CC BY
16
УДК 544.023.5
ОЦЕНКА НЕКОТОРЫХ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ГИДРОЛИЗАТОВ КЕРАТИНСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ, ПОЛУЧЕННЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИДРОКСИДА НАТРИЯ
©2022 К. О. Ахмедова1, Е. Н. Розанова2, В. М. Жмыхов3
1магистр 1 курса направления подготовки Химия, e-mail: ahmedovakseniy @ yandex. ru 2кандидат химических наук, доцент кафедры химии e-mail: rozanova.lena2012 @yandex.ru 3кандидат химических наук, ИП e-mail: merfy46@ gmail. com
Курский государственный университет
С использованием турбидиметрического метода определены некоторые физико-химические параметры белоксодержащих гидролизатов, полученных в лабораторных условиях путем щелочного гидролиза твердого кератина - рогокопытного сырья. Приведены характеристики дисперсности белоксодержащих гидролизатов и белковых молекул.
Ключевые слова: кератинсодержащее сырье, рогокопытное сырье, щелочной гидролиз, физико-химические параметры, размеры частиц, степень дисперсности, характеристики белковых молекул.
EVALUATION OF SOME PHYSICO-CHEMICAL PARAMETERS OF KERATIN-CONTAINING RAW MATERIAL HYDROLYSATES OBTAINED
USING SODIUM HYDROXIDE
©2022 K. O. Akhmedova1, E. N. Rozanova2, V. M. Zhmykhov3
1 master of the 1st year of the Chemistry course e-mail: ahmedovakseniy @yandex. ru 2 Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor of the Department of Chemistry
e-mail: rozanova.lena2012 @yandex.ru 3 Candidate of Chemical Sciences, IP e-mail: [email protected]
Kursk State University
Using the turbidimetric method, some physicochemical parameters of protein-containing hydrolysates obtained in laboratory conditions by alkaline hydrolysis of solid keratin - the raw material of the test were determined. The characteristics of the dispersion of protein-containing hydrolysates and protein molecules are given.
Keywords: keratin-containing raw materials, raw materials, alkaline hydrolysis, physico-chemical parameters, particle sizes, degree of dispersion, characteristics of protein molecules.
В качестве объектов изучения физико-химических параметров использовались гидролизаты, которые представляют собой коллоидные растворы, содержащие остатки
прогидролизованного твердого кератина рогокопытного сырья (РКС) и составные части растворенного щелочного агента - гидроксида натрия.
Вторичные белковые отходы, в число которых входит и рогокопытное сырье, являются одним из основных источников животного белка. РКС представляет собой рога и копыта мелкого и крупного скота; его основной частью является белок -кератин. Кератины являются наиболее распространенными белками в эпителиальных клетках позвоночных. Белковые цепи плотно упакованы либо в а-спираль (а-кератины), либо в Р-лист ф-кератины), которые впоследствии складываются в окончательную трехмерную форму. Данный структурный фибриллярный белок сгруппирован в жесткие (перо, волосы и ногти, копыто) и мягкие (кожа и мозоли) структуры в зависимости от содержания серы. Эти белки относятся к классу соединений, которые характеризуются высокой устойчивостью к действию физических, химических, биологических агентов [4; 5].
Кератины менее устойчивы к действию щелочей, растворимость кератина в щелочи зависит от ее концентрации, длительности обработки и температуры. При воздействии щелочей кератин подвергается изменениям, связанным с гидролизом дисульфидных связей, которая довольно быстро разрушается [2].
Свойства белковых растворов определяются большими размерами молекул. Известно, что молекулы белков, находящиеся в растворах в виде клубка, стремятся к сферической форме, размер сферы связан с величиной молекулярной массы. Размер и форма макромолекулы влияют на ее движение в растворе, а в промышленных условиях при переработке растворов высокомолекулярных соединений размеры клубков макромолекул в растворах очень важны в плане гомогенизации, очистки, фильтрования биополимеров. Известно, что в растворах практически все молекулы белка после воздействия деструктирующих факторов приобретают форму статистического клубка, при этом возникает межфазная поверхность, то есть система становится гетерогенной. Растворы высокомолекулярных соединений, в том числе и белка, подобно коллоидным растворам, способны рассеивать падающий свет, а также избирательно поглощать световые лучи [1; 3].
