Выделение и характеристика фибриллярных белков из отходов сырья животного происхождения

Предложения компании:

НАТУРАЛЬНЫЙ КЕРАТИН

КОЛЛАГЕН КОСМЕТИЧЕСКИЙ

НАТИВНЫЙ ЭЛАСТИН (с десмозинами)

А. И. Сапожникова, И. М. Гордиенко, В. И. Хачиянц, О. В. Овсянкина

Цель данной работы — показать возможность переработки лобашей шкур и выйной связки крупного рогатого скота для получения высокоочищенных препаратов фибриллярных белков — коллагена и эластина, представляющих собой ценное сырье для парфюмерно-косметической промышленности. Коллаген извлекали из предварительно обезволошенных и отмездренных лобашей по стандартной методике. Для выделения эластина, который в силу своих структурных особенностей устойчив к действию химических реагентов, растворяющих фибриллярный коллаген, был использован ряд методических приемов, позволивших не только удалить из соединительной ткани все компоненты, сопутствующие этому белку, но и в конечном итоге солюбилизировать его.

На первом этапе работы был проведен комплексный химический анализ образцов исходного сырья, который заключался в определении содержания влаги, белковых веществ по общему азоту, минеральных и жировых веществ, коллагена по оксипролину, неколлагеновых белков по тирозину, углеводных компонентов по содержанию гексоз, гексозаминов и уроновых кислот (табл. 1).
Таблица 1. Химический состав лобашей шкур и выйной связки крупного рогатого скота (в % от сухого остатка)

Вид сырья

Кол-во образцов

Жир

Зола

Общий азот

Белковые в-ва

Гексозамины

Уроновые кислоты

Эластин

Гексозы

Оксипролин

Коллаген

Тирозин

НБК*

Лобаши

5

10,46±0,44

1,25±0,05

15,13±0,012

85,05±0,067

0,737±0,079

1,45±0,18

1,05

0,569±0,022

10,79±0,48

80,49±0,36

0,67±0,025

3,51±0,029

Выйная связка

5

1,15±0,09

0,62±0,04

16,51±0,018

92,8±0,10

4,06±0,53

15,78

1,15±0,34

0,91±0,008

6,79±0,06

0,47±0,016

10,23±0,039

* Неколлагеновые белковые компоненты

Как видно из табл. 1, химический состав лобашей представлен различными компонентами. Наиболее высокий удельный вес занимают белковые вещества. Содержание неколлагеновых белков в данном виде сырья незначительно. Помимо белка в лобашах удается обнаружить и углеводные компоненты, представленные гексозами, гексозаминами, уроновыми кислотами. Их содержание невелико. Что касается выйной связки, то в ней содержится меньше жировых и минеральных веществ по сравнению с лобашами, а процент белковых веществ в данном виде сырья намного выше.

Соотношение белковых компонентов в выйной связке несколько иное, чем в лобашах. Углеводов в выйной связке, несмотря на отсутствие гексозаминов, обнаруживается больше.

Анализ данных табл. 1 свидетельствует о том, что суммарный процент коллагена и неколлагеноых белков меньше, чем количество общего белка как в том, так и в другом виде сырья. По всей вероятности, эта величина характеризует количество эластина, содержащегося в исследуемых образцах. Наибольший процент эластина присутствует в выйной связке, в лобашах количество его весьма незначительно.

Следующий этап работы заключался в выделении и детальной химической характеристике чистых препаратов основных фибриллярных белков — коллагена и эластина. Для каждого анализа использовали по пять образцов. Использование метода интенсивной щелочно-солевой обработки лобашей с последующим растворением очищенного от примесей коллагена в уксусной кислоте позволило получить препарат коллагена, характеристика которого представлена в табл. 2.
Таблица 2. Химический состав коллагена, выделенного из лобашей крупного рогатого скота

Анализируемые показатели

Содержание коллагена, % от АСВ*

Жировые вещества

Минеральные вещества

0,01 – 0,03

Общий азот

17,52 – 17,75

Белковые вещества

98,50 – 99,78

Оксипролин

13,2 – 13,4

Коллаген

98,47 – 99,96

Тирозин

0,3 — 0,4

НКБ

Гексозы

0,36 – 0,44

Уроновые кислоты

*АСВ – абсолютно-сухое вещество

Анализ данных табл. 2 свидетельствует о том, что использованные методические подходы позволяют получить из лобашей достаточно хорошо очищенный препарат коллагена. Для выделения и очистки эластина образцы выйной связки автоклавировали, что позволило удалить все сопутствующие эластину компоненты, в том числе и коллаген.

