ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ, АМИНОКИСЛОТНЫЙ И МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ ШЕРСТИ ГИССАРСКИХ ОВЕЦ

АННОТАЦИЯ

В статье приведены результаты физико-химического анализа, а также аминокислотного и элементного состава шерсти овец гиссарской породы. Зольность определяли сжиганием образца шерсти. Содержание суммарного белка определяли по стандартной методике. Методом высокоэффективной жидкостной хроматографии в образцах шерсти определены концентрации 17 аминокислот. Среди аминокислот преобладают глицин, фенилаланин и аланин. Методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой определено количественное содержание 26 макро и микроэлементов. По содержанию важнейшими элементами являются фосфор, натрий, кальций, сера, калий, магний и железо.

ABSTRACT

The article presents the results of physicochemical analysis, as well as the amino acid and elemental composition of the wool of Gissar sheep. Ash content was determined by burning a wool sample. The content of total protein was determined according to the standard method. The concentrations of 17 amino acids were determined in wool samples using high-performance liquid chromatography. The predominant amino acids are glycine, phenylalanine and alanine. Using inductively coupled plasma mass spectrometry, the quantitative content of 26 macro and microelements was determined. In terms of content, the most important elements are phosphorus, sodium, calcium, sulfur, potassium, magnesium and iron.

Ключевые слова: шерсть, зольность, азот, белки, макроэлементы, микроэлементы, аминокислоты.

Keywords: wool, ash content, nitrogen, proteins, macroelements, microelements, amino acids.

Натуральные волокна играли важную роль в качестве текстильных материалов с древних времен и до сих пор широко используются в современной текстильной промышленности благодаря своим уникальным свойствам высококачественных текстильных материалов[1]. Шерсть представляет собой овечий волос и относится к группе твердых структур млекопитающих, к которым относятся ногти, когти и копыта. Эти структуры представляют собой ткани, их клетки отличаются от эпителиальных клеток и содержат белки, называемые кератинами[2-4]. Следует учесть, что в своем естественном состоянии сырая шерсть содержит ряд других компонентов, помимо волокна. Сырая шерсть может содержать 25–70% по массе примесей [4]. Основными из них являются шерстяной жир, водорастворимый материал, образующийся в результате потоотделения (называемый салом), и загрязняющие вещества, такие как грязь и растительные вещества, собранные с пастбищ. Эти загрязнения удаляются в процессе обработки. Чистая шерсть, как и волокна других животных, принадлежит к группе белков, известных как кератины. В отличие от хлопка и большинства синтетических волокон, шерсть не имеет однородной структуры. Шерстяные волокна имеют очень сложный физический и химический состав, который развивался на протяжении миллионов лет для защиты животных от экстремальных жары и холода. Подсчитано, что шерсть содержит более 170 различных белков. Они неравномерно распределены по волокну; белки разной структуры расположены в определенных регионах. Этот неоднородный состав обусловливает различные физические и химические свойства различных участков шерсти. Шерсть - натуральное белковое многоклеточное штапельное волокно, состоящее из белков и органических веществ, состоящих из углерода, водорода, кислорода, азота и серы[1]. Из 22 встречающихся в природе аминокислот шерсть содержит 18[6,7]. Содержание аминокислот составляет от 0,5 до 11,2 мол%. Высокое содержание имеют цистин(11,2 мол%), серин(10,2 мол%), глицин(8,1 мол%) и пролин (7,5 мол%) [8]. Изучен макро и микроэлементный состав трёх образцов шерсти. В результате исследований обнаружено 20 элементов. Определены количества 6 макроэлементов, 10 микроэлементов и 4 токсичных элементов. Содержание макроэлементов варьирует в пределах 120,8-22038 мг/кг, микроэлементов 0,54-620,83 мг/кг и токсичных элементов 0,010-2,59 мг/кг. Основными макро и микроэлементами являются сера, кальций, натрий, калий, магний, фосфор, алюминий, железо и цинк. Из токсичных элементов опрделены свинец, мышьяк, кадмий и ртуть [9].

Целью нашего исследования является изучение зольности, содержание азота и суммарного белка, а также аминокислотного и элементного состава шерсти гиссарских овец вырашиваемых в Республике Узбекистан.

