Механохимическое получение и модификация природных полифенолов

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 21-13-00046

НазваниеМеханохимическое получение и модификация природных полифенолов

Руководитель Ломовский Олег Иванович, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук , Новосибирская обл

Конкурс №55 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-202 - Химия твердого тела, механохимия

Ключевые слова Химия твердого тела, механохимия, природное сырье, полифенолы, окисление, меланин, лигнин, гуминовые кислоты

Код ГРНТИ31.15.19

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Полифенольные соединения природного происхождения широко используются для повышения продуктивности и экологической чистоты современного агрохозяйства, в рациональном природопользовании, для повышения эффективности применения химических средств защиты сельскохозяйственных растений и животных, создания безопасных и качественных функциональных кормов и продуктов питания. Процессы получения и химической модификации для направленного изменения свойств полифенольных продуктов с научной точки зрения весьма актуальны, но мало исследованы, особенно в отношении механохимических реакций большинства природных полифенолов. Литературные данные о сравнительно изученных (с существенным вкладом авторов проекта) реакциях гуминовых веществ указывают на возможность проведения реакций окисления- восстановления полифенолов в твердой фазе. Обнаружение таких реакций и создание способов управления реакциями на других полифенольных системах позволит заложить основы многих технологических процессов экологически чистой и экономически эффективной переработки малоиспользуемых и неиспользуемых ныне ресурсов природного сырья. Предполагается, что получаемые по механохимической технологии продукты будут обладать определенной степенью окисления и регулируемыми окислительно- восстановительными и адсорбционными характеристиками, что востребовано в производстве продуктов для лечебно- профилактического и функционального питания, в ветеринарных и экологических целях. Основное внимание в проекте будет уделено полифенолам, в том числе меланинам, способы выделения и модификации которых в настоящее время практически не исследованы. При этом на сегодняшний день меланины относятся физиологами и биохимиками к перспективному классу биологически активных веществ. Россия является основным производителем гречихи (60 тыс. тонн в год), при этом на элеваторах образуется примерно равное количество шелухи. Изучение перспектив использования ныне невостребованного ресурса меланинов из шелухи является особо актуальным. Новизна настоящей работы заключается в рассмотрении растительного сырья как порошкового композитного материала и применении к его изучению и переработке подходов и методов из материаловедения, химии и физики твердого тела. Большинство предлагаемых методов хорошо зарекомендовали себя на неорганических системах, синтетических полимерах, органических композитных материалах. В заявляемой работе предлагается учитывать сложное строение растительного сырья, адаптировать существующие методики химии твёрдого тела и получить новые прорывные результаты на стыке наук «химия твёрдого тела – органическая химия», «химия твёрдого тела – пищевая химия», «материаловедение – механохимия – ботаника». Если механохимия гуминовых веществ исследована фрагментарным образом, механохимия лигнинов – в незначительной степени, то механохимия меланинов не исследована вовсе. С точки зрения современной фундаментальной химии, сведения о механизме твердофазных реакций полифенолов ограничены предположениями о возможности деполимеризации за счет реакций гидролиза и разрушения молекул полимера радикальным путем. Сведения о механизме реакции, полученные в проекте при исследовании реакций полифенолов в зависимости от наличия и состава функциональных кислородсодержащих групп, станут физико-химической основой развития технологий переработки природного полифенолсодержащего сырья.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Скрипкина Т.С., Белокозенко М.А., Шацкая С.С., Тихова В.Д., Ломовский И.О. Concentrating rare earth elements in brown coal humic acids by mechanochemical treatment RSC Advances, V. 11, I. 57, P. 36016-36022. (год публикации - 2021)
10.1039/d1ra07228e

2. Бухтояров В.А., Бычков А.Л., Матвеева А.Г., Ломовский О.И. Энергетические аспекты механической обработки целлюлозы Физикохимия растительных полимеров: Мат-лы IX международн. конф. (30 июня-02 июля 2021 г.) – Архангельск: САФУ., С. 45 – 48. (год публикации - 2021)

