Кемерово, Россия
Общество с ограниченной ответственностью «БИОЛИТ»
Томск, Россия
Кемерово, Россия
Кемерово, Россия
Повышение эффективности извлечения биологически активных веществ из растительного сырья является одной из ключевых задач современной биотехнологии и фармацевтической технологии. Однако композитная структура древесного сырья создает основной диффузионный барьер для экстракции ценных вторичных метаболитов. Цель работы – установить количественные зависимости между режимами механоактивации измельчения коры осины обыкновенной (Populus tremula L.), изменением ее структурно-физических характеристик и кинетикой извлечения биологически активных веществ. Объектами исследования послужили образцы коры осины обыкновенной (Томская область, Россия). Механоактивацию проводили в планетарной мельнице АГО-2С. Установлено, что при центробежном ускорении шаров 300 м/c2 в течение 5–10 мин выход водно-спиртовых фракций возрастал на 9,5–19 %, при 600 м/c2 – на 40–44 %. При скорости вращения 1395 об/мин (7–10 мин обработки) количество извлекаемых полифенолов достигло прироста 34,6 %, при 1820 об/мин – до 61,5 %. Наибольший выход салицина наблюдался при 1820 об/мин в течение 1–3 мин и составил от 0,80 ± 0,01 до 1,00 ± 0,02 % масс. Диспергирование коры осины в течение 3 мин при 1395 об/мин приводило к повышению доли углеводной составляющей D1080/D1460, спиртовых D1140/D1460, карбоксильных групп D1280/D1460, -С=С- D1600/D1460 и ОН-групп D3400/D1460. При этом уменьшалось количество алкильных заместителей D2920/D1460 и карбонильных групп D1720/D1460. Механоактивация измельчения сырья в течение 1 мин при 1395 об/мин приводила к увеличению содержания антиоксидантов до 1,15 ± 0,02 моль/кг и появлению второго типа ингибиторов, при частоте вращения реакторов 1820 об/мин в течение 5 мин – 1,66 ± 0,03 моль/кг, период индукции – 90 мин. Применение выявленных закономерностей и внедрение стадии механоактивации на действующих производствах позволили модернизировать процесс, повысив его рентабельность, а также обеспечить более полное использование возобновляемого растительного сырья для получения ценных биологически активных веществ.
Механоактивация, диспергирование, экстракция, осина, кора, Populus tremula L., фенилгликозиды, салицин, полифенолы, антиоксиданты
1. Sharifi-Rad J, Kumar NVA, Zucca P, Varoni EM, Dini L, et al. Lifestyle, oxidative stress, and antioxidants: Back and forth in the pathophysiology of chronic diseases. Frontiers in Physiology. 2020;11:694. https://doi.org/10.3389/fphys.2020.00694
2. Rahaman MM, Hossain R, Herrera-Bravo J, Islam MT, Atolani O, et al. Natural antioxidants from some fruits, seeds, foods, natural products, and associated health benefits: An update. Food Science & Nutrition. 2023;11(4):1657–1670. https://doi.org/10.1002/fsn3.3217
3. Aurori M, Niculae M, Hanganu D, Pall E, Cenariu M, et al. The Antioxidant, antibacterial and cell-protective properties of bioactive compounds extracted from rowanberry (Sorbus aucuparia L.) fruits in vitro. Plants. 2024;13(4):538. https://doi.org/10.3390/plants13040538
4. Babich O, Larina V, Krol O, Ulrikh E, Sukhikh S, Gureev MA, Prosekov A, Ivanova S. In vitro study of biological activity of Tanacetum vulgare extracts. Pharmaceutics. 2023;15(2):616. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics15020616
5. Sukhikh S, Babich O, Prosekov A, Patyukov N, Ivanova S. Future of chondroprotectors in the treatment of degenerative processes of connective tissue. Pharmaceuticals (Basel). 2020;13(9):220. https://doi.org/10.3390/ph13090220
6. Babich O, Prosekov A, Zaushintsena A, Sukhikh A, Dyshlyuk L, Ivanova S. Identification and quantification of phenolic compounds of Western Siberia Astragalus danicus in different regions. Heliyon. 2019;5(8):e02245. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2019.e02245
7. Кожевников А. Ю., Шестаков С. Л., Сыпалова Ю. А. Вопросы структурной организации лигнина и перспективы его переработки. Химия растительного сырья. 2023. № 2. С. 5–26. https://doi.org/10.14258/jcprm.20230211737
8. Куркин В. А. Актуальные аспекты стандартизации сырья и препаратов, содержащих фенольные соединения. Ведомости Научного центра экспертизы средств медицинского применения. Регуляторные исследования и экспертиза лекарственных средств. 2022. Т. 12. № 2. С. 127–141. https://doi.org/10.30895/1991-2919-2022-12-2-127-141
9. Сёмушкин Д. Н., Зиганшин Б. Г., Сёмушкин Н. И., Дмитриев А. В., Максимов И. И. и др. Методы интенсификации процессов экстрагирования биологически активных веществ из растительного сырья. Вестник Курганской ГСХА. 2023. № 1. С. 78–88. https://elibrary.ru/ZXPZCV
10. Николаева И. Г., Цибиктарова Л. П. Механоактивация растительного сырья пятилистника кустарникового и толокнянки обыкновенной с добавками. Вестник Бурятского государственного университета. Медицина и фармация. 2024. № 3. С. 65‒70. https://doi.org/10.18101/2306-1995-2024-3-65-70
11. Krakowska-Sieprawska A, Kiełbasa A, Rafińska K, Ligor M, Buszewski B. Modern Methods of Pre-Treatment of Plant Material for the Extraction of Bioactive Compounds. Molecules. 2022;23:730. https://doi.org/10.3390/molecules27030730
12. Просин М. В., Бородулин Д. М., Сафонова Е. А., Головачева Я. С. Исследование эффективности экстрагирования в различных типах аппаратов при использовании растительного сырья чаги, корня копеечника, плодов шиповника. Вестник КрасГАУ. 2021. № 6. С. 170–175. https://doi.org/10.36718/1819-4036-2021-6-170–175
13. El-Eskandarany MS. Mechanical alloying: Energy storage, protective coatings, and medical applications. Elsevier. New York: William Andrew; 2020. 441 p.
