ПОЛУЧЕНИЕ БЕЛКОВЫХ ГИДРОЛИЗАТОВ ИЗ ТВЕРДОГО КЕРАТИНА ЩЕЛОЧНЫМ ГИДРОЛИЗОМ В ПРИСУТСТВИИ ГИДРОКСИДА НАТРИЯ Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 502.4

ПОЛУЧЕНИЕ БЕЛКОВЫХ ГИДРОЛИЗАТОВ ИЗ ТВЕРДОГО КЕРАТИНА ЩЕЛОЧНЫМ ГИДРОЛИЗОМ В ПРИСУТСТВИИ ГИДРОКСИДА НАТРИЯ

©2022 Я. Г. Клюева1, Е. Н. Розанова2, В. М. Жмыхов3

1 бакалавр 4 курса направления подготовки Химия e-mail: yana klyueva [email protected] 2кандидат химических наук, доцент кафедры химии e-mail: rozanova.lena2012 @yandex.ru 3кандидат химических наук, ИП e-mail: merfy46@ gmail. com

Курский государственный университет

Щелочным гидролизом кератинсодержащего сырья получают белковые гидролизаты, область применения которых определяется условиями проведения гидролиза. При прочих равных параметрах процесса важное значение имеет содержание щелочного реагента в гидролизующем растворе. Рассмотрено влияние содержания гидроксида натрия в гидролизующем растворе на процесс гидролиза твердого кератина - рогокопытного сырья.

Ключевые слова: щелочной гидролиз, гидроксид натрия, твердый кератин, рогокопытное сырье, белковый гидролизат.

PREPARATION OF PROTEIN HYDROLYSATES FROM SOLID KERATIN BY ALKALINE HYDROLYSIS IN THE PRESENCE OF SODIUM HYDROXIDE

© 2022 Ya. G. Klyueva 1, E. N. Rozanova 2, V. M. Zhmykhov 3

1 bachelor of the 4th year of the specialty Chemistry e-mail: yana_klyueva_01 @mail.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

Protein hydrolysates are obtained by alkaline hydrolysis of keratin-containing raw materials, the scope of which is determined by the conditions of hydrolysis. With other things being equal, the process parameters, the content of the alkaline reagent in the hydrolyzing solution is important. The influence of the sodium hydroxide content in the hydrolyzing solution on the hydrolysis of solid keratin - the raw material of the test is considered.

Keywords: alkaline hydrolysis, sodium hydroxide, solid keratin, raw materials, protein hydrolysate.

В процессе переработки продуктов животноводства и птицеводства часть кератинсодержащего сырья, а именно твердые кератины, такие как копыта, рога и перья, превращается в отходы. Известны различные способы получения из кератинсодержащего сырья целевых полупродуктов и продуктов, среди которых

наибольшее применение получили кислотный, щелочной и ферментативный гидролиз, в их основе лежит кислотное, щелочное и ферментативное гидролитическое расщепление полипептидной цепи с получением гидролизатов. Переработка твердого кератина в большинстве случаев осуществляется с использованием щелочного гидролиза, который позволяет с наименьшими затратами перевести твердый кератин в растворимую модификацию.

Область применения продуктов щелочного гидролиза данного кератинсодержащего сырья определяется тем, насколько глубоко было проведено разрушение сшитой структуры твердого кератина. Одним из направлений использования щелочных гидролизатов кератинсодержащего сырья является приготовление на их основе белковых пенообразователей для ячеистого пенобетона. Качество пенообразователя напрямую зависит от глубины гидролиза, которая при прочих равных параметрах процесса определяется содержанием щелочного реагента в гидролизующем растворе.

В данной работе были получены белковые гидролизаты твердого кератина -рогокопытного сырья (РКС) - щелочным гидролизом в присутствии гидроксида натрия с различным его содержанием в гидролизующей смеси. При проведении эксперимента использовали шрот РКС - измельченный твердый кератин. Используемый в работе метод получения растворимой модификации кератина основан на взаимодействии рогокопытного сырья с гидроксидом натрия в разных соотношениях, с получением белоксодержащих гидролизатов, используемых для приготовления пенообразователей.

