CC BY
57
УДК 664.38
М.А. Константиновская
Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия
ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ОТХОДА ПРОИЗВОДСТВА КОСТНОЙ МУКИ С ЦЕЛЬЮ ОЦЕНКИ ПЕРСПЕКТИВЫ ЕГО КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ
Исследован состав отхода производства костной муки и жира. Определены возможности его комплексной переработки.
The composition of waste production of bone meal and fat was analyzed. Described the opportunities to complex processing.
Коллаген - является одним из самых многофункциональных белков в организме высших животных и человека, он входит в состав соединительной ткани, кожи, костной ткани, сухожилий, хрящевой ткани, кровеносных сосудов, зубов.
В настоящее время коллаген широко используется для изготовления протезов [1,2]. Основными достоинствами коллагена как нового пластического материала является отсутствие токсических и канцерогенных свойств, слабая антигенность, высокая механическая прочность и устойчивость к тканевым ферментам, регулируемая скорость лизиса в организме, способность образовывать комплексы с биологически активными веществами (гепарином, хондроитин сульфатом, антибиотиками и др.), стимуляция регенерации собственных тканей организма. Вследствие увеличения способности к набуханию в воде порошок коллагена может применяться не только как основа для мазей и свечей, но и в качестве эмульгатора и стабилизатора суспензий и эмульсий, как пролонгатор в глазных каплях и растворах для инъекций [1].
Согласно литературным данным, некоторое количество коллагена содержится в отходах производства костной муки и пищевого жира [3].Технология производства костной муки и жира включает следующие стадии:
- измельчение сырья;
- обработку паром, в результате которой получатся суспензия;
- сепарацию. В результате сепарации образуются три фракции - легкая, средняя и тяжелая.
Тяжелая фракция поступает на сушку, в результате получается готовый продукт - костная мука, легкая фракция - жир - также является готовым продуктом. Средняя фракция, так называемый «бульон», является отходом. «Бульон» является трудно утилизируемым отходом из-за высокого содержания в нем высокомолекулярных органических соединений. Поэтому целью данной работы является изучение физико-химического состава отхода, образующегося при производстве костной муки и пищевого жира, с точкизрения его пригодности для выделения ценных компонентов липидной и белковой природы и повышения экологичности предприятий по производству костной муки.
Материалы и методы
Объектом исследования явились образцы «бульона», предоставленные предприятием ОАО «Костные препараты» ( г. Лобня).
Массовую долю жира в образцах определяли методом Сокслетта. Для определения состава липидной фракции применяли метод тонкослойной хроматографии с использованием в качестве элюента петролейного эфи-ра:этанола=98:2. [4]
Для идентификации обнаруженных пятен проводили сравнение полученных чисел ЯГ с литературными данными [4].
Молекулярно-массовый состав белковой фракции определяли с помощью гель-хроматографии с использованием сефадекса Г50и Г200.
Соотношение высокомолекулярных и низкомолекулярных белковых соединений определяли по модифицированному методу Лоури с осаждением высокомолекулярной фракции трихлоруксусной кислотой.
Отделение и концентрирование высокомолекулярной фракции белков проводили с помощью ультрафильтрации на мембране УАМ-100 с последующей диафильтрацией.
Результаты и обсуждение
Отличительной особенностью субстанций, образующихся при переработке биологического сырья, является их низкая стандартность. Поэтому на первом этапе работы был определен химический состав «бульона» с целью оценки его стандартности. Для этого были проанализированы 3 партии отхода, отобранные с периодичностью 1 раз в 2 месяца. В данных партиях определяли содержание сухих веществ, зольность, содержание сырого протеина, содержание жира, плотность, рН и химическое потребление кислорода (ХПК). Полученные данные приведены в табл 1.
