Technological aspects of birch bark processing into a component of food systems for the population of the Arctic and the Far North

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

Betulin-containing micronutrients increase the quality, physiological activity, and shelf life of food systems. Such micronutrients are relevant for developing physiologically functional food products for the population residing in the regions of the Arctic and the Far North. In this research, we aim to optimize the process of extracting betulin from Betula pendula Roth. For use in food systems for nutritional support of the population residing in regions with extreme climatic conditions by the method of mathematical modeling. Birch bark was harvested in the summer months of 2015–2021 in the foothill zone of the Altai Krai. Mathematical optimization of the process of betulin extraction from birch bark of white-trunked birches (Betula pendula Roth.), containing more than 20 wt% of the main substance, under autoclaving conditions was carried out using the Statistica 10 software package. Based on an analysis of response surfaces constructed using a regression equation, optimal parameters for betulin extraction with ethyl alcohol were determined. Thus, the birch bark particle size equals 3×3 mm; hydromodulus is 1:5; process duration is 150 min. Under these parameters, the betulin yield achieved more than 97%, with its authenticity and safety being confirmed experimentally. The physiological activity of betulin, as well as its usage examples in various food systems to prolong shelf life, prove its feasibility as a natural preserving agent. In addition, betulin can be used as a functional component, i.e., as an antioxidant for enriching food products, in particular, those intended for the population residing in extreme climatic conditions of the Arctic and the Far North.

