Изучение возможности получения золей коллагена пероксидно-щелочным способом Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 637.61.02

А.И. Сапожннкова, Д.В. Белевцова

ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ЗОЛЕЙ КОЛЛАГЕНА

ПЕРОКСИДНО-ЩЕЛОЧНЫМ СПОСОБОМ

(ФГОУ ВПО МГАВМиБ им. К.И. Скрябина)

Исследовано влияние композиционных растворов, содержащих гидроксид натрия и пероксид водорода на свойства недубленых белоксодержащих отходов кожевенного производства, установлены оптимальное соотношение и концентрации реагентов, позволяющие получать высокоочищенные золи коллагена.

W

производителен

продукции фармацевтического, медицинского, косметического и биотехнологического назначения к коллагену как к биологически активной добавке, обладающей комплексом уникальных свойств, и как следствие этого улучшающей потребительские свойства получаемой при этом продукции [1,7], указывает на необходимость качественно нового подхода к технологии его получения.

Различные способы получения золей коллагена из отходов кожевенного производства, в частности, из гольевой спилковой обрези (ГСО), как правило, обязательно включают в себя такие основные стадии как очистка фибриллярного кол-

А А

лагена от сопутствующих биополимеров и последующее растворение его слабыми органическими кислотами. При этом стадия очистки должна обеспечить не только высокую степень химической чистоты, но и иметь технологические параметры, удовлетворяющие требованиям экологии. Особую роль здесь играет выбор химических реагентов, их соотношений и концентраций.

Весьма удачным и наиболее широко распространенным на данный момент технологическим приемом, позволяющим удалить присутствующие в соединительной ткани наряду с лярным коллагеном глобулярные белки, протеог-ликаны и гликопротеины, является, предварительная щелочно-солевая обработка недубленых отходов кожевенного производства [5], Однако такой способ достаточно длителен и требует значительных затрат на реактивы и очистку сточных вод [6].

Исследования по применению пероксид-но-щелочных композиций при обезволашивании — золении кожевенного сырья [4], а также при получении имитаторов ткани на основе нерастворимого коллагена [2] открывают новые возможности получения золей коллагена за счет замены традиционно используемого сульфата натрия пе-роксидом водорода, что дает возможность ускорить процесс наработки коллагена, не снижая степени чистоты готового продукта.

Для исследования возможности замены сульфата натрия в рабочих растворах на пероксид водорода было изучено воздействие на образцы ГСО композиционных растворов, содержащих гидроксид натрия и пероксид водорода в различных концентрациях и соотношениях (таблица 1).

Гтц j/r if

Таблица 1

Состав композиционных смесей для обработки образцов ГСО

Table 1. Composition of composite mixtures for processing hide saw cut shearing samples

.......,.,,,,,,,,,,,,............... ,,,,..■......„,, ,, гДпп,-„ _ РЖ.

Композиционная смесь

i

4

6

7

9

Концентрация компонентов, %

NaOH

10

7,5

0

15

10

7,5

Н202

1

1

3

5

Соотношение компонентов

10-1

7.5-1

5-1

33-1

2,5-1

2-1

1.7-1

1,5-1

1-1

5* ¡А

s f-

О

О- VO GÔ

о.

«э о

4S 42 36 30 24 18 12« 6 0

г ■

л

Щ

M.-i

. . Г

'< Ч.

щ Ш.

-г? , fa

M

,5*1 1,7-И 2-1 2,5+1 3,3+1 соотношение гидроксида натрия и

7,5+1 10+1

Рис. Зависимость времени обработки образцов ГСО в перок-

ъ/

сидно-щелочнои композиции от соотношения основных компонентов

Fig, Dependence of processing time for hide saw cut shearing samples in peroxide-alkaline composition on correlation of main

components

В ходе экспериментов выявлена зависи мость времени обработки образцов ГСО от соот ношения гидроксида натрия в композиционной смеси

и

Так, в интервале соотношений 104 - 54 время обработки составляет 6 часов. При изменении соотношения в сторону увеличения в составе композиции пероксида водорода от 3»3~K3 до 2,5-4 продолжительность обработки увеличивается в 2 раза (12 часов); от 2-И до 1,7-4 - в 4 раза (24 часа); от 1,5-4 до 1-4 - в 8 раз (48 часов).

Динамика поглощения пероксида водорода и гидроксида натрия образцами ГСО из композиционных смесей представлена в табл. 2.