Из представленных данных видно, что «бульон» содержит небольшое количество растворенных веществ, основную массу которых составляют белковые вещества и липиды. Химический состав в пересчете на сухие вещества (СВ) варьируется незначительно от партии к партии. Это позволяет сделать вывод, что сырье характеризуется достаточной высокой степенью стандартности, что упрощает решение проблемы его комплексной переработки
Табл. 1. Химический состав «бульона»
Параметр Значение
1 партия 2 партия 3 партия
Сухие вещества,% 6.1 3.19 3.6
Зола на СВ, % 6.95 6.87 6.11
Сырой протеин на СВ, % 48.7 48.57 47.1
Плотность 1.004 1.003 1.004
Общий жир на СВ, % 40,5 43.07 37.26
рН 4.9 4.85 4.56
ХПК мгО2\кг 45 675 38 488 39 784
Поскольку данный отход характеризуется высоким содержанием сырого протеина и общего жира, представляет интерес разработать способ выделения из него веществ липидной и белковой природы.
Согласно литературным данным при комплексной переработке микробного сырья на первом этапе проводят выделение липидной фракции органическим растворителем. Поэтому на первом этапебыл проведен выбор органического растворителя, обеспечивающего максимальное извлечение липидной фракции. Эффективность экстракции оценивали по остаточному содер-
жанию жира в твердой фракции методом Сокслетта. Растворитель добавляли в соотношении 1:1 по объему к «бульону». Экстракцию проводили при непрерывном перемешивании и комнатной температуре. Кроме того было подобрано оптимальное время экстракции. Данные приведены в табл. 2.
Табл. 2. Оценка эффективности различных растворителей
Время Массовая доля жира в образце после экстракции , %
Система растворителей Этанол : хлороформ =1: 2 диэтиловый эфир : этиловый спирт Изопропанол
10 мин 59.12 22.05 32.28
20 мин 58.59 38.37 18.2
40 мин 57.15 28.83 15.08
60 мин 41.32 23.83 15.53
При использовании петролейного эфира и этилацетата происходит полное растворение белковой фракции в растворителе, что делает невозможным их применение.
Из табл. 2 видно, что наилучшее экстрагирование липидов достигается при использовании изопропанола в качестве растворителя и выдерживании смеси в течение 40 мин.
Состав полученных липидных фракций был определен методом тонкослойной хроматографии. Полученные результаты представлены в табл. 3.
Табл. 3. Данные тонкослойной хроматографии с использованием различных раство-
рителей
Хлороформ : этанол 2:1 Диэтиловый эфир:этанол 2:1 Изопропанол Этилацетат
ЯГ Липидная фракция ЯГ Липидная фракция ЯГ Липидная фракция ЯГ Липидная фракция
0 Фосфолипиды 0 Фосфолипиды 0,052 Фосфолипиды
0,12 Холестерин 0,12 Холестерин 0,14 Холестерин
0,42 Триглицериды 0,428 Триглицериды
0,88 Сложные эфиры холестерина 0,87 Сложные эфиры холестерина 0,9 Сложные эфиры холестерина
Из данных хроматографии видно, что состав липидной фракции разнообразен. В отходе содержатся фосфолипиды, триглицериды, холестерин и его сложные эфиры. Следующим этапом исследований явилось выделение белковой фракции из полученного на предыдущем этапе обезжиренного бульона.
Для этого осадок, оставшийся после отделения липидов, растворяли в подкисленной воде при рН 2,5
Для определения молекулярно-массового состава белковой фракции в полученном растворе была проведена гель хроматография с использованием сефадексов Г50 и Г200. Полученные данные приведены на рис. 1 и 3.
0,35
I 0.3
І? 0,25
0
° 0,2
ц 3115
С I
£ о,1
Ї! 0,05
1 о
О 5 10 15 20 25 30
Объем эпюата, мл
Рис 1. Молекулярно-массовое распределение белков в обезжиренном отходе (сефадекс Г50)
Из рис. 1 видно, что на хроматограмме присутствует один пик, соответствующий белку с молекулярной массой около 23 ООО Да. Наблюдаемый пик соответствует желатину, наличие которого подтверждается быстрым желированием суспензии при понижении температуры. Желатин является продуктом денатурации основного белка костной ткани - коллагена [3].
