Оценка токсикологических свойств продуктов растворения коллагена

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Все научные дисциплины, входящие в систему науки, в том числе товароведение, можно рассматривать как саморазвивающиеся системы, на которые огромное влияние оказывает научно-технические, социально-экономические и другие факторы.

Товароведение сырья животного происхождения является одним из частных разделов товароведения и занимается изучением конкретных ассортиментных сырьевых групп (шерсть, пушное, меховое и кожевенное сырье, а также дополнительные виды), включая вопросы частной классификации и ассортимента по каждой группе, характеристику наиболее значимых потребительских свойств, анализ факторов, формирующих качество; оценку и градации качества; факторы, влияющие на сохраняемость; предреализационную подготовку.

Сырье животного происхождения - это продукции животноводства, используемая рядом отраслей легкой промышленности для производства товаров народного потребления, то есть это результат биологической, технологической и человеческой деятельности [1].

Создание и внедрение в производство современных технологий переработки белоксодержащих отходов сырья животного происхождения для получения нового поколения препаратов и биоматериалов ветеринарного, зоотехнического, биотехнологического назначения предполагает не только глубокое знание особенностей структуры, химического состава, но и вопросов, связанных с оценкой показателей безопасности, надежности, функционального назначения, то есть с потребительскими характеристиками.

Под влиянием процессов технологического цикла и тщательного операционного контроля из полезных свойств сырья, а белоксодержащие отходы обладают ими в полной мере, так как содержат в своем составе биологически активные природные биополимеры (коллаген, эластин, кератин, гиалуроновую кислоту и другое), формируется комплекс товароведных характеристик вначале полуфабриката, а затем и готовой продукции, направленных на удовлетворение запросов конечного потребителя (в частности, качество, количество, ассортиментная принадлежность, цена) и, тем самым, превращение ее в товар народного потребления.

Существующие в настоящее время технологии получения растворимых форм коллагена весьма энергоемки, требуют потребления большого количества воды, использования далеко не безвредных химикатов в достаточно высоких концентрациях, что ведет к дополнительным затратам  на очистку сточных вод.

Наиболее широкое распространение на данный момент получил способ перевода отходов кожевенного производства в раствор путем предварительной щелочно-солевой обработки. Однако этот способ достаточно длителен и  также требует значительных затрат на реактивы и очистку сточных вод [2].

Перед любой перерабатывающей промышленностью всегда стоят задачи повышения эффективности использования сырья, сокращения отходов производства, расширения ассортимента и повышения качества выпускаемой продукции [3].

Во второй половине XX столетия в связи с необходимостью оценки токсичности природных и сточных вод, а также некоторых химических веществ во многих странах мира стали использовать биотестирование [4].

В данной выпускной квалификационной работе изучена оценка токсикологических свойств продукта растворения коллагена.

Известные способы получения ПРК являются достаточно агрессивными, поэтому получение ПРК на основе сыворотки, т.е. вторичных продуктов пищевой промышленности являются актуальными.

В настоящее время известные способы утилизации отходов кожевенно-меховой промышленности практически не применяются на производстве, в связи с энергоемкостью  и трудоемкостью процессов. Большинство предприятий кожевенно-меховой промышленности испытывает  трудности с возобновлением прежних мощностей и о переработке отходов пока не идет речи. Поэтому, отходы производства размещаются на территориях предприятий и в окрестностях. 

Так как, существуют требования к отходам производства и невозможности их утилизации, в рамках данной работы было проведено определение класса опасности отходов кожевенного производства.

1 Литературный обзор. Оценка токсикологических свойств            продуктов растворения коллагена

Коллаген  — фибриллярный белок, составляющий основу соединительной ткани животных (сухожилие, кость, хрящ, дерма и тому подобное) и обеспечивающий ее прочность. Коллаген, является главным компонентом соединительной ткани и составляющий более 30% общей массы белков организма, принадлежит к числу наиболее хорошо изученных белков. Коллаген, или тропоколлаген, - наиболее распространенный белок животного мира.

Известно, что в наземных и морских животных около одной трети общего количества азотистых веществ приходится на долю коллагеновых соединений. Термин "коллаген" происходит от греческих слов "колла" - клей и "генау" - рождаю. Это понятие связывают с широко распространенной группой белков, встречающихся только в животном мире. Из коллагена образованы волокна соединительной ткани. Основными признаками коллагена являются его сопротивление изменению длины в физиологических условиях, химическая инертность, особый аминокислотный состав, способность растворяться и переходить в желатин или клей при нагревании в воде. Коллаген всегда сосредоточивается в соединительных тканях морских и наземных животных - в коже, костях, плавниках, шкуре, сухожилиях и в других частях и органах животных организмов. Известны важнейшие виды соединительной ткани: упругая ткань (сухожилия), плотно переплетенная ткань (кожный покров), хрящевая ткань (трахея), костная ткань (дентин, кости), хордовые опорные ткани (кишки), ретикулярная соединительная ткань (нервы, капилляры).

Коллагенсодержащее сырье представляет собой в основном соединительную ткань, состоящую из клеток, межклеточного вещества и волокон коллагенового характера; кроме этого она содержит незначительное количество эластиновых и ретикулиновых волокон, а также проходящие кровеносные сосуды. Соединительная ткань обеспечивает прочность внешних и внутренних структур животного организма, она богата ценными минеральными веществами, содержит в достаточном количестве аминокислоты, физиологически активные вещества.