В процессе работы необходимо получить такое соотношение гидроксида натрия к твердому кератину, которое бы не превышало необходимый расход и при котором происходило бы полное растворение шрота. И белковые пенообразователи, приготовленные на основе полученных гидролизатов, показывали бы требуемые результаты по пенообразующим характеристикам.

Гидролиз РКС проводился при температуре 80±2°С при перемешивании до как можно более полного растворения шрота РКС. При приготовлении гидролизатов массовое соотношение шрота и воды оставалось постоянным, варьировали содержание гидроксида натрия. В таблице представлены загрузочные соотношения компонентов в щелочном гидролизе РКС.

Загрузочные соотношения компонентов в щелочном гидролизе РКС _с использованием гидроксида натрия_

№ состава Соотношение Масса в загрузке Концентрация №ОН, моль/л

т^аОН: тРКС .:тн2о №ОН, г РКС, г H2O, г

1 4:43:130 4 43 130 0,769

2 5,5:43:130 5,5 43 130 1,058

3 7:43:130 7 43 130 1,346

4 8,5:43:130 8,5 43 130 1,635

5 10:43:130 10 43 130 1,923

6 11:43:130 11 43 130 2,115

7 12:43:130 12 43 130 2,308

Время практически полного растворения шрота РКС фиксировалось как завершение гидролиза твердого кератина. На рисунке представлена зависимость длительности гидролиза РКС от содержания гидроксида натрия в гидролизующем растворе.

Auditorium. Электронный научный журнал Курского государственного университета. 2022. № 4 (36)

Клюева Я. Г., Розанова Е. Н., Жмыхов В. М. Получение белковых гидролизатов из твердого кератина щелочным гидролизом в присутствии гидроксида натрия

16: 14:

о

О) О.

со

12 9 7 4 2 0

48 24 00 36 12 48 24 00

NaOH NaOH NaOH NaOH NaOH (7) NaOH NaOH (4) (12) (11) (10) (8,5) (5,5)

Содержание №ОН в гидролизующем растворе, г

Зависимость длительности гидролиза шрота РКС от содержания МаОИ в гидролизующем растворе

Как видно из рисунка, в условиях проведения эксперимента время гидролиза РКС резко увеличивалось выше 14 часов при снижении содержания гидроксида натрия в загрузке до 4 г (соотношение шмаОН:шРКС.:ши2о, равное 4:43:130) без полного растворения шрота РКС. Для составов с содержанием гидроксида натрия в загрузке от 7 г до 12 г длительность практически полного гидролиза находилась в пределах от 1 ч. 15 мин. до 35 мин., что свидетельствует о более слабом влиянии содержания гидроксида натрия на время практически полного гидролиза. Но при увеличении содержания гидроксида натрия может протекать полный гидролиз с получением более низкомолекулярных продуктов, что нежелательно при приготовлении пенообразователя, поэтому из этих составов лучше выбрать для пенообразователя гидролизат РКС, полученный с использованием 7 г гидроксида натрия. Для состава с содержанием гидроксида натрия 5,5 г (соотношение шмаоы:шРКС.:ши2о, равное 5,5:43:130) наблюдался практически полный гидролиз РКС за 3 ч. 45 мин., эта длительность выше, чем в составах с большим содержанием гидроксида натрия, но не в такой степени, как для состава с содержанием гидроксида натрия 4 г (выше 14 ч.). Можно предположить, что свойства пенообразователя, приготовленного на гидролизате с использованием 5,5 г гидроксида натрия, будут соответствовать требуемым показателям, так как чем меньше низкомолекулярных продуктов гидролиза, тем лучше качество пенообразователя. Таким образом, по результатам эксперимента, для приготовления пенообразователей можно рекомендовать гидролизаты, полученные при использовании гидролизующих растворов с концентрацией гидроксида натрия от 1,058 до 1,346 моль/л.

Полученные гидролизаты были проанализированы на наличие белков и аминокислот, а также на определение рН необратимой коагуляции при добавлении соляной кислоты.

Для оценки качественного состава полученных гидролизатов были проведены качественные реакции (биуретовая, нингидриновая, на серосодержащие аминокислоты). Как показал анализ, биуретовая реакция прошла для всех гидролизатов, нингидриновая реакция не прошла для гидролизата 1 и 4 составов, реакция на серосодержащие аминокислоты прошла для всех. Таким образом, в большинстве полученных гидролизатов определяются все компоненты: полипептиды, пептиды, аминокислоты.

