Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОНЕНТОВ ВНЕШНЕЙ КОРЫ БЕРЕЗЫ

Белякова А.Ю. 1 Погребняк А.В. 1 Погребняк Л.В. 1
1 Пятигорский медико-фармацевтический институт – филиал ВолгГМУ Минздрава России
В обзоре приводятся сведения о химическом составе и биологической активности суммарного препарата из внешней коры растений семейства Березовые. В историческом разрезе обсуждается эволюция применения экстрактов коры в качестве вспомогательных веществ (материалов) и биологически-активных соединений. Обсуждаются методы извлечения и изоляции отдельных компонентов методами жидкостной экстракции. Приводятся подробные сведения о патентах на использование продуктов переработки коры березы (в том числе бетулина) за последние 10 лет (с 2005 года по н.в.).Излагаются основные перспективы развития и внедрения биологически-активных и вспомогательных веществ, получаемых из отечественного сырья. Отдельная часть обзора посвящена методам качественного и количественного определения пентациклических тритерпеноидов, составляющих мажорную компоненту экстракта внешней коры березы. Отмечается, что в области стандартизации суммарного экстракта и чистого бетулина наблюдается существенный пробел, который необходимо восполнить, используя современные физико-химические методы анализа.
стандартизация
бетулин
экстракция
внешняя кора березы
1. База знаний «Албест»; Http://knowledge.allbest.ru.
2. Ботаника. Энциклопедия «Все растения мира»: пер. с англ./Под ред. Д. Григорьева и др. – М.: Könemann, 2006. – С. 142-144.
3. Животные и растения. Иллюстрированный энциклопедический словарь. – М.: Эксмо, 2007. – С. 117-119.
4. Иллюстрированный определитель растений Ленинградской области / Под ред. А. Л. Буданцева и Г. П. Яковлева. – М.: Товарищество научных изданий КМК, 2006. – С. 167. - 700
5. Красутский П. А., Коломитсян И. В., Красутский Д. А.Деполимеризация соединений из бересты Патент US8197870, 2009-07-16.
6. Кузнецов Б.Н., Левданский В.А., Еськин А.П. и др. Выделение бетулина и суберина из коры березы, активированной в условиях взрывного автогидролиза; http://www.nioch.nsc.ru/mirrors/press/chemwood/volume2/n1/stat_1.html.
7. Мальчиков Е. Л.,Кислицын А. Н. Способ получения бетулина Патент 2524778, 2013-03-28.
8. Рощин В.И., Шабанова Н.Ю., Ведерников Д.Н. Способ получения бетулина Патент 2184120, 27-06-2002.
9. Сайт ООО «Древит». Описание бетулина и препаратов на его основе;http://betulin96.ru/application.php.
10. Словари и энциклопедии. «Академик»; http://dic.academic.ru/
11. Собрание рефератов и научных работ. «Ронл.ру»Http://www.ronl.ru/referaty/himiya/227812/.
12. Флехтер О.Ф., Карачурина Л.Т, Нигматуллина Л.Р. и др. Синтез и фармакологическая активность диникотинатабетулина // Биоорганическая химия. – 2002. – Т. 28, №6. – С. 543–550.
13. M.-F. Guidoin, J. Yang, A. Pichette, C. Roy, Thermochim. Acta(2003), 153 р.
Свойствам семейства Березовые посвящено множество научных исследований, однако у данных растений и продуктов их переработки сохраняетсябольшой потенциал, имеется множество нераскрытых, либо не полностьюизученных свойств. Сочетание огромного сырьевого запаса сырья отечественного происхождения и малое число систематических работ по изучению его биологических свойств ставит задачу продолжения изучения свойств комплекса экстрактивных веществ,их физико-химическиххарактеристик, стимулирует к созданию и стандартизацииновых препаратов.