Таблица 2

Динамика поглощения пероксида водорода и гидроксида натрия из композиционных смесей образцами ГСО

Table 2. Dynamics of hydrogen peroxide and sodium hydroxide absorption from the composite mixtures by

Вариант обработки Количество поглощенного вещества» % от исходного содержания в растворе

НА NaOH НА ьюн НА to NaOH НА NaOH НА NaOH НА NaOH

Время, час

1 3 6 12 s 24 48

1 100 23,4 100 24,4 100 25,6 100 24,4 100 25,0 100 26,4

2 100 173 100 22,4 100 28,5 100 28,0 100 31,2 100 31,2

3 100 18,8 100 20,0 100 22,0 100 19,6 100 23,2 100 22,8

4 41,3 25,0 58,0 24^8 / у 3 29,8 52,0 32,4 58,3 3 1 J) 4тТ 68,0 31,4

5 29,7 18,9 44,0 2S « 3 49,0 22^ 7 60,0 23,5 74,8 24,0 87,3 24,5

6 32,4 27,8 35,6 29,6 36,0 31,4 66,6 33,0 51,6 34,4 73,0 32,0

7 39,0 15,6 47,0 19,6 47,0 20,8 67,3 20,8 65,7 22,4 83,7 25 2

8 35 18,1 40,4 21,1 50,8 24,0 68,0 23,5 74,8 23,7 83,6 24,8

9 43,8 14,8 42,2 18,0 49,6 18,8 65,2 24,4 74,6 2 5 ^ 2- 95,0 2 2 j ^

Так, при использовании композиционной смеси 1 (10% гидроксида натрия и 1% пероксида

содержащийся в ней пероксид водорода полностью поглощается сырьем уже через час после начала инкубирования. За тот же период времени образцы ГСО поглощают около 23,4% от исходного количества гидроксида натрия. Через двое суток этот показатель увеличивается всего лишь на 3%, т.е. он практически не зависит от времени обработки.

При использовании композиционной смеси 2, в которой концентрация гидроксида натрия была снижена до 7,5 %, а содержание пероксида водорода составляло также 1%, наблюдали следующую картину: пероксид водорода поглощался как при варианте 1, тогда как гидроксид натрия проникал в образцы ГСО, постепенно. За 1-е сутки обработки образцы поглотили 31,2% от исходного количества гидроксида натрия.

Следует отметить, что при обработке образцов ГСО композиционной смесью 3 наблюдается практически та же картина, что и при варианте 1. Так пероксид водорода полностью поглощается образцами уже в течении первого часа обработки. За тот же период времени образцы ГСО

поглощают около 18,8% от исходного количества гидроксида натрия, причем через двое суток этот показатель увеличивается лишь на 4%, т.е. продолжительность обработки на него практически не влияет.

При применении композиционной смеси 4 (концентрации гидроксида натрия 10 % и пероксида водорода 3%) количество поглощенного образцами ГСО гидроксида натрия возрастает до 30%, а пероксида водорода, составляет лишь 68%. При этом варианте обработки процесс поглощения стабилизируется через 12 часов.

При снижении концентрации гидроксида натрия до 7,5 % (композиционная смесь 5), количество поглощенного пероксида водорода возрастает до 87,3%, гидроксида натрия, наоборот, снижается до 24%. При этом процесс поглощения гидроксида натрия стабилизируется через 24 часа, а пероксида водорода продолжается в течение 48 часов обработки.

В том случае, если в обрабатывающей композиции соотношение гидроксида натрия и пероксида водорода составляет 24 (композиционная смесь 6), количество поглощенного образцами ГСО гидроксида натрия не превышает данный показатель в предыдущем варианте, а количество поглощенного пероксида водорода составляет 73%.

При использовании композиционной смеси 7, количество поглощенной щелочи возрастает до 25,2%, а пероксида водорода составляет 83,7%. Причем процесс поглощения гидроксида натрия стабилизируется через 6 часов.

При соотношении в обрабатывающей композиции гидроксида натрия и пероксида водорода 1,54 (композиционная смесь 8), количество поглощенных гидроксида натрия и пероксида водорода аналогично данным показателям в предыдущем варианте.

В том случае, когда соотношение в обра-атывающей композиции гидроксида натрия и пероксида водорода составляет 1-4 (вариант 9), количество поглощенного гидроксида натрия не превышает данный показатель в варианте 7, а количество поглощенного пероксида водорода постоянно увеличивается и через 48 часов составляет 95% от исходного.

Так, в интервале соотношений 10-4 - 54 основной период поглощения компонентов из реакционной смеси образцами ГСО составляет 6 часов. При соотношении гидроксида натрия и пероксида водорода не более 3,3-4 и не менее 1,74 поглощение компонентов из реакционной смеси стабилизируется через' 12 часов обработки и далее до ее окончания незначительно возрастает. В то

же время, при соотношении гидроксида натрия и пероксида водорода l-Ч и 1,5-4, поглощение пе-роксида водорода из реакционной смеси продолжается в течение всей обработки, тогда как гидро-ксид натрия в небольшом количестве поглощается лишь в первые часы» после чего содержание его в образцах ГСО сохраняется примерно на одном уровне в течение всего времени опыта.