Для определения наличия неденатурированногоколлагена методом гель-фильтрации с использованием сефадекса необходимо предварительно удалить из раствора частично денатурированный коллаген, который могут мешать определению нативного коллагена. Для этого белковую фракцию подвергали предварительному гидролизу трипсином, так как известно, что трипсин избирательно разрушает поврежденные и денатурированные молекулы коллагена, не затрагивая нативных молекул. Обработку проводили при температуре 37 оС (оптимальной для данного фермента). Время обработки подбирали экспериментально, измеряя соотношение низкомолекулярных и высокомолекулярных пептидов по модифицированному методу Лоури. Данные представлены на рис. 2
Время,мин
—^—Низкомолекулярная фракция —□—Высокомолекулярная фракция
Рис. 2. Динамика гидролиза денатурированного коллагена трипсином
Отделение и концентрирование негидролизованной высокомолекулярной фракции белков проводили методом ультрафильтрации с последующей диафильтрацией. Результаты представлены в табл 4. Из приведенных данных видно, что практически полное разделение высокомолекулярной и низкомолекулярной фракций достигается при кратности диафильтрации равной 2.
Табл. 4. Концентрация белка в пермеате после диафильтрации
Низкомолекулярная фракция Содержание белка, мг\л
Пермеат 13829.1
Диафильтрат 1 6254.1
Диафильтрат 2 322.9
Диафильтрат 3 178.1
Очищенная и сконцентрированная высокомолекулярная фракция белковых веществ была исследована методом гель-хроматографии. Результаты представлены на рис. 3.
Рис. 3. Молекулярпо массовое распределение белков (сефядекс Г200)
Из данных хроматографии видно, что в концентрате содержится белок с молекулярной массой порядка 3ОО ООО Да, что соответствует молекулярной массе коллагена.
Таким образом, жидкий отход («бульон», образующийся при производстве костной муки), может применяться для выделения, главным образом, коллагена, а также фосфолипидов. Дальнейшие разработки будут направлены на поиск оптимальных схем выделения коллагена, липидов и получение на их основе ценных препаратов различного качества и назначения.
Библиографические ссылки:
1. Иванова Л.А., Сычеников И.А., Кондратьева Т.С. Коллаген в технологии лекарственных форм. - М.: Медицина, 1984, 112 с. ил.
2. Хилькин А. М., Шехтер А.Б., Истранов Л.П., Леменев В.Л. Коллаген и его применение в медицине- М.: Медицина, 1976, 256с. с ил.
3. Биохимия: Учеб.для вузов, Под ред. Е.С. Северина., 2ОО3. 779 с. 1ББК 5-9231-0254
4. Кихнер Ю., Тонкослойная хромотография. Под редакцией д.х.н., проф. Березкина В.Г., т 2, - М. «Мир», 1981. 523с
УДК 504.4.054
Д.А. Крамер, В.В. Балябина, Ю.Е. Кукушкина
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ МАЛЫХ РЕК Г. МОСКВЫ ОРГАНИЧЕСКИМИ СОЕДИНЕНИЯМИ
В данной работе исследовали органическое загрязнение донных отложений двух малых рек Москвы: Бусинка и Таракановка. Измеряли содержание нефтепродуктов и экстрагируемых органических соединений (ЭОС). Результаты показали, что река Бусинка более загрязнена, чем река Таракановка, а органическое загрязнение, в основном, обусловлено нефтепродуктами.
In this study we observed organic contamination of bottom sediments of two Moscow small rivers: Businka and Tarakanovka. We measured such parameters as petroleum products and extracted organic compounds (EOC) containment. The results of our observation showed that river Businka is more polluted than river Tarakanovka by all measured parameters and that organic contamination is mostly caused by petroleum products.
Донные отложения (ДО) являются наиболее консервативным компонентом природных водных объектов и содержат информацию о загрязненности и особенностях водосборного бассейна. Тем самым ДО могут выступать в качестве индикатора для выявления состава, интенсивности и масштаба техногенного загрязнения, т.к. их состав отражает биогеохимические особенности водосборных территорий [1 -2]. Определение тяжелых металлов в верхнем (1 см) слое ДО служит (с учетом особенностей осадконакопления) характеристикой годового процесса накопления загрязняющих веществ [3].
В 2011 году на кафедре промышленной экологии РХТУ им. Менделеева было выполнено обследование двух малых рек города Москвы: Таракановки и
