ИЗУЧЕНИЕ СОДЕРЖАНИЕ МАКРО И МИКРОЭЛЕМЕНТОВ КОКОНОВ И КУКОЛОК ТУТОВОГО ШЕЛКОПРЯДА

АННОТАЦИЯ

Быстровозрастастающие потребности в металлопорфиринах требуют поиска новых источников порфиринов и эффективных методов их синтеза. Дешевым, удобным и практически неограниченным источником хлорофилла и порфиринов на его основе в нашей стране могут быть выделения тутового шелкопряда (ВТШ), накапливающиеся в огромных количествах при вскармливании гусеницы тутового шелкопряда листьями тутовника (шелковицы).

ABSTRACT

The rapidly growing demand for metalloporphyrins requires the search for new sources of porphyrins and effective methods for their synthesis. A cheap, convenient and practically inorganic source of chlorophyll and porphyrins based on it in our country can be silkworm excretion, accumulating in huge quantities when the silkworm caterpillar is fed with mulberry leaves.

Ключевые слова: шелковица, куколка, хитин, белок, липиды, серицин, калий, кальций, гусеницы, личинки, экстракция.

Keywords: Shelkonder, pupa, hitin, protein, lipid, sericin, potassium, calcium, caterpillars, larvae, extraction

Литературный обзор

Куколка тутового шелкопряда, образующаяся после личиночного периода, вдвое короче и почти в 2 раза легче гусеницы V возраста. По данным Х.Х. Бабаджанова и сотрудников, с начала формирования куколки до момента метаморфозы в бабочку ее масса у большинства отечественных гибридов шелкопряда снижается от 2,7+0,2 до 1,3+0,3 г. Основными химическими компонентами являются хитин, белки и липиды. Содержание неорганических веществ в однодневной куколке достигает 3,2+0,2% в расчете на абсолютно сухое вещество, а в четырехдневной – 4,3+0,4%. Количество липидов в куколке по мере ее развития возрастает с 33+2% до 48+1%, а связанного азота снижается [7; 8; 5]. Влажность живых куколок составляет 250–360%, а после запаривания коконов и сушки – 8–12%. Экзоскелет куколки построен в основном из зоополиуглевода-хитина (поли-2-ацетато-амидо-2-дезокси-Р-D-глюкозы), который пропитан смесью эфирных вехитинов (поли-2-веществ, называемых «куколочным маслом»). В настоящее время накоплен достаточно обширный экспериментальный материал о композиционном составе жировосковых и белковых веществ, экстрагируемых из куколки. Установлено, что в состав «куколочного масла» входят моно-, ди- и тризамещенные глицериновые эфиры насыщенных (25%) и ненасыщенных (75%) кислот, глицерофосфаты, а также некоторое количество стеринов, гидроксилсодержащих производных циклопентанопергидрофенантрена [3; 6; 2]. Кроме того, обнаружены простые эфиры глицерина и высших спиртов, таких как октадециловый, цериловый и других. В состав экстрагируемого «куколочного масла» также входит некоторое количество белка, содержание связанного азота в котором – 0,7–1,2 масс.%. После экстракционных обработок оболочки куколок состоят в основном из хитина, устойчивого к действию разбавленных и концентрированных щелочей, и, как видно из табл. 1, их химический состав несколько изменяется под влиянием экстрагируемой жидкости.

Таблица 1.

Элементный состав оболочки куколки после экстракции в течение 6 часов

Экспериментальная часть

Весь шелковичный кокон, не считая сдира (ворса) и колыбельки для куколки, состоит из одной нити, длина которой у некоторых пород тутового шелкопряда достигает 1800–2000 м. Шелк выделяется особыми парными шелкоотделительными железами шелковичного червя. В задней части железы образуется высокомолекулярный белок-фиброин (собственно шелк), относящийся к классу склеропротеинов, а в резервуаре железы – серицин (шелковый клей), который, подобно муфте, окружает фиброин.

Молекула фиброина шелка состоит главным образом из остатков четырех а-аминокислот: глицерина, аланина, серина и тирозина, составляющих в сумме около 90% массы молекул. Серицин – белковое соединение, способы сочетания аминокислот которого до сих пор неизвестны. Суммарное содержание аминокислот серицина составляет 88%.

Калий является основным макроэлементом тела куколки, составляя 1,7% ее сухой массы, тогда как кальций присутствует в ней в десять раз меньших количествах. В коконе количество обоих элементов равно и составляет 0,4%. Натрий присутствует в куколке в количестве 1 бмг/кг, что в 10 раз ниже, чем в листе шелковицы и ВТШ. В коконах тутового натрия содержится почти в 5 раз больше, чем в куколке. Эти результаты свидетельствуют о том, что к моменту завивки кокона гусеница практически полностью освобождает свой организм от минеральных компонентов, за исключением калия, причем большая часть натрия и кальция направляется в состав кокона, а не тела бабочки. Содержание микроэлементов (мг/кг) в коконах и куколках тутового шелкопряда представлено в следующем порядке соответственно: железо – 1363 B 64; марганец – 5,43 2,1; цинк – 198%; 157, бром – 59% 3B 47; хром – 1,34% B 0,3; кобальт – 0,09; 0,009; сурьма – 0,263B 0, 12; медь – 14% 3B 15,1; скандий – 0,006; 0,002; европий – 0,0007; 0,0003.