Поглощение активных компонентов из рабочих растворов оказывало выраженное влияние на свойства ГСО, которое заключалось в увеличении массы и изменении размеров образцов. В этой связи представляло интерес проанализировать степень их набухания, а также оценить сопутствующий этому явлению процесс потери веществ.

Наибольший интерес для нас представляли первые две составляющие набухания: обводнение, определяемое по привесу белка и, собственно, набухание (увеличение толщины) (табл. 3).

ГШ* ** "1

Таблица 3

Влияние композиционных смесей на показатели набухания образцов ГСО (п=3; ср. знач.) Table 3. Influence of compositional mixtures on swelling indexes of hide saw cut shearing samples (n=3; av-

erage value)_

Композиционная смесь

1

2

4

5

6

7

8

9

Контроль

Состав смеси, %

NaOH

10.0

7,5

5,0

10,0

7,5

10,0

5,0

7,5

5,0

ко

ко

ко

3,0

3,0

5,0

3,0

5,0

5,0

10,0 % NaOH+ 1М Na2S04

Изменения образцов

массы, • 10"3 кх'

о

толщины, * 10"3 м %

О

24

12.0

7,0

10,0

10,0

3,8

5,0

4,7

2,5

3 7

^ у '

Время обработки, час

48

17,0

9,0

15,0

6.0

4,0

* ^^

5,0

3,

3 ;

24

340

240

300

300

76

200

94

150

174

154

48

440

280

400

320

180

210

200

176

76

84

24

3,0

3.0

3,0

КЗ

2,0

КЗ

1,2

48

5,0

3,0

4,5

5,0

2,5

2,0

КЗ

,3

4

24

272

227

272

272

118

182

09

118

109

48

455

272

409

455

36

227

182

8

18

127

Примечание. Исходная масса образцов - 5103 кг, исходная толщина - 1,1 ■ 1 О*3 м.

Как видно из таблицы 3, максимальные значения показателей набухания образцы приобретают через 48 часов обработки. Однако следует отметить, что степени набухания, достаточной для последующего растворения, образцы достигают уже через 24 часа в большинстве исследованных вариантов.

Наибольшая степень набухания выявлена у образцов ГСО, обработанных композиционными смесями, в которых соотношение гидроксида натрия и пероксида водорода составляет не менее 3*^*1 (варианты 1, 2, 3, 4). В тех случаях, когда в

композиционнои смеси соотношение гидроксида натрия и пероксида водорода изменяется в сторону увеличения содержания окислителя, например, 2+1 или 1,5+1 или 1-И, процесс набухания значительно замедляется, образцы становятся жесткими, структура образцов ГСО уплотняется. По всей вероятности, перокснд водорода в использованных концентрациях вызывает образование множественных связей радикального типа между активными группами боковых цепей молекул коллагена. Такого рода «сшивки» при последующих обработках могут препятствовать процессу растворения коллагена.

В связи с тем, что разница между показателями, характеризующими степень набухания при применении композиционных смесей 1, 3 и 4 оказалась незначительна, предпочтительно использовать менее концентрированные рабочие растворы.

Ввиду того, что процесс набухания спо-г вымыванию низкомолекулярных компонентов и биополимеров, сопутствующих натив-ному волокнистому коллагену дермы, и переходу их в рабочие растворы, представляло интерес оценить качество и количество теряемых при этом белковых веществ и, тем самым, степень очистки фибриллярного коллагена в процессе пероксидно-щелочной обработки, а также количество конечного продукта, т.е. коллагена, растворенного в слабой органической кислоте (табл. 4).

Таблица 4

Влияние композиционных смесей на вымывание низкомолекулярных компонентов и выход конечного продукта (п=3, ср. знач.) Table 4. Influence of the composite mixtures on washing out of low-molecular components and the yield of a

final product (n~3, average value)_

Потери белковых веществ

Выход ко

Композиционная смесь концентрация в рабочих растворах, г/см" печного продукта, %

оксипролин тирозин оксипролин тирозин

время обработки, час

24 48 24 48

1 0,020 0,055 0,036 0,060 85 78

2 0,018 0,036 0,030 0,041 88 89

3 0,016 0,045 0,020 Ь,055 94 92

4 0,018 0,038 0,030 0,043 86 89

5 0,015 0,030 0,024 0,036 82 83

6 0,017 0,033 0,028 0,040 88 90

7 0,014 0,028 0,018 0,038 83 84

8 0,013 0,027 0,022 0,035 84 85

9 0,012 0,025 0,016 0,036 84 86

щёлочно-сслевая смесь 0,019 0,053 0,034 0,060 85 88

Из приведенных в таблице 4 данных следует, что при 1, 2, 4 вариантах обработки имеют место потери не только сопутствующих коллагену

