисебациновая) кислота. Определено количественное содержание феруловой кислоты – природного антиоксиданта – в продукте из разных фракций коры (от 2.65 до 11.27 г/кг). Суберин, полученный из мелких фракций коры, отличается от суберина из крупных фракций по составу. Рибофураноза и ксилоза обнаружены в продукте из фракции коры 1–2 мм, но отсутствуют в продукте из фракции 2–3 мм; ланостерол присутствует в суберине из мелкой фракции коры, циклоартенол – из крупной.

The aim of this work was the mathematical modeling and selection of optimal regimes for the process of biologically active betulin dipropionate production based on the treatment of birch bark by propionic acid. In order to achieve this aim, two variable factors of the process were varied: X1 – the average size of bark particles (3.5 and 15.0 mm); X2 – the duration of the process. The output parameters were: Y1 – product yield (as a percentage by mass of the absolutely dry bark); Y2 – mass fraction of betulin dipropionate in the product (in percent); Y3 – the yield of betulin dipropionate as a percentage by mass of the absolutely dry bark. For mathematical processing of the results, the Statgraphics Centurion XVI package, the DOE block, the Multi-Factor Categorical procedure were used. It was established by experimental and computational methods that the optimal conditions for obtaining the product with the highest content of betulin dipropionate are as follows: a ratio liquid/solid of 20, an average size of bark particles of 3.5 mm, a time of 8–12 hours. The structure of betulin dipropionate, obtained under optimal conditions, was confirmed by physicochemical methods, the purity of the product was 95%. Due to its low toxicity and valuable pharmacological properties the betulin dipropionate has prospects for use in medicine., Цель данной работы – математическое моделирование и подбор оптимальных условий процесса получения дипропионата бетулина, основанного на обработке бересты березы пропионовой кислотой. Для достижения поставленной цели варьировали два переменных фактора процесса получения дипропионата бетулина: Х1 – средний размер частиц бересты (3.5 и 15.0 мм); Х2 – продолжительность процесса. Выходными параметрами служили: Y1 – выход продукта (впроцентах от массы абсолютно сухой бересты); Y2 – массовая доля дипропионата бетулина в продукте (в процентах); Y3 – выход дипропионата бетулина (в процентах от массы абсолютно сухой бересты). Для математической обработки результатов использован пакет Statgraphics Centurion XVI, блок DOE, процедура Multi-Factor Categorical. Экспериментальными и расчетными методами установлено, что оптимальными условиями получения продукта с наиболее высоким содержанием дипропионата бетулина являются следующие: жидкостный модуль 20; средний размер частиц бересты 3.5 мм; продолжительность 8–12 ч. Структура дипропионата бетулина, полученного в оптимальных условиях, подтверждена физико-химическими методами. Благодаря низкой токсичности и ценным фармакологическим свойствам дипропионат бетулина имеет перспективы использования в медицине.

The present study focuses on the identification of the components included in the suberin of birch bark, as well as the development of the method of intensification of hydrolysis of birch bark in the allocation of suberin.Identification suberin derived from the technical of birch bark in conditions the microwave field was conducted the method of IR-spectroscopy (IRS). In the study of the chemical composition of suberin acids using gas chromatomass spectrometry (GC/MS) revealed the following dominant acid: docosanedioic (phellogenic) acid and 22-hydroxydocosanoic (phellonic) acid.It is established that processing of birch bark in a microwave field allows 2 times to reduce the duration of process of water-alkaline hydrolysis. By the planned experiment, mathematical description of the process of hydrolysis of birch bark in conditions of microwave radiation was obtained; the influence of the main parameters was installed and the optimal conditions for suberin acids secretion were determined. Concentration of alkali, %; power, W; duration, min were selected How were the independent variables. It is noted that the increase in alkali concentration and duration of hydrolysis leads to a positive result. On the basis of economic considerations, the optimum concentration of KOH for microwave hydrolysis is 5%, duration – 15 min, power – 600 W. The power consumption is 37,5 kWh/kg birch bark., Настоящее исследование посвящено идентификации компонентов, входящих в состав суберина березовой коры, а также разработке метода интенсификации гидролиза бересты при выделении суберина. Осуществлена идентификация суберина, полученного из технической бересты под воздействием электромагнитного поля СВЧ, методом ИК-спектроскопии (ИКС). При исследовании химического состава субериновых кислот методом газовой хроматомасс-спектрометрии (ГХ/МС) выявлены следующие доминирующие кислоты: докозандиовая (феллогеновая) и 22-гидроксидокозановая (феллоновая). Установлено, что обработка бересты под воздействием СВЧ-поля позволяет в 2 раза сократить продолжительность процесса водно-щелочного гидролиза. Методом планированного эксперимента получено математическое описание процесса гидролиза бересты в условиях воздействия СВЧ-энергии; установлено влияние основных параметров и определены оптимальные условия выделения субериновых кислот. В качестве независимых переменных были выбраны: концентрация KOH, %; мощность, Вт; продолжительность, мин. Отмечено, что увеличение концентрации щелочи и продолжительности гидролиза приводит к положительному результату. Установлены оптимальные условия обработки для максимального выхода субериновых кислот: концентрация KOH – 5%, продолжительность – 15 мин, мощность – 600 Вт. Расход энергии составляет 37,5 кВт∙ч/кг бересты.