Определение рН необратимой коагуляции гидролизатов РКС соляной кислотой необходимо знать при приготовлении пенообразователя, так как при нейтрализации доводится величина рН до значения 7-8. Если произойдет при этом необратимая коагуляция белковых компонентов, пенообразователь не получится. Была изучена коагуляция белка соляной кислотой из полученных гидролизатов РКС с определением

рН необратимой коагуляции гидролизатов. Для большинства составов это значение было равно 5, а для гидролизатов, полученных с применением максимального количества из используемых в эксперименте гидроксида натрия, величины рНкоагуляции были равны 1-2. Можно предположить, что это косвенно свидетельствует о более глубоком гидролизе в данных составах.

Таким образом, в ходе работы был проведен щелочной гидролиз рогокопытного сырья (РКС) в присутствии гидроксида натрия в различных соотношениях. Установлено, что в условиях проведения эксперимента практически полный гидролиз твердого кератина РКС наблюдается при концентрациях гидроксида натрия в гидролизующих растворах, больших 0,769 моль/л. Средняя скорость практически полного гидролиза при увеличении концентрации гидроксида натрия изменяется в интервале 0,191-1,229 г/мин. Следовательно, выбранные соотношения гидроксида натрия, РКС и воды при гидролизе в условиях проведения эксперимента позволили провести полный гидролиз РКС за приемлемое время. Было высказано предположение о том, что для приготовления пенообразователя с требуемыми показателями пенообразования лучше использовать гидролизаты, полученные гидролизом с концентрацией гидроксида натрия в гидролизующих растворах от 1,058 до 1,346 моль/л или в массовых соотношениях тмаон:тРКС.:тн2о, равных от 5,5:43:130 до 7:43:130.

Результаты проведенного эксперимента могут быть использованы при решении проблемы переработки вторичного сырья животного происхождения с применением щелочного гидролиза для получения гидролизатов, применяемых в приготовлении белковых пенообразователей для ячеистого пенобетона.

Библиографический список

1. Бабич, О. О. Переработка вторичного кератинсодержащего сырья и получение белковых гидролизатов на пищевые и кормовые цели / О. О. Бабич, И. С. Разумникова, А. Ю. Полетаев, А. И. Морозова // Техника и технология пищевых производств - 2011. - Том 21. - № 2. - URL: https://cyberleninka.ru/article/n/pererabotka-vtorichnogo-keratinsoderzhaschego-syrya-i-poluchenie-belkovyh-gidrolizatov-na-pischevye-i-kormovye-tseli/viewer (дата обращения: 12.03.2022).

2. Бортников, С. В. Получение растворимой модификации кератина из белоксодержащий отходов животноводства / С. В. Бортников, Г. А. Горенкова; Хакасский государственный университет имени Н.Ф. Катанова // Успехи современного естествознания. - 2018. - № 4. - С. 17-22.

3. Еремеев, Н. Л. Ферментативный гидролиз кератинсодержащего сырья для получения белковых гидролизатов / Н. Л. Еремеев, И. В. Николаев, И. Д. Керученько, Е. В. Степанова, А. Д. Сатрутдинов // Прикладная биохимия и микробиология. - 2009. -№ 6. - С. 717-724.

4. Пат. 2229821C2 Российская Федерация, МПК A23 J 1/10, C 12 S 3/00. Способ получения белкового гидролизата из кератинсодержащего сырья [Текст] / Мухтаров Э. И.; заявитель и патентообладатель Закрытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "ТЕХКОН" (RU). - №2002118169/13 ; заявл. 08.07.2000 ; опубл. 10.06.2004.

5. Пат. 294828A1 Советский союз, МПК A23 J 1/10. Способ получения полноценных по аминокислотному составу белковых гидролизатов из кератинового и другого белкового сырья [Текст] / Коваленко И. В.; заявитель и патентообладатель: Украинский научно-исследовательский институт мясной и молочной промышленности - №1312058/30-15 ; заявл. 03.03.1969; опубл. 04.02.1971.

Auditoriurn. Электронный научный журнал Курского государственного университета. 2022. № 4 (36)