XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Изучение свойств бересты для применения в современных условиях

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Васькова В.А. 1

---

1МБОУ Гимназия 22 г. Барнаула

Вострикова А.Н. 1

---

1МБОУ «Гимназия № 22 г. Барнаула

Работа в формате PDF

706.5 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

На Руси изделия из бересты использовались когда-то повсеместно! Из бересты делали шкатулки для хранения продуктов, ценных вещей и документов, украшения, посуду и предметы быта. Сейчас берестяные изделия перестают появляться в обиходе обычных людей. Так, вместо старорусских туесков пользуются пластиковой посудой. А ведь учеными уже давно доказан вред пластика!

Актуальность темы: береста – материал, который с древних времен в России считается общедоступным и обладает полезными свойствами, а с развитием современной науки, может найти более широкое применение. Популяризация использования бересты может поспособствовать продолжению исторических традиций нашего общества.

Цель исследования – комплексное исследование бересты березы повислой для обоснования возможности использования ее в современных условиях с учетом исторических традиций нашей страны. Задачи исследования:

• Исследовать бересту березы и ее свойства.

• Проанализировать доступность получения бересты.

• Проанализировать физические и химические свойства бересты.

• Получить сухой экстракт из бересты и исследовать его биологическую активность.

• Провести анкетирование.

• Обобщить полученные данные и разработать проект.

Объект исследования: береста как природный материал. Предмет исследования: свойства бересты. Методы исследования: описание, наблюдение, сравнение, обоснование, анкетирование, научный эксперимент.

В работе исследованы работы отечественных и зарубежных ученых, данные периодических научных журналов, публицистические и архивные материалы.

Гипотеза: береста обладает уникальными свойствами, которые позволяют использовать ее в современных условиях в новых областях с учетом исторических традиций нашей страны.

Научная новизна выражена в комплексном исследовании бересты и ее свойств, популяризации знаний о бересте среди моих одноклассников, проведении научных наблюдений и экспериментов в целях создания новых продуктов из бересты и (или) улучшении свойств продуктов с использованием бересты. Практическая значимость исследования состоит в том, что представленный в данном проекте теоретический материал может быть использованы учителями и учениками как в учебной, так и во внеурочной деятельности. Полученные в результате нашего исследования данные могут быть использованы при создании новых изделий и продуктов с использованием бересты. Срок работы над проектом:8 месяцев.

II. Исследовательская часть

2. 1. Береза как биологический вид

Береза (betula) - род листопадных деревьев и кустарников семейства березовых, произрастающих преимущественно в умеренных и холодных поясах Северного полушария, достигающих в высоту до 25 (45)м [2, 3].

На территории России береза является третьим (после лиственницы и сосны) деревом и первым лиственным деревом по степени распространения. В России произрастает более 100 видов берез. Самые распространенные виды березы – повислая и пушистая [2, 3, 11].

Обычно у березы высокий плотный ствол, достигающий диаметра от 12 до 50 см. Кора березы обычно гладкая, покрыта берестой. Чаще всего она белая, слегка желтоватая. На коре березы можно заметить черные точки (линии, прожилки) – чечевички. Предназначение чечевичек – газообмен. Через чечевички к стволу дерева проникает воздух. Зимой они замуровываются более плотными клетками (в это время дерево спит и почти не дышит), а весной, когда они снова открываются. Береза обильно покрыта листвой. Листья достигают длины до 7 см, ширины – до 4 см, цельные, гладкие. Молодые листья березы клейкие. Размножается береза семенами и порослью. Кроме того, березу можно вырастить из черенка с почками [11].

Семена березы созревают в сережках (соцветиях), которые развиваются из почек растений. Семена образуются ежегодно, начиная с десятого года жизни березы. Серёжки у дерева есть мужские и женские. Плоды березы (сплюснутый орешек с перепончатыми крылышками) опадают (осень-зима), и весной, попадая в грунт, прорастают. Поросль березы образуется из спящих почек, расположенных на корневой шейке ствола [2, 3, 11].

Средняя продолжительность жизни березы – от 100 до 150 лет. Береза – неприхотливое дерево, быстро растет и восстанавливается от повреждений [6].

2. 2. Береста: понятие, способы заготовки

Береста - это наружная часть коры березы, состоящая из легко отделяемых друг от друга тонких полупрозрачных гладких слоев разного цвета – от белых (у большинства видов березы) до почти черного (у березы Шмидта) [3]. Самой ценной считается однородная по текстуре береста с тонкими чечевичками [7].