14. Matveeva AG, Skripkina TS, Nekrasov VM, Nikiforova UE, Bukhtoyarov VA, et al. Particle aggregation and the grinding limit in high energy ball mill. Powder Technology. 2024;449:120370. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2024.120370
15. Zhu Zh, Gao Sh, Chen Ch, Xu W, Xiao P, et al. The natural product salicin alleviates osteoarthritis progression by binding to IRE1α and inhibiting endoplasmic reticulum stress through the IRE1α-IκBα-p65 signaling pathway. Experimental & Molecular Medicine. 2022;(11):1927–1939. https://doi.org/10.1038/s12276-022-00879-w
16. Jiang Y, Hou J, Liu C, Zhao C, Xu Y, et al. Inhibitory effect of salicin on Staphylococcus aureus coagulase. ChemMedChem. 2023;(22):e202300302. https://doi.org/10.1002/cmdc.202300302
17. Ahn S-Y, Kim KA, Lee S, Kim KH. Potential skin anti-aging effects of main phenolic compounds, tremulacin and tremuloidin from Salix chaenomeloides leaves on TNF-α-stimulated human dermal fibroblasts. Chemico-Biological Interactions. 20241;402:111192. https://doi.org/10.1016/j.cbi.2024.111192
18. Wu PQ, Li Y, Ren YH, Zhou JS, Liu QF, et al. Anti-inflammatory salicin derivatives from the barks of Salix tetrasperma. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2024;16. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.4c01061
19. Лоскутов С. Р., Шапченкова О. А., Анискина А. А., Пастори З. Гигроскопические свойства древесины лиственных пород. Лестной Вестник. 2022. Т. 26. № 2. С. 92–102. https://doi.org/10.18698/2542-1468-2022-2-92-102
20. Варданян Л. Р., Арутюнян С. А., Торосян Г. О. Исследование антиоксидантной активности растительного сырья как натурального стабилизатора пищевых продуктов. Техника и технология пищевых производств. 2025. Т. 55. № 3. С. 485–495. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2025-3-2586
21. Manousi N, Rosenberg E, Deliyanni E, Zachariadis GA, Samanidou V. Magnetic solid-phase extraction of organic compounds based on graphene oxide nanocomposites. Molecules. 2020;25(5):1148. https://elibrary.ru/ZIXMDZ
22. Лапшин О. В., Болдырева Е. В., Болдырев В. В. Роль смешения и диспергирования в механохимическом синтезе (обзор). Журнал неорганической химии. 2021. T. 66. № 3. С. 402–424. https://doi.org/10.31857/S0044457X21030119
23. Jiang W, Adamopoulos S, Hosseinpourpia R, Žigon J, Petric M, et al. Utilization of partially liquefied bark for production of particleboards. Applied Sciences. 2020;10:5253. https://doi.org/10.3390/app10155253
24. Sillero L, Prado R, Labidi J. Simultaneous microwave-ultrasound assisted extraction of bioactive compounds from bark. Chemical Engineering and Processing – Process Intensification. 2020;156:108100. https://doi.org/10.1016/j.cep.2020.108100
25. Валеев К. В., Зиатдинова Д. Ф., Сафин Р. Г. Обзор исследований в области извлечения биологически активных веществ из хвойных пород древесины. Системы. Методы. Технологии. 2024. № 4. С. 159–164. https://doi.org/10.18324/2077-5415-2024-4-159-164
26. Elbendari AM, Ibrahim SS. Optimizing key parameters for grinding energy efficiency and modeling of particle size distribution in a stirred ball mill. Scientific Reports. 2025;15(1):3374. https://doi.org/10.1038/s41598-025-87229-8
27. Soares WS, Magalhães EdS, Govender N. Enhancing particle breakage and energy utilization in ball mills: An integrated DEM and SPH approach. Mining. 2025;5:18. https://doi.org/10.3390/mining5010018
