Food Processing: Techniques and Technology Food Processing: Techniques and Technology Техника и технология пищевых производств 2074-9414 2313-1748 119331 10.21603/2074-9414-2026-1-2628 HPVGTY ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ ORIGINAL ARTICLE ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ Mechanically Activated Extraction of Bioactive Substances from Populus tremula L. Bark: Yield and Functional Properties Влияние параметров механоактивации на выход и свойства биологически активных веществ коры Populus tremula L. https://orcid.org/0009-0003-6368-9992 Сергун Валерий Петрович Sergun Valery P. https://orcid.org/0000-0001-7257-8838 Шамова Мария Михайловна Shamova Maria M. https://orcid.org/0000-0001-7034-4675 Позняковский Валерий Михайлович Poznyakovsky Valery M. https://orcid.org/0000-0002-1686-0131 Сергеева Ирина Юрьевна Sergeeva Irina Yu. sergeeva.76@list.ru Кемеровский государственный университет Кемерово Россия Kemerovo State University Kemerovo Russian Federation Национальный исследовательский Томский государственный университет Томск Россия Tomsk State University Tomsk Russian Federation Общество с ограниченной ответственностью «БИОЛИТ» Томск Россия LLC BIOLIT Tomsk Russian Federation Кемеровский государственный медицинский университет Кемерово Россия Kemerovo State Medical University Kemerovo Russian Federation Кемеровский государственный университет Кемерово Россия Kemerovo State University Kemerovo Russian Federation 31 03 2026 31 03 2026 56 1 122 134 12 12 2025 03 03 2026 https://fptt.ru/en/issues/24227/24269/

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.

A more efficient extraction of bioactive plant substances is a major biotechnological and pharmaceutical challenge. The composite structure of wood fiber creates a major diffusion barrier to the extraction of valuable secondary metabolites. This research established some reliable correlations between the mechanical activation modes, the structural and physical profile of tree bark, and the bioactive extraction kinetics. The study involved aspen (Populus tremula L.) bark harvested in the Tomsk Region, Russia. The mechanical activation was performed in an AGO-2S planetary mill. At a centrifugal acceleration of 300 m/s2 for 5–10 min, the yield of water-alcohol fractions increased by 9.5–19%; when it was raised to 600 m/s2, the yield increased by 40–44%. The yield of extracted polyphenols reached 34.6% at 1,395 rpm (7–10 min) and 61.5% at 1,820 rpm. The highest yield of salicin occurred at 1,820 rpm for 1–3 min and was between 0.80 ± 0.01 and 1.00 ± 0.02% by weight. A three-minute dispersion of aspen bark at 1,395 rpm increased the share of the carbohydrate component D1080/D1460, alcohol D1140/D1460, carboxyl groups D1280/D1460, -C=C- D1600/D1460, and OH groups D3400/D1460 while the number of alkyl substituents D2920/D1460 and carbonyl groups D1720/D1460 decreased. The mechanical activation of raw material during one-minute grinding at 1,395 rpm raised the antioxidant content to 1.15 ± 0.02 mol/kg and led to the formation of second type inhibitors. When the reactor speed remained 1,820 rpm for 5 min, the increase reached 1.66 ± 0.03 mol/kg, with an induction period of 90 min. The identified patterns of mechanical pretreatment increased the profitability and sustainability of producing valuable bioactive substances from renewable plant raw materials.

 Механоактивация диспергирование экстракция осина кора Populus tremula L. фенилгликозиды салицин полифенолы антиоксиданты Mechanical activation dispersion extraction aspen bark Populus tremula L. phenylglycosides salicin polyphenols antioxidants

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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 Kozhevnikov AYu, Shestakov SL, Sypalova YuA. Lignin: Structural organization and processing prospects. Chemistry of Plant Raw Materials. 2023;(2):5–26. (In Russ.)] https://doi.org/10.14258/jcprm.20230211737 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 Kurkin VA. Relevant aspects of standardisation of plant raw materials and herbal medicinal products containing phenolic compounds. The Bulletin of the Scientific Centre for Expert Evaluation of Medicinal Products. Regulatory Research and Medicine Evaluation. 2022;12(2):127–141. (In Russ.) https://doi.org/10.30895/1991-2919-2022-12-2-127-141 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 Semushkin DN, Ziganshin BG, Semushkin NI, Dmitriev AV, Maksimov II, et al. Methods for intensification of extraction processes biologically active substances from plant raw materials. Vestnik Kurganskoj GSHA. 2023;1: 78–88. (In Russ) https://elibrary.ru/ZXPZCV 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 Nikolaeva IG, Tsibiktarova LP. Mechanical Activation of the Herbal Substances of Potentilla fruticosa and Arctostaphylos uva-ursi Shoots with Additives. Bulletin of Buryat State University. Medicine and Pharmacy. 2024;(3):65–70. (In Russ.) https://doi.org/10.18101/2306-1995-2024-3-65-70 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 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 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 Prosin VM, Borodulin DM, Safonova EA, Golovacheva YaS. Study of the extraction efficiency in various types of apparatus using plant materials of chaga, kopeck root, rose hips. Bulletin of KrasSAU. 2021;(6):170–175 (In Russ.) https://doi.org/10.36718/1819-4036-2021-6-170–175 El-Eskandarany MS. Mechanical alloying: Energy storage, protective coatings, and medical applications. Elsevier. New York: William Andrew; 2020. 441 p. El-Eskandarany MS. Mechanical alloying: Energy storage, protective coatings, and medical applications. Elsevier. New York: William Andrew; 2020. 441 p. 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 Loskutov SR, Shapchenkova OA, Aniskina AA, Pastori Z. Hygroscopic properties of hardwoods. Forestry Bulletin. 2022;26(2):92–102. https://doi.org/10.18698/2542-1468-2022-2-92-102 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 Vardanyan LR, Harutyunyan SA, Torosyan GO. Antioxidant activity of plant raw materials as natural food stabilizers. Food Processing: Techniques and Technology. 2025;55(3):485–495. (In Russ.) https://doi.org/10.21603/2074-9414-2025-3-2586 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 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 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 Lapshin OV, Boldyreva EV, Boldyrev VV. The role of mixing and dispersion in mechanochemical synthesis (review). Journal of Inorganic Chemistry. 2021;66(3):402–424. (In Russ.) https://doi.org/10.31857/S0044457X21030119 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 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 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 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 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 Valeev KV, Ziatdinova DF, Safin RG. Review of research in the field of extraction of biologically active substances from coniferous wood species. Systems. Methods. Technologies. 2024;(4):159–164. (In Russ.) https://doi.org/10.18324/2077-5415-2024-4-159-164 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 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 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 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