3. Ломовский И.О., Ломовский О.И. Влияние механохимической обработки на диффузию в процессах экстракции из растительного сырья Физикохимия растительных полимеров: Мат-лы IX международн. конф. (30 июня-02 июля 2021 г.) – Архангельск: САФУ., С. 106 – 109. (год публикации - 2021)

4. Подгорбунских Е.М., Бычков А.Л., Скрипкина Т.С., Ломовский О.И. Изучение физико-химических свойств поверхности природных полимеров Физикохимия растительных полимеров: Мат-лы IX международн. конф. (30 июня-02 июля 2021 г.) – Архангельск: САФУ., С. 173 – 175. (год публикации - 2021)

5. Ломовский И.О., Подгорбунских Е.М., Ломовский О.И. Effect of ultra-fine grinding on the structure of plant raw materials and the kinetics of melanin extraction Processes (год публикации - 2022)

Публикации

1. Скрипкина Т.С., Рожанская О.А., Бычков А.Л., Госсен И.Н., Ломовский О.И. In Situ Application of Mechanochemically Oxidized Lignite for Improving Soil Productivity on the Highway Divider Lawn Water Air Soil Pollut, (2022) 233:239 (год публикации - 2022)
10.1007/s11270-022-05705-7

2. Бычков А.Л., Коптев В.Ю., Захарова В.И., Решетникова П.А., Трофимова Е.Г., Бычкова Е.С., Подгорбунских Е.М., Ломовский О.И. Experimental Testing of the Action of Vitamin D and Silicon Chelates in Bone Fracture Healing and Bone Turnover in Mice and Rats Nutrients, 2022, 14, 1992 (год публикации - 2022)
10.3390/nu14101992

3. Шварцева О.С., Скрипкина Т.С., Гаськова О.Л., Подгорбунских Е.М. Modification of Natural Peat for Removal of Copper Ions from Aqueous Solutions Water, 2022, 14(13), 2114 (год публикации - 2022)
10.3390/w14132114

4. Мамылов С.Г., Ломовский И.О., Ломовский О.И. Modeling of the Transformation of Glucose into 1,6-anhydro-beta-D-glucopyranose Physics and Chemistry of Elementary Chemical Processes : Proceedings of the 10th International Voevodsky Conference. September 5–9, 2022 / Novosibirsk State University. — Novosibirsk: IPC NSU, 2022., С. 222. (год публикации - 2022)
10.25205/978-5-4437-1350-2

5. Мамылов С.Г., Ломовский И.О., Ломовский О.И. Термическое взаимодействие кверцетина и глюкозы. Влияние механохимического воздействия. Квантово-химический расчет маршрутов реакции Фундаментальные проблемы современного материаловедения, Т. 19, № 3. С. 315–325. (год публикации - 2022)
10.25712/ASTU.1811-1416.2022.03.004

6. Матвеева А.Г., Скрипкина Т.C., Бычков А.Л., Ломовский И.О. Механохимия бурого угля: неожиданные корреляции Углехимия и экология Кузбасса: XI Международный Российско-Казахстанский Симпозиум: сб. тез. докл. 4 - 6 июля 2022 г. Кемерово/ ФИЦ УУХ СО РАН. – Кемерово: ФИЦ УУХ СО РАН, 2022., С. 53. (год публикации - 2022)
10.53650/9785902305651

7. Третьякова И.С., Рычков Д.А., Кильметьев А.С., Ломовский И.О. Computational Study of Direct Chemical Phenol Glycosylation Mechanism Physics and Chemistry of Elementary Chemical Processes: Proceedings of the 10th International Voevodsky Conference. September 5–9, 2022 / Novosibirsk State University. — Novosibirsk : IPC NSU, 2022., С. 227. (год публикации - 2022)
10.25205/978-5-4437-1350-2

8. Бычков А.Л., Матвеева А.Г. Introducing Students to Energy-Efficient Mechanochemistry of Biopolymers Journal of Chemical Education, 2022, 99, 7, 2630–2635 (год публикации - 2022)
10.1021/acs.jchemed.1c01164