Материалы и методы

Определение зольности шерсти. Анализ проводили по известному методу[10]. Зольность определяли путем обугливания образца шерсти в муфельной печи при температуре 600-800°С в течение 2-3 часов. Зольность определяли по разнице массы тигля до и после обжига в муфельной печи, выраженную в процентах от исходного образца, по формуле:

где, М₁ – масса тигля, в который помещался образец перед обжигом, гр.

М₂ – масса тигля образца после высыхания, гр.

Н – масса образца, гр.

Количественное определение белков шерсти. Определение содержания белка в образцах шерсти проводили по стандартной методике[10].

Экстракция белка. Экстракцию белков шерсти проводили 0,2 Н гидроксидом натрия в соотношении 1:10 на магнитной мешалке. Клеточные остатки удаляли центрифугированием при 6000 об/мин в течение 30 мин в рефрижераторной центрифуге РС-6. Полученный прозрачный супернатант осаждали сульфатом аммония при перемешивании на магнитной мешалке. Полученный экстракт оставили в холодильнике на 16 часов для формирования белка. Затем экстракт центрифугировали в охлаждаемой центрифуге при 6000 об/мин в течение 30 минут. Образовавшийся осадок собирали и растворяли в минимальном объеме 0,2 N раствора гидроксида натрия. Белки очищали диализом раствора белков.

Определение аминокислот. Синтез фенилтиокарбамоилпроизводных (ФТК) свободных аминокислот, выделенных из шерсти, проводили по методу Steven A. и Cohen Daviel [11,12]. Идентификацию ФТК-аминокислот проводили на хроматографе Agilent Technologies 1200, колонка 75х4,6 мм Discovery HS C18.

Определение минерального состава. Минеральный состав шерсти определяли методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой [13-15].

Обсуждение результатов

Для анализа химического состава использовывали шерсть гиссарских овец вырашиваемых в местных условиях. Для определения зольности образца шерсти  обугливание проводили в трехкратной повторности. В среднем зольность в образцах шерсти составляет 2,86±0,69%. Содержание общего белка в образцах шерсти определяли фотоэлектроколориметрическом методом, среднее значение которого составляет 81,8 %. Содержание азота рассчитывали исходя из среднего содержания азота в белках (16%,100:16=6,25). Результаты физико-химического анализа шерстяного волокна представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Результаты физико-химического анализа шерсти

Исследован состав аминокислот в образце шерсти, результаты представлены в таблице 2. В образце шерсти было опрделены количественное содержание 17 аминокислот. В образце шерсти не обнаружены аспарагин, глутамин и триптофан. В шерсти среди аминокислот наибольшее содержание имеют глицин (26,71 мол%), фенилаланин (14,65 моль%) и аланин (8,67 моль%). Наименьшее количество аминокислот в шерсти - пролин (0,79 мол%) и лизин (1,09 мол%). Шерстяное волокно содержит следующие незаменимые аминокислоты: треонин, метионин, изолейцин, валин, фенилаланин, лейцин и лизин. В шерсти общее количество незаменимых аминокислот составляет 33,5 мол.%. В образце шерсти триптофан, ароматическая гидрофобная аминокислота с индольным ядром и гидрофильные аспарагин и глутамин не были обнаружены.

Белки шерсти также сбалансированы по заменимым аминокислотам. Количество аминокислот, содержащих гидроксильную группу, в шерсти составляет 19,4 мол%.

Таблица 2.

Аминокислотный состав белков шерсти

*незаменимые аминокислоты

Макро- и микроэлементный состав шерсти определяли методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. В образце шерсти обнаружено 26 макро- и микроэлементов. В таблице 3 приведена содержание макро- и микроэлементов в образце шерсти. На основании анализа данных, представленных в таблице 3, установлено, что в шерсти наиболее распространены фосфор, натрий, кальций, сера, калий, магний и железо. Определено наличие в образце шерсти следующих макроэлементов: Na, Mg, P, S, K, Ca. Порядок убывания содержания макроэлементов в шерсти: P > Na > Ca > S > K > Mg. В образце шерсти среди макроэлементов наибольшее количество имеет фосфор(3790 мг/кг), наименьшее  магний (670 мг/кг). В образце шерсти определено наличие 17 микроэлементов. Самое высокое содержание среди микроэлементов имеет железо(484 мг/кг). Наименьшее количество среди микроэлементов имеют ванадий, кобальт и сурьма (табл. 3).