Sobre autores

M. Shkolnikova

Polzunov Altai State Technical University; Ural State University of Economics

Email: tp@usue.ru

I. Pavlov

Biysk Technological Institute (Branch) of the Altay State Technical University

Email: pavlov.in@bti.secna.ru

E. Averyanova

Polzunov Altai State Technical University

Email: averianova.ev@bti.secna.ru

E. Rozhnov

Polzunov Altai State Technical University; Ural State University of Economics

Email: tp@usue.ru

O. Chugunova

Ural State University of Economics

Email: tp@usue.ru

Bibliografia

  1. Adepoju F.O. Duru K.C., Li E., Kovaleva E.G., Tsurkan M.V. Pharmacological potential of betulin as a multitarget compound // Biomolecules. 2023. Vol. 13, no. 7. P. 1105. doi: 10.3390/biom13071105.
  2. Преснова Г.А., Тюрина Н.А. Бетулинсодержащий экстракт бересты – натуральный ингредиент для создания специализированных продуктов питания // Хлебопродукты. 2016. N 3. С. 32–33. EDN: VMNNHD.
  3. Буракова Л.Н., Плотников Д.А. Анализ работ в области разработки продуктов функционального назначения, обладающих иммуномодулирующими свойствами // Ползуновский вестник. 2021. N 3. С. 117–122. doi: 10.25712/ASTU.2072-8921.2021.03.016. EDN: GLWQVS.
  4. Zavorokhina N.V., Pankratieva N.A., Goncharova N.A. Betulin nanosuspension as a promising raw material for the production of long-term storage bread // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020. Vol. 548. P. 082017. doi: 10.1088/1755-1315/548/8/082017.
  5. Azman N.A.M., Skowyra M., Muhammad K., Gallego M.G., Almajano M.P. Evaluation of the antioxidant activity of Betula pendula leaves extract and its effects on model foods // Pharmaceutical Biology. 2017. Vol. 55, no. 1. P. 912–919. doi: 10.1080/13880209.2017.1282528.
  6. Zhang W., Jiang H., Yang J., Jin M., Du Y., Sun Q., et al. Safety assessment and antioxidant evaluation of betulin by LC-MS combined with free radical assays // Analytical Biochemistry. 2019. Vol. 587. P. 113460. doi: 10.1016/j.ab.2019.113460.
  7. Жуков М.А., Кершенгольц Б.М., Куваев А.В. Традиционное природопользование на Севере – технологическая культура Арктической субцивилизации: от прошлого к будущему // Природные ресурсы Арктики и Субарктики. 2023. Т. 28. N 4. С. 574–583. doi: 10.31242/2618-9712-2023-28-4-574-583. EDN: HGLJGB.
  8. Кершенгольц Б.М., Шашурин М.М., Слепцова С.С., Винокурова М.К., Колосова О.Н. Биопрепарат из природного северного биосырья и возможности его использования при профилактике, лечении и на этапе ремиссии после перенесенных бактериальных и вирусных инфекций, включая COVID-19 // Природные ресурсы Арктики и Субарктики. 2021. Т. 26. N 3. С. 120–135. doi: 10.31242/2618-9712-2021-26-3-120-135. EDN: JHYCCF.
  9. Саляхов С.А., Фомина О.А. Перспективы производства в Тюменской области бетулина с использованием луба березы бородавчатой (Betula verrucosa) // Достижения молодежной науки для агропромышленного комплекса: сб. материалов LVI науч.-практ. конф. (г. Тюмень, 14–18 марта 2022 г.). Тюмень: Изд-во ГАУ Северного Зауралья, 2022. С. 491–497. EDN: TGVTZU.
  10. Сафина А.В., Абдуллина Д.Р., Сафин Р.Г., Арсланова Г.Р., Валеев К.В. Энергои ресурсосберегающая технология экстрагирования бетулина из отходов бересты березы // Лесной вестник. 2021. Т. 25. N 4. С. 99–106. doi: 10.18698/2542-1468-2021-4-99-106. EDN: EZYCQM.
  11. Кузнецова С.А., Скворцова Г.П., Маляр Ю.Н., Скурыдина Е.С., Веселова О.Ф. Выделение бетулина из бересты березы и изучение его физико-химических и фармакологических свойств // Химия растительного сырья. 2013. N 2. С. 93–100. EDN: RCYKPV.
  12. Król S.K., Kiełbus M., Rivero-Müller A., Stepulak A. Comprehensive review on betulin as a potent anticancer agent // Biomed Research International. 2015. P. 1–11. doi: 10.1155/2015/584189.
  13. Enkh-Amgalan L., Munkhgerel L., Bayarmaa B. Chemical and technological investigation on the isolation of betulin from birch bark // Bulletin of the Institute of Chemistry and Chemical Technology. 2020. Vol. 8. P. 38–41. doi: 10.5564/bicct.v0i8.1476.
  14. Коптелова Е.Н., Кутакова Н.А., Третьяков С.И., Фалева А.В. Кинетические закономерности процесса водно-щелочного гидролиза березовой коры в СВЧ-поле // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2022. N 3. С. 179–190. doi: 10.37482/0536-1036-2022-3-179-190. EDN: KCBNZN.
  15. Takibaeva A.T., Kasenov R.Z., Demets O.V., Zhumadilov S.S., Bakibaev A.A. Derive betulin from Kyrgyz birch bark (Betula kirghisorum) through alkaline hydrolysis and microwave radiation methods // Доклады Национальной академии наук Республики Казахстан. 2021. N 4. С. 87–92. doi: 10.32014/2021.2518-1483.63.
  16. Пат. № 2524778, Российская Федерация, МПК C07J 53/00, C07J 63/00. Способ получения бетулина / Е.Л. Мальчиков, А.Н. Кислицын, 2014. Заявл. 28.03.2013; опубл. 10.08.2014. Бюл. № 22.