Берёза (лат. Bétula) – род листопадных деревьев и кустарников семейства Берёзовые (Betulaceae). Берёза широко распространена в Северном полушарии; на территории России принадлежит к числу наиболее распространённых древесных пород. Общее число видов - около ста. Своеобразный белый цвет коры березы связан с наличием в ее клетках особого белого порошкообразного вещества - бетулина, высыпающегося из клеток при отшелушивании коры. Стройное белоствольное светлое дерево, пользуется особой любовью в России. С давних лет берёза была образом нашей страны.

В коре большинства видов содержится тритерпеноидбетулин, один из немногочисленных белых органических пигментов. Из видов, растущих в России, максимальное содержание бетулина наблюдается в коре берёзы пушистой (Betulapubescens) – до 44 %.Он стал объектом тщательного исследования медиков, биологов, фармацевтов почти в 40 странах мира.Интерес к этому веществу в наши дни находится на новом пике, т.е. взамен устаревающим и неточным оценкам приходят современные методы физико-химических и фармакологических исследований. Кроме всего вышеупомянутого, бетулин являетсяэмульгирующим средством и абсолютно безвреден, даже после термической обработки[2].

Березовая кора имеет две четко различимые части – внешнюю (береста) и внутреннюю (луб), которые значительно отличаются по химическому составу. Наиболее богата экстрактивными веществами внешняя кора [3]. Луб березовой коры содержит меньше экстрактивных веществ и их состав отличается от состава веществ, экстрагируемых из бересты. Предлагаемые способы выделения ценных веществ из коры березы включают ее разделение на бересту и луб и последующую независимую переработку экстракционными методами [9]. Особое внимание в последнее время уделяется разработке методов экстракции из бересты тритерпеноида бетулина. Сам бетулин и его производные, например, бетулиновая кислота, проявляют высокую биологическую активность [1,11] и на их основе разрабатываются новые препараты. Во внутренней части коры (так называемом лубе) содержание целлюлозы варьируется от 19,3 до 25,2%, лигнина от 24,7 до 37,9%, легкогидролизуемых полисахаридов от 18,1 до 26,9%, трудногидролизуемых полисахаридов от 17,1 до 22,8% и золы от 1,1 до 2,4% [10]. Луб березы содержит от 9 до 12% дубильных и до 6,5% сахаристых веществ. Доброкачественность дубильного экстракта, получаемого из луба березовой коры, в зависимости от возраста и вида берез составляет от 42 до 71% [6,12]. Значительные ресурсы березовой коры представлены, так называемой комлевой корой, в которой отсутствует четко выраженная граница между берестой и лубом. В экстрактах коры этих берез наряду с бетулином содержатся его окисленные производные: бетулиновая кислота, бетулиновый альдегид, метиловый эфир бетулиновой кислоты, бетулоновый альдегид, бетулоновая кислота.Бетулин и бетулиновая кислота представляют интерес для медицины в качестве основы для разработки новых противовирусных агентов[4].

Бетулин– это тритерпеновый спирт ряда лупана, имеющий брутто-формулу С30Н50О2 и химическое название бетуленол. Он содержится в большом количестве растений (орешник, календула, солодка и пр.), но в промышленных масштабах его можно получить только экстракцией из бересты. Несмотря на то, что бетулиндавно известен своими целебными свойствами (он был открыт Т.Е. Ловицем– преемником М.В. Ломоносова – в 1778г.), в последние годы в мировой фармакологии наблюдается рост интереса к нему. На текущий момент доказанными считаются следующие свойства:

-антисептическое и ранозаживляющее свойства;

-гепатопротекторные;

-желчегонные;

-антиоксидантные;

-иммуностимулирующие;

-противоопухлевые свойства;

-не вызывает сомнений выраженная противовирусная активность бетулина, особенно в отношении всех форм вируса герпеса [9];

-являются ингибиторами вируса полиомиелита, лихорадочных и респираторных заболеваний;

-бетулин способен ингибировать развитие микробактерий туберкулеза;