Таблица 3.

Минеральный состав шерсти, мг/кг

Среди токсичных элементов обнаружены ртуть, свинец и мышьяк (табл. 3).

Выводы

На основе физико-химического анализа определён зольность, содержание азота и суммарного белка шерсти гиссарских овец. Идентификацией фенилтиокарбомаилпроизводных аминокислот выявлен качественный и количественный состав аминокислот. В шерсти среди аминокислот наибольшее содержание имеют глицин (26,71 мол%), фенилаланин (14,65 моль%) и аланин (8,67 моль%). Методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой определён  макро и микроэлементный состав шерсти. В образце шерсти определены количественное содержание 26 макро- и микроэлементов. Более высокие содержания имеют фосфор, натрий, кальций, сера, калий, магний, железо и алюминий.

Список литературы:

1. Hu J.Y., Li Y., Chang Y.F., Yeung K.W., Yuen C.W. Transport properties of fabrics treated with nano-wool fibrous materials. Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects 300 .2007. Р.136–139.
2. Jones, L.N. and Rivett, D.E. 1997. 'The role of 18-Methyleicosanoic acid in the structure and formation of mammalian hair fibres. Micron. vol 28. pp. 469-485.
3. Zahn, H., Wortmann, F. and J. and Hoecker, H., 2005. 'Considerations on the occurrence of Loricrin and Involucrin in the cell envelope of wool cuticle cells.' International Journal of Sheep and Wool Science, vol 53. pp 1-13.
4. Steinert, P.M. and Freedberg, I.M., 1991. Chp1. Epidermal Structural Proteins. Molecular proteins and cellular biology of keratins. In Physiology, biochemistry and molecular biology of the skin. Vol 1 (ed) Goldsmith, L.A. Oxford University Press, New York. pp.120-129.
5. D.C. Teasdale, Wool Testing and Marketing Handbook, Department of Wool and Animal Science, University of New South Wales. Kensington. NSW. 1988.
6. Wool Dyeing, Lewis, D.M.(Ed.), Bradford (UK): Society of Dyers and Colourists. 1992. Р.1-5.
7. Ткачук В.М., Стапай П.В.  Структура, аминокислотный и минеральный состав нормальной и свалянной шерсти асканийских тонкорунных овцематок. Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2012. № 10 (96). С.95-97.
8. Popescu, C., Wortmann, F. J. Wool: Structure, mechanical properties and technical products based on animal fibres. In Industrial Applications of Natural Fibres: Structure, Properties and Technical Applications. ed. J. Muessig. Chichester: John Wiley. 2010. P. 255–266.
9. Patkowska-Sokoła B., Dobrzański Z., Osman K., Bodkowski  R., Zygadlik K. The content of chosen chemical elements in wool of sheep of different origins and breeds.Archiv Tierzucht. 2009. 52(4). P.410-418.
10. Ермаков А. И., Арасимович В. В., Смирнова-Иконникова М. И., Ярош Н. П., Луковникова Г. А. Методы биохимического исследования растений. Л.: Колос. 1987. 430 с.
11. Дэвени Т., Гергей Я. Аминокислоты, пептиды и белки; Пер. с англ. канд. мед. наук А.Н. Маца. Под ред. и с предисл. д-ра биол. наук Р.С. Незлина. Москва: Мир. 1976.  С.355.
12. Steven A.C. Amino Acid analisis Utilizing Phenylisothiocyanate Derivatives. D.J. Strydom. Anal., Biochem. 1988. 174. P.1-16.
13. Naziraxon N., Nazarov O. Olxo‘ri mevasi va danak mag‘zininig makro va mikroelement tarkibini unduktiv bog‘langan plazmali mass-spektrometriya usuli bilan tadqiq qilish //Scientific journal of the Fergana State University. – 2023. – №. 2. – С. 131.
14. Mirzabdullaeva D., Nazarov O. Investigation of the mineral composition of the plant Prúnus armeníaca L. Inductively coupled plasma mass spectrometry//Scientific journal of the Fergana State University. – 2023. – №. 1. – С. 126.
15. Komolova, M., Nazarov, O., Mamajanova, I. Prunus cerasus L. o‘simligini element tarkibini ICP-MS usuli bilan tadqiq qilish. Scientific Journal of the Fergana State University. – 2023 – №.2. – С. 132.