Слои бересты нарастают ежегодно. Самые старые слои бересты расположены снаружи, более молодые – ближе к стволу. По количеству слоев бересты возможно определить возраст дерева. Сами слои могут иметь отличия в окрасе из-за разных погодных условий в течение жизни дерева [2, 3, 11].

Береста относится к недревесным лесным ресурсам. Этот ресурс возобновляем, при условии правильного сбора бересты со здорового дерева (за исключением метода снятия сколотня) [10].

Заготовку бересты лучше производить с середины июня до середины июля, так как в это время происходит сокодвижение, кора хорошо отслаивается от ствола и дерево имеет возможность до осени восстановить поврежденные слои бересты. При этом опытные мастера накануне заготовки бересты делают пробы на дереве (легко ли отделяется береста), отслеживая наиболее благоприятный период снятия [10, 13].

При заготовке бересты важно руководствоваться правилом о бережном отношении к природе, не навредить дереву и дать ему возможность восстановиться. Мастер по бересте А.Гурин пишет о том, что с дерева, диаметром около 25 см, высотой 20 метров им введена практика снятия не более одного листа бересты размером 60 на 60 см. Это необходимо для того, чтобы не дать дереву погибнуть и щадяще относится к природе. Им проведены наблюдения за прежними участками снятия березовой коры – такие места сначала имеют цвет бересты, затем такое место темнеет, чернеет и зарастает грубой черной коркой [10].

В зависимости от целей использования бересты, мастерами используется три основных способа ее снятия (заготовки):

1. Заготовка лентой (клубком). Ножом-косячком делается вертикальный надрез на стволе длиной 3-4 см. Береста снимается по спирали деревянной лопаткой до нужной длины. Ленты складываются в клубок.

2. Заготовка пластом. Ножом-косячком делается вертикальный надрез на стволе длиной 40-60 см. Разрез выполняется между чистой и заросшей лишайником частью коры. Далее деревянной лопаткой отделяется береста от луба вдоль произведенного разреза.

3. Снятие бересты сколотнем (берестяной цилиндр). В этом случае береста снимается со ствола целиком. Применяется только к поваленным деревьям. Ствол распиливают на части по принципу – высота распиленной части должна превышать диаметр ствола в 1.5-2 раза. Специальным деревянным молотом отбивают кору по периметру. В распил более тонкого кольца вставляют деревянный клин, проволоку и постепенно отслаивают бересту. С помощью деревянного молота окончательно выбивают ствол [10, 13].

2. 3. Свойства бересты и ее применение

Опыт использования бересты исчисляется веками, что говорит о ряде её уникальных свойств, которые до настоящего времени до конца не исследованы учеными. На наш взгляд, условно свойства бересты можно разделить на 2 категории:

1. Физические свойства.

   • Прочность.

   • Эластичность и гибкость.

   • Пластичность.

   • Гидро- и теплоизоляция.

   • Малый удельный вес.

   • Гигроскопичность.

   • Легкое воспламенение.

2. Химические свойства.

   • Бактерицидность.

   • Антисептик.

   • Природный консервант.

Издавна береста использовалась в быту. Природные свойства бересты позволяли изготавливать посуду, домашнюю утварь, сосуды для хранения пищи. В них продукты не портились. Крестьяне заметили, что сделанные из нескольких слоев бересты изделия сохраняют температуру содержимого. Благодаря антисептическим свойствам в берестяной посуде долго хранится сметана, масло, рыба, мясо, грибы, орехи, ягоды, а хлеб остаётся свежим и мягким. С учетом легкости материала изготавливали корзины для похода в лес за ягодами и грибами, сумки для продуктов [10].

Бересту использовали при рыбалке и охоте. Ею обшивали рыбацкие лодки, делали поплавки и иные рыбацкие принадлежности. К верхней тетиве ставной сети привязывали в виде поплавков трубочки из бересты длиною в 2-3 вершка – «кибрюшки», а к нижней тетиве – грузило, представлявшее собой небольшой камень, обертываемый берестой разными способами, называемый «кибас». Порох хранили в берестяных шкатулках [13].

Береста использовалась в строительстве. Бересту подкладывали под нижний венец сруба дома, а также в другие «сырые» места, с целью уберечь древесину от конденсата и предотвратить гниение. Берестяные маты использовали для монтажа крыш [13, 14].