One of the promising directions of birch bark utilization is its extractive treatment with obtaining a number of valuable chemical components among which the most relevant is betulin. As a rule, the methods of betulin esters are multistage and based on classical reactions of betulin acylation; betulin should be preliminarily extracted from birch bark. The purpose of the present research was synthesis of the betulin diformate and allobetulin formate directly from the birch bark without a separate stage of the betulin preparation. The external layer of the bark of birch, Betula pendula Roth was ground to particle size of 10–20 mm and used as the raw material. The method is based on combined extraction of betulin from outer birch bark and its formylation with formic acid at reflux for 16 hours. During the treatment of birch bark with formic acid, along with betulin extraction into solution, its formylation into betulin diformate and allobetulin formate occurs. The yield of the formation of betulin diformate and allobetulin formate of the mass of acylated upper bark (a.u.b.) was 40 and 10%, respectively. The first fraction of betulin diformate was obtained from the resulted solution by evaporating 3/4 of the solution and poured it in water to form beige precipitate, whereas the second fraction was extracted by treating the resulted birch bark by acetone followed by evaporation. However, the allobetulin formate was formed from the second treatment of resulted birch bark by chloroforrm followed by evaporation. Betulin diformate was found to be the main component of this extraction, and it was recrystallized from ethyl alcohol to afford beige powder, and its melting point is 165 °C. The structures of betulin diformate and allobetulin formate are confirmed by 1H NMR, 13C NMR, and FTIR spectroscopy.

Предложен новый способ получения органических аэрогелей методом золь-гель полимеризации полифенолов (ПФ), выделенных их коры лиственницы и луба коры березы, с формальдегидом. Методами термогравиметрии и ИК-Фурье спектроскопии проведено сравнительное изучение состава и свойств исходных полифенолов коры. Выявлено, что полифенольные вещества лиственницы обладают большей термической устойчивостью в интервале температур 25–700 °С, в то время как процесс терморазложения полифенолов коры березы завершается к 600 °С. Установлено, что полифенольные соединения лиственницы в своем составе содержат больше ароматических структур и гидроксильных групп.Изучено влияние величины рН-растворов гелирования в интервале значений от 4 до 12 на пористую структуру органических гелей, синтезируемых на основе полифенолов. С помощью БЭТ-анализа, электронной микроскопии и сорбционной способности к метиленовому голубому и желатину была изучена пористая структура и адсорбционные свойства полифенол-формальдегидных органических гелей. Показано, повышение величины рН способствует формированию продукта с уплотненной текстурой. Электронно-микроскопические снимки полимерных гелей демонстрируют однородную зернистую текстуру с различимыми микроглобулами со средним размером узелков ≈50–70 нм., New method for preparation of organic aerogels by sol-gel polymerization of formaldehyde with polyphenols (PFs), isolated from larch bark of and inner birch bark, was developed. The functional composition and properties of the original PFs were studied by thermogravimetry methods and FTIR- spectroscopy. It was found that larch polyphenol substances possess greater thermal stability in the temperature range 25-700 °C, while the process of thermal decomposition of birch bark polyphenols completes to 600 °C. It has been established that polyphenol larch compounds in their composition contain more aromatic structures and hydroxyl groups. The effect of the pH value of gelation solutions in the range of values from 4 to 12 on the porous structure of organic gels synthesized on the basis of polyphenols was studied. Porous structures and adsorption properties of polyphenol-formaldehyde organic gels were studied using BET method, scanning electron microscopy and sorption (methylene blue and gelatin). It is shown that an increase in pH contributes to the formation of a product with a more compacted texture. The electron microscopic images of polymer gels demonstrate a uniform granular texture with visible micro globules with an average particle size of ≈ 50-70 nm.