глобулярных компонентов, но и частично самого коллагена. Это приводит к уменьшению выхода конечного продукта на 15%,

При остальных вариантах обработки выявлен небольшой процент потери белка. Кроме того, при использовании композиционных смесей 5, 7, 8, 9 наблюдается эффект «задубливания» образцов ГСО и фибриллярный коллаген в дальнейшем плохо растворялся в уксусной кислоте. Процент выхода конечного продукта при использовании вышеперечисленных вариантов обработки снижается на 10%.

Таким образом, полученные результаты позволяют остановить выбор на вариантах 3 и 6, т.к. их применение практически не затрагивает фибриллярный белок, удаляя лишь глобулярные компоненты.

По нашему мнению, пероксидно-щелочная композиция, за счет кооперативного воздействия ее компонентов на внутреннюю структуру соединительной ткани, обеспечивает более высокую степень химической чистоты фибриллярного коллагена, лучше удаляет сопутствующие ему биополимеры и подготавливает его к растворению слабыми органическими кислотами.

Проведенные исследования послужили основой для разработки нового способа получения

высокоочищенных дисперсий коллагена, позволяющего эффективно перерабатывать отходы в высококачественный коллагеновый золь [3],

ЛИТЕРАТУРА

1. Андреев С.М Коллаген: структура и функции. Часть 3. Косметика и медицина. 2001. № 5 (24). С. 34-42.

2. Каспарьянц С.А. и др. Способ получения коллагеново-i о материала - имитатора ткани. A.C. 1622990 СССР. МКИ4 А 63 К 37/00, С 14С 1/08. № 4400803/13. Заявл. 30.03.88. Зарегистр. 22.09.90. Для служебн. польз.

3. Каспарьянц С.А., Сапожникова А.И., Белевцова Д.В. Способ получения коллазоля. Пат. 2129805 Россия. МКИ6 А 23J 1/10, С 09Н 1/00, 3/00, С 14С 1/08. № 97121210/13. Заявл. 30.12.97. Опубл. 10.05.99. Б юл. № 13.

4. Лсвачев С.М. и др. Коллоидно-химические принципы утилизации коллагена из гольевой обрези. Разра-

К*

бот к а нетрадиционных технологии и новеиших материалов для создания экологически чистого автоматизированного производства кожи и обуви. М.: ЦН И И кожевенно-обувной промышленности (НПО ЦНИИКП). 1992. С. 13-19.

5. Михайлов А.Н. Химия и физика коллагена кожного покрова. М.: Легкая индустрия. 1980. 232 с.

6. Павлова М.С. Экологический аспект химической технологии кожи: М: М Г АЛ П. 1997. 191 с.

7. Сапожникова А.И., Шагаев Д.В. Применение коллагс-новой пасты в ветеринарной практике. Ветеринарный консультант. 2005. №4. С.25-27.

Кафедра товароведения и технологии сырья животног о происхождения

УДК 541.64 :547.979.733

И. А. Вершинина

ПОВЕРХНОСТНАЯ МОДИФИКАЦИЯ ПОЛИПРОПИЛЕНА ТЕТРА Д АМИНОФЕНИЛ)-

ПОРФИРИНОМ И ЕГО МЕТАЛЛОКОМПЛЕКСАМИ

(Институт химии растворов РАН, г. Иваново)

E-mail: gornoukhina@isuct.ru

Представлены экспериментальные данные и показана возможность иммобилизации порфиринов и металлопорфиринов (MP) на поверхность полипропиленовой пленки (ПП), активированной в системе плазма - раствор электролита. В работе были использованы следующие биологически активные вещества (БАВ): тетра-(п-аминофенил)порфин (Н2Р) и его металлокомплексы (ZnP, СиР, СоР, и NiP). Количество БАВ9 сорбированного на поверхности ГШ, контролировали по электронным спектрам поглощения. Эффективная поверхностная концентрация поглощающих молекул варьируется от hi О14 до 3*10м молекул/см2 и зависит от природы металла и условий активации ПП.

Полимерные пленки все шире использу- биотехнологии, медицине. Поверхностная актива-ются в различных отраслях промы ш л е н н ости, ция и последующая модификация полимеров био-