С древних времен (11-15в) на Руси использовались берестяные грамоты. Это листы березы размером от 15 до 40 см в длину и до 8 в ширину, на которых острым стержнем писали тексты. Берестяные грамоты – это письма, долговые расписки, официальные акты, литературные произведения, научные записи. Найденные берестяные грамоты свидетельствуют о высоком уровне образованности населения Древней Руси [10].

Из бересты изготавливалась обувь и одежда. Крестьянские лапти были основной доступной обувью на Руси. Разновидности лаптей отличались внешним видом и способом плетения (прямой, косой и смешанный тип). Северные поморы и народы Сибири и Дальнего Востока владели техникой обработки бересты, в результате чего она приобретала свойства кожи. Из такой бересты плели и шили одежду [14].

Береста использовалась в медицине. С помощью бересты лечили болезни суставов, нервной и мочевыводящей систем, снимали головные боли и нормализовали давление. Толченую бересту наносили на раны, чтобы предотвратить гниение. Распаренную бересту применяли при переломах костей как гипс. Отвар березовой коры и сейчас используют как жаропонижающее и мочегонное средство при простудных заболеваниях, желтухе; наружно – как ранозаживляющее и дезинфицирующее средство [7].

В 1788 г. российский химик Т.Е. Ловиц путем преобразования с помощью химических веществ выделил из коры березы соединение белого цвета, имеющее колоссальный лечебный эффектв ожоговой области и незначительных поверхностных ран. В 1831 г. вещество получило свое имя «Бетулин», что в переводе означает «береза» [1]. Другое известное название бетулина—березовая камфара. Сегодня бетулин находится под пристальным вниманием ученых. Лабораторные исследования выявили эффективность экстракта березы в борьбе с онкологией, заболеваниями почек и мочевыводящей системы, заболеваниями печени, нервной системы, была доказана противовирусная эффективность бетулина [7, 9].

Бетулин – это кристаллическое органическое вещество, белое смолистое соединение, которое заполняет полости клеток пробковой ткани на стволах березы и придает ей белую окраску [1, 4, 5, 9]. Если провести рукой по стволу березы, то рука незначительно окрасится в белый цвет. Это бетулин.

Итак, береста, являясь доступным материалом в России, обладает рядом полезных свойств, до конца не изученных человеком.

3. Практическая часть¹

   1. Эксперимент с размножением березы

П оскольку источником бересты является непосредственно береза, нами проведен эксперимент по размножению березы повислой.

Саженец березы повислой подготовили для посадки в открытый грунт. Выбрано место с учетом размещения корневой системы взрослого дерева. Саженец посажен и полит. Саженец принялся, появились побеги и новые листья.

Собрали сережки березы повислой, просушили. Вынули семена. Посадили семена в грунт, поливали. Семена дали всходы. Появились листочки.

С ветки повислой березы срезан черенок длиной 40 см. Черенок очищен, помещен в пластиковую бутылку с водой. Появилась плесень в воде, черенок высох.

Вывод: береза повислая легко может размножаться порослью и семенами. Выявлено, что в этих случаях береза повислая в росте не прихотлива, в особых условиях не нуждалась (стабилизаторы роста, удобрения, свет/тень и др.). Метод размножения черенками трудоемок и у нас не удался.

3. 2. Физические свойства бересты

П рочность. Бересту пробовали разорвать с помощью физической силы. Поверхность бересты не изменилась. На кусок бересты налили хлор-содержащее средство. Оставили на 15 минут. Промыли. Поверхность бересты не изменилась. Вывод: береста выдерживает нагрузки и воздействие агрессивных сред.

Э ластичность, гибкость, пластичность. Кусок очищенной бересты поместили в кипяток. Береста скрутилась. При этом ее легко было раскрутить и придавать различные формы. Вывод: береста легко принимает нужную форму и поддается обработке.

Г игроскопичность. В стакан поместили 40 мл воды и несколько кусков бересты. Через час бересту извлекли. Измерили количество воды - 30 мл. Вывод: Береста способна впитывать и удерживать влагу.

Т еплоизоляция. Поместили одну порцию льда в пластиковый контейнер, вторую – в туесок. Накрыли крышкой. Оставили на 30 минут. Через 30 минут в пластиковом контейнере лед наполовину растаял. Вывод: в берестяных изделиях температура продукта сохраняется дольше.

Малый удельный вес. Взвесили одинаковые по объему контейнер из пластика и их бересты. Изделие из бересты (83 гр) легче пластикового контейнера (115 гр). Вывод: береста – легкий материал.