Микроэлементы, присутствующие в теле гусеницы, неравномерно распределяются между коконом и куколкой. Большая часть их включается в состав кокона в количествах, в 2–4 раза больших, чем в тело куколки. Это относится к железу, марганцу, хрому, сурьме и ряду других элементов, а количество кобальта в теле бабочки уступает таковому в коконе в 10 раз. Особенно низкое содержание в куколке марганца, уменьшающееся по сравнению с листом шелковицы в 18 раз. Количество железа в куколке меньше, чем в листе, в 5 раз, а кобальта – в тысячи раз. Эти данные хорошо согласуются с результатами балансовых исследований, согласно которым железо и марганец усваиваются гусеницей всего на 5–10%. Хорошо соответствуют балансовым исследованиям и данные содержания цинка, брома и меди в коконах и куколках тутового шелкопряда. Эти элементы, хорошо усваиваемые гусеницей, содержатся в повышенном количестве в теле куколки, причем содержание цинка превышает его концентрацию в листьях в раз, а брома – более чем в 30 раз. Д. Акутсу и Д. Кобаяши отмечают способность гусеницы тутового шелкопряда накапливать повышенное количество цинка в своем организме. Так, в области, удаленной от завода по выплавке цинка, они нашли в теле гусеницы 100 мг/кг цинка в расчете на сухое вещество. Д. Акутсу в аналогичных условиях обнаружил в теле куколки и листе шелковицы 157 и 26 мг/кг цинка соответственно, что идентично данным, полученным в лабораториях авторами [2; 4; 9; 1]. В техногенных условиях шелкопряд обладает удивительной способностью накапливать огромные количества этого элемента, достигающие 1200 мг/кг сухой массы. При этом с ВТШ – до 1500 мг/кг цинка. Содержание кадмия в теле гусеницы, составляющее в норме 0,14 мг/кг, в условиях техногенного загрязнения среды возрастает в 30 раз и достигает 4,2 мг/кг, а свинца – 8,5 мг/кг. Приведенные данные свидетельствуют о том, что личинка тутового шелкопряда обладает выраженной способностью концентрировать цинк и кадмий. Содержание цинка в ее организме способно возрастать в 12 раз по сравнению с нормой, а кадмия – в 30 раз, что говорит об избирательном усвоении этих элементов гусеницей. Проведенное комплексное исследование динамики содержания микроэлементов в процессе развития тутового шелкопряда оказалось весьма полезным в утилитарном аспекте этой проблемы. Несомненной удачей здесь следует считать установление факта высокого содержания белка в ВТШ. Этот факт открывает перспективу использования ВТШ в качестве белковой добавки в корма для животноводства. Можно обсуждать вопрос о том, целесообразно ли использовать выделение личинок тутового шелкопряда без дополнительной обработки или же экономически более целесообразна его предварительная переработка с целью извлечения одних компонентов и обогащения другими. С точки зрения «динамической технологии» важно, что имеется область применения ВТШ с практически неограниченной емкостью. Наряду с этим весьма перспективно развивать и другие, более сложные технологии использования выделений личинок тутового шелкопряда в качестве исходного сырья. Рассматривая химический состав ВТШ с позиции их использования на корм скоту, рыбной отрасли, необходимо отметить, что при достаточно высоком содержании белка (12%) они по своему минеральному составу не полностью соответствуют нормам питания сельскохозяйственных животных. Это связано с тем, что, во-первых, сам лист шелковицы обеднен рядом важных микроэлементов, таких как калий, натрий, фосфор, магний и хлор, и, во-вторых, в результате прохождения через пищеварительный тракт насекомого отдельные элементы накапливаются в ВТШ в избытке, a содержание других, напротив, опускается ниже минимального уровня потребности животных.

Вывод. Таким образом, определение макро- и микроэлементного состава и аминокислотного спектра коконов и куколок тутового шелкопряда имеет большое значение для использования отходов шелкопряда в народном хозяйстве.

Список литературы:

1. Влияние комплекса микроэлементов на рост и развитие дубового шелкопряда (Antheraea pernyi) / С.М. Седловская [и др.] // Весці Нацыянальнай акадэміі навук Беларусі. Серыя біялагічных навук. – 2010. – № 2. – С. 102–108.
2. Макрогетероциклы / Macroheterocycles. – 2015. – № 8 (2). – С. 218–222.
3. Порфины: спектроскопия, электрохимия, применение / К.А. Асқаров [и др.]. – М. : Наука, 1987.
4. Avramova K. Comparative study of a new variety of mulberry of the species morus Alba L // Agricultural Sciences/Agrarni Nauki. – 2020. – Т. 12, № 27.
5. Gossauer A. Struktur des Pyrrol-Moleküls // Die Chemie der Pyrrole. – Springer, Berlin, Heidelberg, 1974. – P. 1–34.
6. McMurry J. Organic Chemistry Ninht Edition. – Printed in the United States of America, 2015.
7. Smith K.M., Bisset G.M.F. General synthesis of hydrocarbon-soluble porphyrins // The Journal of Organic Chemistry. – 1979. – Т. 44, № 13. – P. 2077–2081.
8. Synthetic sudies related to myoglobin: syntheses of bridged porphyrin systems / A.R. Battersby [et al.] // Journal of the Chemical Society, Chemical Communications. – 1976. – № 21. – P. 879–881.
9. The composition of red mason bee cocoons / A. Murawska [et al.] // Journal of Apicultural Research. – 2021. – P. 1–6.