Эксперименты проводились на базе кафедры химии Курского государственного университета. Для характеристики изучаемых гидролизатов, полученных щелочным гидролизом твердого кератина РКС в лабораторных условиях, были выбраны такие физико-химические параметры, как объём (V), масса (т), радиус (г), молекулярная масса (М), степень дисперсности (Д) гидролизованных частиц, входящих в состав гидролизатов. В эксперименте был использован турбидиметрический метод определения размеров частиц. Все составы были исследованы на спектрофотометре «^-1800» фирмы 8И1МЛВ2и.
Как показали результаты исследования гидролизатов рогокопытного сырья, турбидиметрический метод с использованием УФ спектрофотометра позволил для большинства анализируемых составов определить выбранные физико-химические параметры по эмпирическим уравнениям Геллера.
Результаты проведенных расчетов для белоксодержащих гидролизатов, в составе которых в качестве гидролизующего агента выступал гидроксид натрия, представлены в таблице 1.
Оценка кератинс о держащего
Ахмедова К. ОРозанова Е. НЖмыхов В. М. некоторых физико-химических параметров гидролизатов сырья, полученных с использованием гидроксида натрия
Таблица 1
Размеры, массы частиц и их средние молекулярные массы, степень дисперсности для гидролизатов РКС, полученных щелочным _гидролизом с использованием гидроксида натрия__
№ состава Щелочной агент, соотношение Шщел. аг.: ШРКС Уч, м3 шч, кг Мч, Ба г, м Д, м-1
1 №ОН 5,5:43 1,9939-10-23 2,3927-10-20 1,4393-107 7,808-10-8 0,64037-107
2 №ОН 7:43 1,0142-10-24 1,2170-10-21 7,3209-105 2,893-10-8 0,17283-108
3 №ОН 8,5:43 1,8171-10-23 2,181-10-20 1,3114-107 7,570-10-8 0,66054-107
4 №ОН 10:43 1,2534-10-25 1,5041-10-22 9,0472-104 1,441 -10-8 0,34698-108
5 №ОН 11:43 5,1734-10-21 6,2081-10-18 3,7343-109 4,980-10-7 0,10040-107
6 №ОН 12:43 1,6984-10-21 2,0381-10-18 1,2259-109 3,435-10-7 0,14554-107
Как показывает анализ таблицы 1, для гидролизатов, полученных с использованием гидроксида натрия, с увеличением соотношения шщел.аг.:тРКС от 5,5:43 до 12:43 выявлено следующее: значения масс частиц находятся в интервале от 1,5041 •Ю-22 до 2,0381-10-18 кг, относительные молекулярные массы в интервале от 9,0472-104 до 3,7343-109 Ба, значения радиуса и объёма частиц в интервале от 7,808- 10-8 до 1,227-10-7 м и 7,7303-10-26 до 1,6984-10-21м3 соответственно. Степень дисперсности этих составов находится в диапазоне 0,66054-107 м-1 до 0,40763-108 м-1. Также можно констатировать, что какие-либо закономерности в изменении величин физико-химических параметров отсутствуют. Можно говорить только о группах с минимальными или максимальными величинами.
Полученные данные физико-химических параметров гидролизатов РКС позволяют оценить, к какому классу относятся частицы в исследуемых гидролизатах в соответствии с известными характеристиками классов белков [1].
Как известно, свойства белковых растворов определяются большими размерами молекул, а молекулы белков, находящиеся в растворах в виде клубка, стремятся к сферической форме, размер сферы связан с величиной молекулярной массы. В таблице 2 представлены некоторые характеристики белковых молекул.
Таблица 2
Характеристика классов белков [1]_
Класс белков Диаметр сферы Относительная Субъединицы, Число субъединиц
^ нм молекулярная масса, Мч, Ба рассматриваемые при подробном описании
Олигомеры 2 103 104 Атомы (или остатки) 102(или 10)
Малые белки 4 104 4 105 Аминокислотные остатки 1024 103 (или 103 4 104)
Большие белки 7 Субъединицы или
Малые комплексы 20 1054 107 ковалентные цепочки 10 4 102
Большие 100 107 4 1012 Области, фрагменты, 10 4 102
комплексы компоненты
Гидролизаты РКС по размеру частиц и дисперсности относятся к коллоидным системам. Для оценки физико-химических параметров гидролизатов по размеру частиц
ё и степени дисперсности Д использовали общеизвестную классификацию коллоидных систем (табл. 3).