3. 3. Химические свойства бересты

Эксперимент получение бетулина в домашних условиях

Бетулин имеется в свободной продаже под разными торговыми марками и в разной концентрации. Нами был приобретен Бетулин (90% и более степени очистки) производителя ООО «Формула здоровья», г. Тюмень, который будет применен в дальнейших опытах.

В домашних условиях мы решили получить бетулин методом гидролиза (расщепление молекул за счет реакции с молекулами воды) [5]. В чашу скороварки выкладываем подготовленную бересту, добавляем соду и заливаем спиртом, ставим на 2 часа. Результат: в осадке получилось вещество белого цвета, предположительно бетулин.

Эксперимент «Бактерицидные и антисептические свойства бересты»

Опыт 1. 4 куска свежего хлеба с исследуемыми веществами помещаем в 4 пластиковых контейнера. Наблюдаем за контейнерами. В контейнере с хлебом появилась обильная плесень черного цвета. В контейнерах с берестой и бетулином хлеб практически без изменений, с домашним бетулином - появилось небольшое количество плесени черного цвета.

Опыт 2. 4 куска заплесневелого хлеба с исследуемыми веществами помещаем в 4 контейнера, закрываем пленкой. Наблюдаем за контейнерами. На 4 день в контейнере с заплесневелым хлебом плесень выросла по всей поверхности, а контейнерах с берестой и бетулином в местах скопления бетулина роста плесени не наблюдалось.

Вывод: бетулина и береста способны ослаблять действие патогенных и болезнетворных микроорганизмов, подавлять рост микроорганизмов.

Эксперимент «Береста – природный консервант»

Опыт «Домашний йогурт с бетулином»

Взяли 2 стакана домашнего йогурта. В 1 стакан добавили одну чайную ложку бетулина, размешали. Оставили стаканы при комнатной температуре. Вывод: сравниваемые образцы не имеют отличий по вкусовым качествам, при этом йогурт с бетулином сохраняется дольше.

Опыт «Домашний кекс с бетулином»

Приготовили домашние кексы с бетулином и без. Вывод: сравниваемые образцы не имеют отличий по вкусовым качествам, при этом домашний кекс с бетулином сохраняется дольше.

Сравнительный анализ использования пищевых консервантов в продукте «кекс», реализуемых на территории Алтайского края показал, что производители в большинстве случаев используют консерванты Е200 и Е202 (сорбиновая кислота и сорбат калия). Между тем, сорбиновая кислота: при контакте со слизистыми оболочками и кожными покровами может вызывать зуд, покраснение, вызвать разрушение витамина В12 в крови, а сорбат калия: в чистом виде - провоцировать раздражение кожных покровов и слизистых оболочек. Бетулин: не обладает кожно-раздражающими свойствами.

3. Заключение

Береста - это наружная часть коры березы, состоящая из легко отделяемых друг от друга тонких полупрозрачных гладких слоев разного цвета.

Береста в России всегда являлась доступным материалом, поскольку в нашей стране высокая площадь распространения березовых лесов. Этим объясняется повсеместное использование изделий из бересты в быту населения с древних времен. В России сложилась особая культурная привязанность к изделиям из бересты, выработались особые методы ее обработки. Береза стала являться неофициальным символом России. А берестяные изделия, например, берестяной туесок, олицетворяются с традиционной русской утварью.

Вместе с тем, в ходе анкетирования трех возрастных групп, было выявлено, что постепенно, от старшего поколения к младшему, знания о бересте утрачиваются, изделия из бересты все реже используются в быту, а о новых способах применения бересты практически никто не знает.

Между тем, береста все также остается доступным и распространенным, универсальным материалом, который может быть использован для изготовления предметов бытового назначения, в творчестве, в медицине.

Кроме того, береста обладает полезными свойствами. Береста – прочный, гибкий, гигроскопичный и пластичный материал, обеспечивающий гидро- и теплоизоляцию, при этом, обладающий малым удельным весом и возгорающийся даже во влажном виде. В ходе опытов физические свойства бересты были нами подтверждены. Все эти свойства позволяют широко применять бересту в разных направлениях.

Также береста обладает бактерицидностью, антисептическими свойствами и является природным консервантом. Такие свойства, с учетом новых технологий, открывают широкие перспективы в использовании бересты в разных областях, таких, как медицина, пищевая промышленность, и т.д.