9. Матвеева А.Г., Бычков А.Л. How to Train an Artificial Neural Network to Predict Higher Heating Values of Biofuel Energies, 2022, 15(19), 7083 (год публикации - 2022)
10.3390/en15197083

10. Пономарёв А.С., Рычков Д.А., Ломовский И.О. Comparison of Different Computational Techniques for Evaluation of Quercitin Conformers XXIII International Conference on Chemical Thermodynamics in Russia. RCCT – 2022. Book of Abstracts. August 22-27, 2022. Kazan, Russia. Издательство: Казанский (Приволжский) федеральный университет (Казань)., С. 125. (год публикации - 2022)

11. Ломовский И.О., Коптев В.Ю., Балыбина Н.Ю., Тихова В.Д., Скрипкина Т.C., Ломовский О.И. Antibacterial activity of polyphenols derived mechanochemically from natural raw materials Журнал Сибирского федерального университета. Химия (год публикации - 2023)

12. Кирьянов А.Д. Экстракция меланина из шелухи гречихи Экология России и сопредельных территорий : Материалы XXV Междунар. экол. студ. конф. / Новосиб. гос. ун-т. – Новосибирск : ИПЦ НГУ, 2022., С. 35. (год публикации - 2022)

13. Юдина Л.И., Скрипкина Т.C., Никифорова У.Э., Ломовский И.О. Peculiarities of sorption of heavy metals by mechanochemically modified natural polyphenols Fundamental Bases of Mechanochemical Technologies. The Book of Abstracts of the VI International Conference “Fundamental Bases of Mechanochemical Technologies”. November 21-24, 2022, Novosibirsk, Russia. – Novosibirsk: ISSCM SB RAS, 2022., С. 152. (год публикации - 2022)

14. Бычков А.Л., Матвеева А.Г., Бухтояров В.А., Подгорбунских Е.М., Ломовский О.И. Ways of Mechanical Energy in Cellulose: A Simple Study Physics and Chemistry of Elementary Chemical Processes: Proceedings of the 10th International Voevodsky Conference. September 5–9, 2022 / Novosibirsk State University. — Novosibirsk : IPC NSU, 2022., С. 33. (год публикации - 2022)
10.25205/978-5-4437-1350-2

15. Ломовский И.О. Влияние механохимической обработки на клеточную структуру и экстракционные характеристики полифенолов растительного сырья Технологии и оборуд-е хим., биотехнол. и пищ. пром-сти: мат-лы XV Всероссийск. научно-практич. конф-ии студентов, аспирантов и молодых ученых с международн. уч-ем (18-20 мая 2022 года, г. Бийск) / Алт. гос. техн. ун-т, БТИ., С. 95-97. (год публикации - 2022)
10.25699/tohbipp.2022.91.25.021

16. Бухтояров В.А., Бычков А.Л., Ломовский О.И. Исследование энергоэффективности механохимического оборудования Технологии и оборуд-е хим., биотехнол. и пищ. пром-сти: мат-лы XV Всероссийск. научно-практич. конф-ии студентов, аспирантов и молодых ученых с международн. уч-ем (18-20 мая 2022 года, г. Бийск) / Алт. гос. техн. ун-т, БТИ., С. 281-284. (год публикации - 2022)
10.25699/tohbipp.2022.65.91.030

17. Бычков А.Л., Матвеева А.Г., Бухтояров В.А., Подгорбунских Е.М., Ломовский О.И. Ways of mechanical energy relaxation in cellulose Fundamental Bases of Mechanochemical Technologies. The Book of Abstracts of the VI International Conference “Fundamental Bases of Mechanochemical Technologies”. November 21-24, 2022, Novosibirsk, Russia. – Novosibirsk: ISSCM SB RAS, 2022., С. 80. (год публикации - 2022)