Таблица 3
Классификация коллоидных систем по размеру частиц ё и степени дисперсности Д _
Класс систем Размер частиц, d Д, м-1 Число атомов в одной единице, n
мкм м
Гру бодисперсные >10 >10-5 <105 >1018
Среднедисперсные 0,1-10 10-7-10-5 105-107 >109
Высокодисперсные 0,001-0,1 10-9-10-7 107-109 109-103 и менее
Наноразмерные 1-10 10-9-10-8 108-109 десятки
Оценка полученных результатов по выбранным физико-химическим параметрам гидролизатов рогокопытного сырья в сравнении с известной классификацией белков по их размеру и сложности, а также по классификации коллоидных систем по размеру частиц и степени дисперсности приведена в таблице 4.
Таблица 4
Сравнительная оценка физико-химических параметров гидролизатов РКС, полученных щелочным гидролизом с использованием гидроксида натрия
Гидролизат РКС, получен при соотношении mNaOH: трКс Физико-химический параметр
Диаметр, d, м Степень дисперсности Класс систем Относительная молекулярная масса, Мч, Da Характеристика частицы белка
5,5:43 1,562Д0"7 0,64037-107 Высокодисперсные 1,4393-107 Большие белки, ковалентные цепочки аминокислот
7:43 5,786-10-8 0Д7283-108 7,3209-105
8,5:43 1,514-10-7 0,66054-107 1,3114^107
10:43 2,882-10-8 0,34698-108 9,0472-104 Малые комплексы, аминокислотные остатки
11:43 0,99640-8 0Д0040-107 3,7343409 Большие комплексы (фрагменты, компоненты белковой молекулы)
12:43 0,687-10-8 0Д4554-107 1,2259Д09
Как показывают результаты, представленные в таблице, значения диаметра частиц для данных белковых гидролизатов, степени дисперсности, относительной молекулярной массы позволяют говорить о том, что данные составы -высокодисперсные системы. Частицы белка представляют собой как малые комплексы (аминокислотные остатки), так и большие комплексы (фрагменты белковой молекулы). Также присутствуют такие частицы белка, как «большие белки», которые являются ковалентными цепочками различных аминокислотных остатков, входящих в состав исходной белковой молекулы.
Таким образом, выбранные физико-химические параметры гидролизатов рогокопытного сырья позволяют дать полную характеристику частиц, находящихся в гидролизатах РКС, полученных с использованием гидроксида натрия.
Библиографический список
1. Кантор, Ч. Биофизическая химия / Ч. Кантор, П. Шиммел; перевод с английского. - Москва: Мир, 1984. - Том 1. - 336 с.
Оценка кератинсодержащего
Ахмедова К. ОРозанова Е. НЖмыхов В. М. некоторых физико-химических параметров гидролизатов сырья, полученных с использованием гидроксида натрия
2. Sharma, S. Sustainable Management of Keratin Waste Biomass: Applications and Future Perspectives / S. Sharma, A. Gupta // Brazilian Archives of Biology and Technology. - 2016. - 59. - P. 1-14. - D01:10.1590/1678-4324-2016150684.
3. Розанова, Е. Н. Использование турбидиметрического метода для определения размеров молекул белка и комплексов меди с кератином, полученных деструкцией пера составами на основе сульфита натрия [Текст] / Е. Н. Розанова, Е. В. Грехнева, О. Н. Лопухина, Е. С. Соболева, А. А. Еськова // AUDITORIUM. Электронный научный журнал Курского государственного университета. - 2014. - №4. - С. 36-42. - URL: https://api-mag.kursksu.ru/api/v1/get pdf/1302 (дата обращения: 13.04.2022).
4. Трепихеев, А. А. Основы химии высокомолекулярных соединений / А. А. Трепихеев., В. А. Деревицкая. - 3-е, переработанное и дополненное издание. -Москва: Химия, 1976. - 440 с.
5. Marshall, R. C. Structure and biochemistry of mammalian hard keratin / R. C. Marshall, D. F. G. Orwin, J. M. Gillespie // Electron Microscopy Reviews. - 1991. -Vol. 4 (1). - P. 47-83.