-противогрибковое действие бетулина открывает широкие перспективы в его применении, как для профилактики, так и для лечения микозов кожи, ногтей и волос [9];

-учеными США и Японии доказана противомеланомная активность самого бетулина и его производных [9];

-при включении бетулина в крем он продемонстрировал солнцезащитное действие (UVA-UVB-фильтр) [11];

-активно ингибирует фермент эластазу, ответственный за потерю упругости эластичными волокнами кожи;

-стимулирует синтез коллагена и останавливает воспалительные процессы в коже, защищая ее от воздействия протеинкиназ;

-отбеливает кожу за счет тормозящего действия на меланогенез[1].

Предложены несколько способов выделения бетулина из коры березы:

-путем кипячения бересты с водой, а затем высушивания и дальнейшего извлечения алкоголем;

-осаждение спиртового (этанол) экстракта бересты уксуснокислым свинцом и удалениесвинцауглеаммиачной солью[8];

- березовую кору экстрагируют бензолом, выделившийся при охлаждении бетулин отфильтровывают и сушат [1];

- использовалась также последовательная экстракция измельченной коры петролейным эфиром, четыреххлористым углеродом и хлороформом [1];

- предложен многостадийный метод выделения бетулина из коры березы, включающий экстракцию трихлорэтиленом, прямое ацелирование экстракта и гидролиз диацетатабетулина [1];

- известен способ получения бетулина, заключающийся в том, что бересту предварительно измельчают в водной щелочи и экстрагируют изопропиловым спиртом [10];

-выделение бетулина из коры березы, активированной в условиях взрывного автогидролиза

[6].

Измельчение бересты в водном растворе щелочи является сложным в технологическом плане, так как производится механическим путем и требует больших энергетических затрат. Кроме того, недостатком данного способа является длительность операции извлечения и вследствие этого малая эффективность процесса.Близким по технологической сущности и достигаемому результату является способ получения бетулина из бересты березы, включающий предварительное активирование ее в условиях неизобарногопарокрекинга при температуре 180 – 260oC, давления 2 – 5 МПа в течение 60-360 сек и последующую экстракцию в водно-спиртовой щелочной среде [4].Данный способ характеризуется недостаточной интенсивностью извлечения бетулина из бересты березы, что обусловлено слабым гидролизом в лигноуглеводном комплексе. В основном в момент резкого сброса давления происходит разрыхление бересты в пыль. Для полного же извлечения бетулина необходима еще одна стадия – исчерпывающий гидролиз лигноуглеводного комплекса измельченной бересты с использованием большого количества щелочи (на 3 г активированной бересты берут 20 г щелочи).Техническим результатом является сокращение продолжительности процесса, а также снижение расхода щелочи на стадии гидролиза.Поставленная задача решается тем, что в способе получения бетулина из бересты березы, включающем ее активацию при температуре 180-260oC, давлении 2– 5 МПа в течение 60 – 300 сек, обработку щелочью и экстракцию спиртом, согласно изобретению, активацию бересты березы и ее щелочной гидролиз проводят одновременно, причем щелочь берут в количестве 10 – 20% от веса абсолютно сухой бересты.Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что отличительным от прототипа признаком является проведение активации бересты одновременно с щелочным гидролизом, причем количество щелочи берут в указанных пределах.