Результаты опытов по сравнительной оценке влияния жидких сред, в которых проводили автоклавирование, на степень чистоты эластина представлены в табл. 3. Исследовали по пять образцов.
Таблица 3. Химический состав эластинов, выделенных с помощью различных вариантов автоклавирования (в % от сухого остатка)

Условия обработки

Жир

Азот

Белок

Оксипролин

Тирозин

Уроновые кислоты

НКБ

Гексозы

Автоклавирование в воде

0,37±0,05

17,51±0,014

98,40±0,074

следы

0,90±0,018

3,30±0,041

16,36±0,027

0,66±0,024

Автоклавирование в 0,1Н NaOH

0,28±0,03

17,72±0,021

99,60±0,12

следы

0,80±0,022

0,90±0,008

14,60±0,034

0,258±0,062

Как видно из табл. 3, содержание влаги в образцах выйной связки после автоклавирования в щелочной среде выше, чем в водной, что объясняется разрыхляющим действием гидроксида натрия на структуру и болеее интенсивным поглощением влаги.

Содержание общего белка в образцах после автоклавирования увеличивается, что свидетельствует об уменьшении содержания неэластиновых примесей — гликопротеинов, протеогликанов, коллагена. Уровень белковых веществ в препарате эластина, полученном после щелочного автоклавирования, на 1,2% выше, чем после автоклавирования в воде. Другими словами, щелочь способствует более полной очистке нерастворимого эластина от сопутствующих соединительнотканных биополимеров. В пользу этого говорит и обнаружение следовых количеств оксипролина в образцах после автоклавирования; коллаген в препарате эластина полностью отсутствует, а микроколичество оксипролина является составной частью эластина.
Было установлено, что разрушающему действию в результате как щелочного, так и водного автоклавирования подвергаются не только белковые, но и углеводные компоненты. Так, содержание гексоз при автоклавировании в воде снижается по сравнению с исходным сырьем в 1,7 раза, а в щелочи — в 4,5 раза, а уроновых кислот — в 1,2 и 4,4 раза соответственно.

Полученные нами результаты по содержанию углеводных компонентов в очищенных препаратах эластина хорошо согласуются с литературными данными, согласно которым гексозы, уроновые кислоты, входящие в состав эластина, выполняют роль мостиков, связывающих полипептидные единицы гипотетической модели молекулы эластина. Эти данные, а также отсутствие в препарате гексозаминов служат косвенным подтверждением того, что выделенный нами препарат нерастворимого эластина обладает достаточно высокой степенью чистоты.

Особый интерес для нас представлял подбор реагентов, условий, режимов, позволяющих солюбилизировать эластин. Результаты опытов по растворению эластина приведены в табл. 4.

Таблица 4. Расчет выхода растворенного эластина при различных вариантах обработки

Варианты обработки

Масса образца, г.

Содержание сухого остатка в образце

Содержание белковых в-в в сухом остатке исходного сырья

Масса полученного раствора, г.

Содержание сухого остатка в растворе

Содердание белковых в-в в сухом остатке р-ра

Выход белка, %

%

г

%

г

%

г

I

90

32,90

98,20

29,05

600

5,10

30,86

96,20

29,69

96,10

II

90

33,40

97,70

29,31

605

5,00

30,75

95,90

29,49

95,9

III

90

31,50

97,30

30,65

608

5,20

31,62

95,30

30,13

95,29

IV

90

30,60

97,10

34,46

615

4,90

30,14

94,50

28,48

94,49

Как видно из табл. 4, наибольший выход растворенного эластина отмечен при использовании 1 варианта обработки. Использование других вариантов понижает выход белка.

Солюбилизированный эластин представляет собой взвесь из мелких частиц. Его можно разделить на две фракции, используя 10%-ную трихлоруксусную кислоту. Фракция, выпадающая в осадок, по коацерватному типу, по всей вероятности, представляет собой эластин.

Характеристика химического состава эластина представлена в табл. 5. Каждый компонент исследовали в пяти образцах.

Таблица 5. Химический состав эластина

Показатели

Содержание, % от АСВ

Азот

17,53 – 17,6

Общий белок

98,50 – 98,90

Оксипролин

Тирозин

0,20 – 0,40

Гексозы

0,30 – 0,35

Уроновые кислоты

0,40 – 0,50

АСВ – абсолютно сухое вещество

Как видно из табл. 5, в солюбилизированном эластине содержится более 98% белка, что свидетельствует о высокой степени чистоты полученного препарата. Углеводные компоненты, обнаруженные нами в препарате, являются, по-видимому, неотъемлемой частью этого белка, что соответствует литературным данным.

На завершающем этапе исследований нами были наработаны опытные партии коллагена и эластина и переданы на апробацию во Всесоюзный научно-исследовательский институт синтетических и натуральных душистых веществ, где были использованы в качестве добавок к питательному крему.

Результаты апробации свидетельствуют о целесообразности переработки лобашей шкур и выйной связки крупного рогатого скота в коллагеновую и эластиновую субстанции для нужд парфюмерно-косметической промышленности.

Другие статьи раздела «Структура и переработка биополимеров» расположены здесь..

Комментирование закрыто.

Комментирии закрыты