We studied the effect of microwave fields on alcohol-alkaline extraction bast of a birch bark. It is shown that the maximum yield EV (>25%) is achieved when conducting microwave extraction, and the minimum duration of the filtration occurs when the following values of parameters: flow KOH 17% by weight of bast, the concentration of ethanol 10%, liquid module 17. These parameter values can be considered optimal.Studies of the kinetics of microwave extraction at the optimum conditions of extraction process to determine the duration of the extraction. When this was controlled by the output of extractives (EV) and the duration of filtration. The total duration of microwave extraction was 15 min.Studied the practical application of phloem extracts of birch to stimulate plant growth, and phloem after extraction as a structuring additives to the soil and potash fertilizers. Revealed a positive effect of seed treatment with the extract concentration of 10-4 g/l, starting from the 10th day of observations on the germination under conditions recommended by the standard. Solutions of higher concentration EV act as inhibitors. It was also observed that seeds treated with solutions of EV at any concentration, didn't decay. This implies that the extracts have antiseptic properties. It is shown that when added to the soil bast (0,5–1,5%) seed germination is improved. It is revealed that the more the content of the phloem in the soil, the higher the percentage of germinated seeds (maximum 45 %)., Изучено влияние СВЧ-поля на спирто-щелочную экстракцию луба коры березы. Показано, что максимальный выход экстрактивных веществ (ЭВ) (более 25%) достигается при проведении СВЧ-экстракции, а минимальная продолжительность фильтрования наблюдается при следующих значениях параметров: расход КOH – 17% от массы луба, концентрация этанола – 10%, жидкостный модуль – 17. Указанные значения параметров можно считать оптимальными.Проведены исследования кинетики процесса СВЧ-экстракции при оптимальных условиях процесса экстрагирования с целью определения продолжительности экстракции. При этом контролировали выход ЭВ и продолжительность фильтрования. Общая продолжительность СВЧ-экстракции составила 15 мин.Изучено практическое применение экстрактов луба березы для стимуляции роста растений, а луба после экстракции – в качестве структурирующей добавки к почве и калийного удобрения. Выявлен положительный эффект обработки семян экстрактом концентрацией 10-4 г/л, начиная с 10-го дня наблюдений по проращиванию в условиях, рекомендованных ГОСТом. Растворы большей концентрации ЭВ действуют как ингибиторы. Также было замечено, что семена, обработанные растворами ЭВ любой концентрации, не подверглись гниению. Из этого следует, что экстракты обладают свойствами антисептиков. Показано, что при добавлении в почву луба (0,5–1,5%) проращивание семян улучшается. Выявлено, что чем больше содержание луба в почве, тем выше доля взошедших семян (максимум 45%).

Получены бетулинсодержащие продукты с выходом около 40% от массы а.с.б. и содержанием бетулина в них 74–75% и 85–89%, в присутствии гидроксида натрия и калия соответственно. Представлен одностадийный способ выделения бетулина высокой степени чистоты – 97,7%. Бетулин идентифицирован с использованием физико-химических методов: элементного анализа, ИК- и ЯМР-спектроскопии, электронно-сканирующей микроскопии, изучены термические характеристики бетулина. Показано, что бетулин проявляет гастропротекторные, гепатопротекторные и капилляроукрепляющие свойства., It was extracted the products with yield about 40% by mas. of absolutely dry birch bark and the content in which 74 to 75% and 85-89% in the presence of sodium and potassium hydroxide, respectively. It was presented the one- step method of extraction high purity of betulin 97,7%. Betulin identified using of physicochemical methods: elemental analysis, IR and NMR spectroscopy, electron scanning microscopy, studied the thermal characteristics of betulin. It is shown that betulin exhibits gastroprotective, hepatoprotective and capillaries strengthening properties.