Технологические аспекты переработки бересты в компонент пищевых систем для населения Арктики и Крайнего Севера

Бетулинсодержащие микронутриенты улучшают качество, увеличивают физиологическую активность и срок хранения пищевых систем, что позволяет разрабатывать физиологически функциональные продукты питания для населения, проживающего в регионах Арктики и Крайнего Севера. Целью данного исследования являлась оптимизация процесса извлечения бетулина из Betula pendula Roth. для использования в пищевых системах нутрициологической поддержки населения, проживающего в регионах с экстремальными климатическими условиями, методом математического моделирования. Береста заготовлена в летние месяцы 2015–2021 гг. в предгорной зоне Алтайского края. Математическая оптимизация процесса экстракции бетулина из бересты белоствольных берез (Betula pendula Roth.), содержащей более 20% масс. основного вещества, в условиях автоклавирования осуществлена с использованием программного пакета Statistica 10. На основании анализа поверхностей отклика, построенных по уравнению регрессии, определены оптимальные параметры экстракции бетулина этиловым спиртом: размер частиц бересты 3×3 мм; гидромодуль 1:5; продолжительность процесса 150 мин, при которых выход бетулина составил более 97%, его подлинность и безопасность подтверждены экспериментально. Физиологическая активность бетулина и примеры его использования в составе различных пищевых систем для пролонгирования срока хранения доказывают возможность его использования в качестве природного консерванта и функционального компонента – антиоксиданта для обогащения продуктов питания, в частности предназначенных для населения, проживающего в экстремальных климатических условиях Арктики и Крайнего Севера.

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.