И действительно, ученые смогли выделить экстракт коры березы. Бетулин – это кристаллическое органическое вещество, белое смолистое соединение, которое заполняет полости клеток пробковой ткани на стволах березы и придает ей белую окраску. Можно сказать, что бетулин – это сухой концентрат бересты, обладающий всеми ее химическими свойствами. В современных лабораториях проводят научные эксперименты по исследованию бетулина и выработке перспектив его применения.

Мы попробовали выделить бетулин из бересты в домашних условиях методом гидролиза. Полученный порошок не обладал в полной мере свойствами бетулина, изготовленного в промышленных условиях, возможно из-за низкой концентрации. Но в ходе опытов на проверку химических свойств бересты, показывал практически сходные характеристики с фабричным аналогом (приостанавливал действие болезнетворных бактерий).

Мы выяснили, что бетулин в настоящее время практически не используется в пищевой промышленности. Однако обладая свойствами природного консерванта, может явиться природной альтернативой существующим химическим консервантам, опасным для здоровья.

Береста – уникальный природный материал, обладающий широким спектром применения, имеющим свойства, до конца не изученные человеком, глубоко связанный с русскими народными традициями. Поэтому я считаю, что традиции, связанные с использованием бересты необходимо возрождать, а свойства бересты изучать дополнительно с целью поиска новых способов ее использования.

В частности, считаю необходимым:

1. Обеспечить возобновимость бересты путем высадки березовых лесов. Усовершенствовать процедуру заготовки бересты, ее доступность.

2. Ввести курс обучения технике работы с берестой в рамках образовательных программ (возможно на уроках труда (технологии)).

3. Обеспечить бюджетное финансирование, гранты в целях поддержки развития профессии «Мастер по бересте» и популяризации берестяного промысла.

4. Использовать бетулин в пищевой и фармакологической промышленности.

Только при комплексном подходе к получению и освоению бересты, передачи знаний об исконно русском материале из поколения в поколение мы сможем эффективно и разносторонне использовать такой природный ресурс, как береста.

Список использованной литературы:

1. Абышев, А. З. Исследование химического состава экстракта коры березы Cortex Betula сем. Betulaceae // Химико – фармацевтический журнал. – 2007. – Т. 41. – №8. – С. 22 – 26.

2. Большая русская энциклопедия 2004-2017 / А. Скворцов // http old.bigenc.ru

3. Большая Российская энциклопедия: В30 т./Председатель Науч.- ред. Совета Ю.С. Осипов. Отв. ред. С.Л. Кравец. Т.3. «Банкетная кампания» 1904 – Большой Иргиз. – М.: Большая Российская энциклопедия, 2005. – 767 с.

4. Воробьева О.А., Малыгина Д.С., Соловьева А.Г., Беляева К.Л., Грубова Е.В., Мельникова Н.Б.. Антиоксидантные и прооксидантные свойства производных бетулина // Биорадикалы и Антиоксиданты. - Том 5, №4. - Нижний Новгород. – 2018.

5. Гиндулин, И. К. Выделение бетулина и синтез его производных: учебно-методическое пособие. – Екатеринбург : УГЛТУ, 2021. − С. 5-29.

6. Грин, Н. Биология: в 3 т. / Н. Грин, У. Стаут, Д. Тейлор / Пер. с англ. Е.Р. Наумовой, М.С. Морозовой, О.В. Протасовой. – М.: Мир, 1996. – Т. 1. – 368с.

7. Кочев М.С. Секреты бересты. –М.: Профиздат, 2009. – 80с.

8. Лазарев А.В. Плетение лозой, соломой, берестой, рогозом. ООО «Аделант», 2004. 192с.

9. Лигостаева, Ю. В. Фармакогностическое исследование бересты и перспективы ее использования в медицине: Автореф. дис… канд. фарм. наук: 14.04.02 / Ю.В. Лигостаева. – Новосибирск, 2015. – 20 с.

10. Махнюк В.Г. Береста: Техника. Приемы. Изделия: Энциклопедия. – М.: АСТ-ПРЕСС КНИГА. – 168с.

11. Определитель растений Алтайского края / И. М. Красноборов – Новосибирск: Изд – ВО СО РАН, филиал «Гео», 2003. – 634с.

12. Пимакина В.А., Бурцева Д.С., Гиндулин И.К. Применение бетулина в микробиологии // Электронный архив Уральского государственного лесотехнического университета. – Екатеринбург.- 2023.

13. Ускова Ф. Береста. Русское золото. –М.: Профиздат, 2010 – 88с.

14. Финягин В.В. «Изделия из бересты. – М.: ООО «Издательство Астрель»: ООО «Издательство АСТ», 2003. – 126с.