  17. Chen H., Xiao H., Pang J. Parameter optimization and potential bioactivity evaluation of a betulin extract from white birch bark // Plants. 2020. Vol. 9, no. 3. P. 392. doi: 10.3390/plants9030392.
  18. Жук В.В., Яновский В.А., Самбуева О.Б., Бакибаев А.А. Технология получения бетулина методом тонкопленочной парофазной экстракции // Химия растительного сырья. 2014. N 3. С. 247–253. doi: 10.14258/jcprm.1403247. EDN: TGUFHH.
  19. Панкрушина Н.А., Ломовский О.И., Шахтшнейдер Т.П. Физическая активация процессов экстракции и органического синтеза // Химия в интересах устойчивого развития. 2019. Т. 27. N 6. С. 704–715. doi: 10.15372/KhUR2019194. EDN: TYNADY.
  20. Co M., Koskela P., Eklund-Åkergren P., Srinivas K., King J.W., Sjöberg P.J., et al. Pressurized liquid extraction of betulin and antioxidants from birch bark // Green Chemistry. 2009. Vol. 11, no. 5. P. 668–674. DOI: 10.1039/ B819965E.
  21. Demets O.V. Takibayeva A.T., Kassenov R.Z., Aliyeva M.R. Methods of betulin extraction from birch bark // Molecules. 2022. Vol. 27, no. 11. P. 3621. doi: 10.3390/molecules27113621.
  22. Patent no. 6634575, USA. Birch bark processing and isolation of natural products from birch bark / P.A. Krasutsky, R.M. Carlson, V.V. Nesterenko, I.M. Kolomitsyn, C.F. Edwardson. 2003.
  23. Zhang Y., Yu T., Wang Y. Extraction of betulin from bark of Betula platyphylla by supercritical carbon dioxide extraction // Journal of Forestry Research. 2003. Vol. 14, no. 3. P. 202–204. doi: 10.1007/BF02856830.
  24. Кузнецов Б.Н., Кузнецова С.А., Левданский В.А., Судакова И.Г., Веселова О.Ф. Совершенствование методов выделения, изучение состава и свойств экстрактов березовой коры // Химия в интересах устойчивого развития. 2005. Т. 13. N 3. C. 391–400. EDN: HRVEVT.
  25. Кузнецов Б.Н., Левданский В.А., Полежаева Н.И. Экстракция бетулина низшими алифатическими спиртами из внешней коры березы Betula Pendula Roth., активированной перегретым паром в присутствии щелочи // Химия растительного сырья. 2004. N 2. С. 21–24. EDN: HYPYQX.
  26. Пат. № 2640587, Российская Федерация. Способ получения бетулина / Е.В. Аверьянова, М.Н. Школьникова, С.Н. Цыганок, В.Н. Хмелев, В.А. Шакура. Заявл. 09.02.2017; опубл. 10.01.2018. Бюл. № 1.
  27. Akhmetova D.A., Fakhrutdinov R.R., Prokofieva A.A. Overview of betulin extraction technologies from birch bark and birch bark // Наука и технологии в лесопромышленном комплексе: сб. науч. тр. Междунар. науч.-практ. конф. (г. Брянск, 20–21 июля 2023 г.). Брянск: Изд-во БГИТУ, 2023. С. 9–12. EDN: HJYKFI.
  28. Дубашинская Н.В., Хишова О.М., Шимко О.М. Некоторые особенности экстрагирования лекарственного растительного сырья (часть I) // Вестник фармации. 2006. N 4. С. 62–72. EDN: KZJJZB.
  29. Аверьянова Е.В., Школьникова М.Н. Повышение эффективности бетулинсодержащих пищевых ингредиентов из бересты березы повислой (Betula Pendula Roth.) в составе пищевых систем // Химия растительного сырья. 2022. N 4. С. 333–341. doi: 10.14258/jcprm.20220411171. EDN: GGNJYT.
  30. Полезная модель № 2518, РФ. Качающийся автоклав с электрообогревом для проведения гетерогенных процессов / В.А. Куничан, Г.И. Севодина, В.П. Севодин, Ю.Н. Денисов, В.М. Буров. Заявл. 06.07.1994; опубл. 16.08.1996.
  31. Юферова А.А., Сударева М.А., Дубняк Я.В. Применение природных антиоксидантов в технологии молочных продуктов // Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК – продукты здорового питания. 2021. N 2. С. 98–107. doi: 10.24412/2311-6447-2021-2-98-107. EDN: HZPPIF.
  32. Гаптар С.Л., Сороколетов О.Н., Тарабанова Е.В., Кошелева Е.А., Лисиченок О.В., Головко А.Н. Расширение ассортиментной линейки пищевых продуктов специализированного назначения и функциональной направленности // Инновации и продовольственная безопасность. 2021. N 4. С. 55–67. doi: 10.31677/2072-6724-2021-34-4-56-67. EDN: MVJEGJ.
  33. Базарнова Ю.Г. Биотехнологический потенциал сухого экстракта бересты и возможности его использования в технологии продуктов здорового питания // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2015. N 2. С. 59–65. EDN: TXJCSD.
  34. Альраджаб М., Шульгина Л.В., Приходько Ю.В., Касьянов С.П. Технология и характеристика диетического продукта на основе икры горбуши и жира сардины иваси // Известия Дальневосточного федерального университета. Экономика и управление. 2021. N 3. С. 100–107. doi: 10.24866/2311-2271/2021-3/99-106. EDN: BUIPEQ.
  35. Шевелева Т.Л. Нетрадиционное растительное сырье в рецептурах хлебобулочных изделий // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. 2021. Т. 167. N 2. С. 143–150. doi: 10.36718/1819-4036-2021-2-143-150. EDN: BPHMKF.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar


Creative Commons License
Este artigo é disponível sob a Licença Creative Commons Atribuição 4.0 Internacional.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».