Проведение гидролиза бересты совместно с ее активацией в условиях неизобарногопарокрекинга, т.е. при температуре 180– 260oC, давлении 2 – 5 МПа в течение 60 – 360 сек, позволяет провести исчерпывающий гидролиз лигноуглеводного комплекса бересты, что способствует повышению интенсивности извлечения бетулина. Кроме того, отпадает необходимость использования большого количества щелочи при гидролизе в условияхнеизобарногопарокрекинга, так как высокая температура и давление способствуют исчерпывающему гидролизу лигноуглеводного комплекса бересты и при малой концентрации щелочи. Благодаря совмещению стадий активации и щелочного гидролиза сокращается продолжительность извлечения бетулина, т.к. отпадает отдельная стадия обработки щелочью.Технологическую бересту предварительно подвергают активации в условиях неизобарногопарокрекинга в присутствии щелочи, взятой в количестве 5 – 20% от веса абсолютно сухой бересты. Неизобарныйпарокрекинг проводят при давлении 2 – 5 МПа, температуре 180 – 260oC, времени активации 60– 300 сек.Береста березы после проведения неизобарногопарокрекинга в присутствии щелочи представляет собой однородную, сметанообразную массу серого цвета.Гидролизат бересты (после активации в присутствии щелочи) разбавляют спиртом и кипятят в течение 2 м 5 минут, отделяют спиртовой раствор бетулина фильтрованием и концентрируют. Выпавший при этом в осадок бетулин отделяют фильтрованием.Предлагаемый способ позволяет существенно интенсифицировать процесс получения бетулина[7, 8].

В качестве экстрагентов также предлагались алифатические и ароматические углеводороды, спирты Сх-С4, ацетон и хлорсодержащие растворители. Зависимость скорости извлечения бетулина от степени измельчения бересты прослежена в работе [5]. При экстракции сырья с размером частиц 0.15-1.5 мм в течение 5 мин в раствор переходит более 90 % содержащегося в бересте бетулина. Процесс практически не зависит от вида экстрагента (углеводородный растворитель LIAV-20, дихлорметан, метанол, азеотропизопропанол– вода, этанол, азеотроп 2-бутанол-вода, ацетон). При ис­пользовании сырья более грубого помола (0.8-4.0 мм) скорость и полнота извлечения зависят от вида экстрагента, повышаясь в ряду: дихлорметан<изопропанол< 2-бутанол = ацетон < метанол < этанол. В то же время эк­стракция кусковой коры в автоклаве проходит с исчерпывающим извлечением бетулина [5].

Предварительная активация бересты водяным паром в присутствии NaOH (240 °C, 1-3 мин) позволяет сократить время экстракции этанолом и выделить до 97 % от всего содержания бетулина. Наиболее подходящими растворителями для перекристаллизации признаны азеотропыизопропанола ибутанола. Потери бетулина в маточнике составляют 15-17 %. Бетулин высокой очистки можно получить через 3,28-ди-О-ацетат [4].

Выделение бетулина из коры березы Betulapapyfera сублимацией отдельно обсуждается в работеM.-F. Guidoin[13].

Российской компанией «Березовый мир» (г.Москва) создана серия биологически активных добавок на основе экстракта бересты, «БетулаФарм» выпускают группу препаратов: Бетулин, БетулинАнтиокс, БетулинГепато, БетулинИммуно, БетулинСлимКоррект. SNSPharma производит препарат «Бетуал».

В последние годычисло патентов снижается (рисунок). Пик исследований приходится на 2008-2010 годы. Анализ патентной информации, имеющейся на данное время, позволяет сделать вывод, о необходимости более полного изучения и, в особенности, разработки методик анализа и стандартизации суммарного экстракта из внешней коры березы и самого бетулина.

Количество вышедших патентов, посвященных бетулину по годам


Рецензенты:

Компанцев В.А, д.фарм.н., профессор кафедры неорганической, физической и коллоидной химии Пятигорского медико- фармацевтического института – филиала государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Волгоградский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации, г.Пятигорск;

Василенко Ю.К., д.м.н., профессор кафедры биохимии и микробиологии Пятигорского медико-фармацевтического института – филиала государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Волгоградский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации, г.Пятигорск.

 


Библиографическая ссылка

Белякова А.Ю., Погребняк А.В., Погребняк Л.В. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОНЕНТОВ ВНЕШНЕЙ КОРЫ БЕРЕЗЫ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 2-2. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=22657 (дата обращения: 21.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074