18. Ломовский И.О., Ломовский О.И. Mechanochemistry of plant materials: overview of the key effects Fundamental Bases of Mechanochemical Technologies. The Book of Abstracts of the VI International Conference “Fundamental Bases of Mechanochemical Technologies”. November 21-24, 2022, Novosibirsk, Russia. – Novosibirsk: ISSCM SB RAS, 2022., С. 79. (год публикации - 2022)

19. Мамылов С.Г., Ломовский О.И. Моделирование энергии системы дисахаридов D-глюкопиранозы и L-рамнопиранозы Фундаментальные проблемы современного материаловедения, Т. 19. № 1. С. 69–76. (год публикации - 2022)
10.25712/ASTU.1811-1416.2022.01.008

20. Белякова Д.А., Бычкова Е.С., Ломовский И.О. Технология инкапсуляции для продуктов функционального назначения с высокой антиоксидантной активностью Технологии и оборуд-е хим., биотехнол. и пищ. пром-сти: мат-лы XV Всероссийск. научно-практич. конф-ии студентов, аспирантов и молодых ученых с международн. уч-ем (18-20 мая 2022 года, г. Бийск) / Алт. гос. техн. ун-т, БТИ., С. 369-373. (год публикации - 2022)
10.25699/tohbipp.2022.74.47.044

Публикации

1. Ломовский И.О., Кирьянов А.Д., Скрипкина Т.С. The Effect of Reverse Sorption on an Extraction Kinetics Melanin Case Processes, 11, 11, 3192. (год публикации - 2023)
10.3390/pr11113192

2. Третьякова И.С., Рычков Д.А., Кильметьев А.С., Ломовский И.О. Computational study of chemical phenol glycosylation mechanism in the gas phase for modeling direct glycoconjugate formation in raw plant material Computational and Theoretical Chemistry, 1225,114182 (год публикации - 2023)
10.1016/j.comptc.2023.114182

3. Мамылов С.Г., Ломовский И.О., Ломовский О.И. КОНСТАНТЫ ДИССОЦИАЦИИ КВЕРЦЕТИНА. КРИВЫЕ ТИТРОВАНИЯ Фундаментальные проблемы современного материаловедения (год публикации - 2024)

4. Агаркин С.А., Ломовский И.О. Макрокинетическое описание процесса механохимической модификации модельного мономера лигнина – коричной кислоты Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокомолекулярных соединений Российской академии наук, Материалы Всероссийской конференции с международным участием «Современные проблемы науки о полимерах». 13-17 ноября 2023. – Санкт-Петербург, 2023. С. 185. (год публикации - 2023)

5. Мамылов С., Ломовский И., Ломовский О. Квантово-химическое моделирование констант диссоциации кверцетина Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова Сибирского отделения Российской академии наук (НИОХ СО РАН), Материалы Всероссийской научной конференции «Современные проблемы органической химии» Новосибирск, 26 - 30 июня 2023 г. – С. 178. (год публикации - 2023)

6. Ильиных Д., Ломовский И. Твердофазное гликозилирование кверцетина. Отработка методики и исследование продуктов Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова Сибирского отделения Российской академии наук (НИОХ СО РАН), Материалы Всероссийской научной конференции «Современные проблемы органической химии» Новосибирск, 26 - 30 июня 2023 г. – С. 126 (год публикации - 2023)

7. Скрипкина Т.С. Ломовский И.О., Ломовский О.И. Механохимическое окисление бурых углей и гуминовых кислот для создания сорбентов и фитобиотиков Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук, Углехимия и экология Кузбасса: XII Международный российско-казахстанский симпозиум: сборник тезисов докладов, Кемерово, 03–06 июля 2023 года. С. 83. (год публикации - 2023)

8. Яновский М.Д., Ломовский И.О. Исследование термической стабильности катехинов зеленого чая при инкапсуляции мальтодекстрином Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокомолекулярных соединений Российской академии наук, Материалы Всероссийской конференции с международным участием «Современные проблемы науки о полимерах». 13-17 ноября 2023. – Санкт-Петербург, 2023. – С. 187. (год публикации - 2023)