Наиболее распространенным является деление коллагенсодержащего сырья на две большие группы: мягкое сырье - кожа, сухожилия; костное сырье - все виды костей.

По технологическим признакам коллагенсодержащее сырье разделяют на сырьевое, содержащее наряду с коллагеном шерсть, щетину; гольевое - почти чистый коллаген; задубленный коллаген.

По назначению коллагенсодержащее сырье разделяют на предназначенное для производства желатина и клея, для производства колбасной оболочки "Белкозин", для производства клея особых кондиций, для медицины, для производства различных белковых продуктов - муки, корма, удобрений, гидролизатов.

Коллаген в зависимости от вида источника происхождения подразделяют на волокнистый коллаген дермы шкур и сухожилий, гиалиновый коллаген костной ткани - оссеин, хондриновый коллаген хрящей, ихтуалиновый коллаген рыбьего пузыря - ихтиокол и коллаген плавников рыб – ихтилепилин [5].

Аминокислотный состав коллагена характеризуется обязательным присутствием оксипролина, являющегося как бы меточкой соединительной ткани, и отсутствием триптофана, являющегося меточкой любой мышечной ткани. По количеству оксипролина можно рассчитать содержание коллагена в любом организме. Этим пользуются в биохимии для распознавания коллагена в различных тканях и органах, в пищевой промышленности - для обнаружения недопустимых отходов в мясе, в желатиновой промышленности - для контроля чистоты желатина, в кожевенном и меховом производстве - для установления отходов.

Коллаген при производстве различной продукции подвергается воздействию кислот, солей, щелочей, воды и других веществ; он имеет в изоэлектрической точке минимум набухания. Резкое повышение набухания коллагена достигается добавлением кислот (минеральных и органических) или щелочей, что широко используется в технологических процессах изготовления различной коллагеновой продукции. Набухание коллагена всегда сопровождается увеличением объема и массы. Чем гидрофильнее белок, тем сильнее он набухает. На практике степень набухания различных соединительных тканей в электролитах можно рассчитать [6].

Содержание коллагена в органах и тканях любого живого организма различно: наибольшее количество коллагена сосредоточено в костях, шкурах, хрящах, сухожилиях и кишечнике. В коже свиньи и собаки содержание коллагена составляет 64%, в коже человека - 72%, в коже крупного рогатого скота - 80%, в коже морских млекопитающих - свыше 80%; значительное количество коллагена обнаружено в коже рыб; соединительная ткань сала китов содержит 74 - 88% коллагена, в плавниках китов его до 83%, в тканях спермацетового органа кашалота до 89%. Процентное содержание коллагенсодержащего сырья рыб выглядит следующим образом: кожа – 2 - 12,6% (от всей массы рыбы); плавники - 0,8 - 8%, плавательные пузыри - 0,4 - 11,4%, чешуя - 0,8 - 6%, кости – 9 - 19%.

Массовый состав плавников китов (сейвалов и финвалов) - 1,7%, кости - 30,2%, плавники кашалота имеют массу около 2%, а масса коллагенсодержащего сырья спермацетового органа кашалота составляет около 8% от массы туши, что составляет в среднем около 2,5 т. [7].

Наиболее рациональным способом консервирования коллагенсодержа-щего сырья является замораживание.

В последние десятилетия коллаген наряду с классическими способами его применения для производства желатина, клея, подкладочных материалов, белкового гидролизата и колбасной оболочки стал все шире использоваться для изготовления текстильных подложек, в различных медицинских целях (хирургический кетгут, защита ран, протезы сосудов), для получения косметических материалов для отделки кожи. При этом используются характерные для коллагена свойства соединительной ткани, волокнистая и фибриллярная структуры, способность к регулированию водного баланса и защите от механических повреждений [8].

Из коллагенсодержащего сырья получают весьма широкий ассортимент пищевой, медицинской, кормовой и технической продукции: клей, желатин, оболочки, пленки, губки, шовный материал, протезы, кожу, меха, различные кормовые продукты. Рыбный клей из плавательных пузырей широко использовался на заре самолетостроения, а клей особых кондиций из кожи рыб - в производстве кинескопов для цветных телевизоров. Коллагеновые пористые пленки и губки из коллагенсодержащего сырья китов успешно испытывались в ожоговом центре института хирургии имени Вишневского А. В., из кожи китов изготавливалась обувь, шкуры акул и других рыб используют для изготовления различных кожаных изделий, шкуры морских львов и других морских млекопитающих используют для получения ценного меха. Коллаген входит в состав косметических средств для «омолаживания» кожи. Из продукта распада коллагена (ПРК) можно получить коллагеновые пленки, губки, нити, трубки. Коллагеновыми материалами лечат раны, ожоги, трофические язвы, пульпиты, их используют для пластики сосудов, клапанов, трахеи, закрытия дефектов кожи ожоговой или травматической этиологии, дефектов кости, твердой мозговой оболочки, роговицы, барабанной перепонки, печени и селезенки, а также в качестве шовного рассасывающегося материала и гемостатических средств и тампонов для заполнения костных полостей и так далее [9].