Некоторые
свойства натурального шелка
C. Машарипов,З.Ибрагимова,
Н.Курбанова
Ташкентская медицинская академия, Ургенчский филиал
Аннотатция
Изучено
аминокислотный анализ по слоям волокна натурального шелка, установлено предположение
о постепенном переходе от серицина к
фиброину как по структуре, так и по аминокислотному составу. Установлено, что
шелк-сырец, представляет собой одноосновную ориентированную белковую
композицию, армированную фиброиновыми стержнями. Шелковая нитъ, обладая
развитой внутренней поверхностъю, является эффективным сорбентом с порами и пустотами, преимущественно
размерами 150-350 нм. Изучено структурно-химические особенности
натуралного шелка с различным содержанием серицина.
Аннотация
Аминокислоталар таркиби ва тузилишига кўра,
аминокислоталар тахлили серициндан фиброинга аста-секинлик билан табиий ипак
толаси қаватларидан ўтиши аниқланди.
Ипак-хомашёси
армирланган фиброин стерженли бир асосли ариентатцияланган оксил композицияси
хисобланади. Ипак ип ички сирт кенглигига эга
бўлиб, говак ва бўшлиқдан иборат самарали сорбент хисобланади.
Унинг ўлчами 150-350нм. Серицинни турли махсулотлари
билан табиий ипакнинг кимёвий тузилиши ўрганилди.
Annatation
Aminacid analysis of fiber layers of natural silk has been
analysed, the assumption about gradual transition from seretsyn to fibroin both
by structure and by aminoacid composition has been defined. It has been found
that the raw silk represents
monobasical oriented proteiaceous composition oriented on fibroin rods.
Silk thread having developed internal surface is effective sorbent with pores
and voids mostly in the sizes of 150 – 350 nm. Chemical – structural features of natural silk with different
content of seretsyn has been found.
Ключевые слова: фиброин, серицин, натуральный шёлк,
шёлк-сырец, краситель.
Калит сузлар: фиброин, серицин, табиий ипак,
ипак-хомашё,
буёк.
Кеу words: fibroin, seretsyn, natural silk, raw silk, dye.
Химическое строение
шелковины различных пород практически идентично и определяется аминокислотным
составом фиброина шелка, структура которого довольно сложная. Первичный элемент
структуры растянутые зигзагообразные полипептидные цепи (β-спирали),
пространственные из чередущихся в строго определенном порядке звеньев -
остатков различных аминокислот. Около 90% всей массы макромолекулы составляют
остатки главным образом глицина и аланина, а также серина и тирозина: суммарный выход глицина и
аланина – из 100 г фиброина составляет 75 г. Остальные аминокислоты составляют
в макромолекуле фиброина – 10%. Макромолекулы фиброина включают также небольшое
количество цистиновых звеньев. (1)
Нами изучено аминокислотный состав поверхностной
(серицина) и внутренней (фиброина) частей волокна шелка-сырца, размотанного из
коконов, из урожая 2013 года, содержащего 21% серицина. Серицин выделяли
фракционным растворением: первую фракцию поверхностного слоя серицина получили
кипячением навески шелка (1г) в течение 30 минут в 100 мл воды; вторую фракцию
- повторным кипячением в 100 мл воды в течение 60 минут 1г шелка, промытого
после фильтрации дистилированной водой; третью фракцию - кипячением в течении
120 минут. Качественной пробой на серецин служило появление окраски при
добавлении к исследуемому раствору щелочного раствора сернокислой меди.
Полученные фракции серецина выпаривали в роторном испарителе при 400С и подвергали гидролизу при 980С в 6н. НСl в течение 24 часа. Остаток шелка (фиброиновая часть) после трехкратной промывки раствором соды также подвергали гидролизу в течение 72 часов в 6н. НСl. Гидролизаты пропускали через сорбент “Сефадекс”, сушили в роторном испарителе. Разбавленные в 10 раз растворы подвергали анализу аминокислотном анализаторе Д-500. (2)
Из данных таблицы 1 видно, что в нитях натурального
шелка наблюдается постепенное изменение аминокислотного состава от серицина к
фиброину. Глицин, аланин, серин и валин, составляющее основное содержание
фиброина, присутствуют в заметных количествах и в серицине. Кроме того, в
серициновых фракциях преобладают аминокислоты с гидрофильными участками боковых
цепей, уменьшающиеся по приближении к фиброиновой фракции.
Например, число остатков аспаргиновой кислоты
снижается от 58 до 40, треонина – от 21 до 5, серина – от 103 до 42 и т.д.
Число аминокислотных остатков глицина и аланина, наоборот, увеличивается от 71
до 176 и от 20 до 77 соответственно. Наблюдается постепенное изменение
аминокислотного состава фракций серицина по мере приближения к фиброиновой
части. Таким образом, аминокислотный анализ по слоям волокна натурального шелка
подтверждает предположение о постепенном переходе от серецина к фиброину как по
структуре, так и по аминокислотному составу.(3)
Таблица
1
Аминокислотный
состав фракций серецина и фиброина шелка-сырца
Названия аминокислот
|
Серициновая часть |
Фиброиновая часть |
||
|
I-фракция |
II-фракция |
III-фракция |
||
Аспаргиновая кислота
|
58/16,2 |
44/11,0 |
40/10,2 |
10/2,4 |
|
Треонин |
21/5,9 |
14/3,5 |
5/1,2 |
6/1,4 |
|
Серин |
103/28,9 |
84/21,0 |
42/10,4 |
48/11,5 |
|
Глутаминовая кислота |
24/6,7 |
21/5,3 |
16/4,0 |
4/1,0 |
|
Пролин |
7/2,0 |
6/1,5 |
6/1,5 |
6/1,5 |
|
Глицин |
71/19,9 |
123/30,8 |
176/43,8 |
180/43,1 |
|
Аланин |
20/5,6 |
68/17,0 |
77/19,2 |
114/27,3 |
|
Валин |
15/4,2 |
13/3,3 |
20/5,0 |
34/8,1 |
|
Изолейцин |
1/0,3 |
6/1,5 |
6/1,5 |
6/1,5 |
|
Лейцин |
9/2,6 |
9/2,6 |
3/0,7 |
3/0,7 |
|
Тирозин |
1/0,3 |
1/0,3 |
3/0,7 |
9/2,2 |
|
Фенилаланин |
1/0,3 |
1/0,3 |
1/0,3 |
3/0,7 |
|
Гистоцин |
4/1,1 |
3/0,8 |
4/1,0 |
1/0,2 |
|
Лизин |
13/3,6 |
7/1,8 |
8/2,0 |
7/1,8 |
|
Аргинин |
6/1,7 |
4/1,0 |
4/1,0 |
2/0,5 |
|
Цистин |
3/0,8 |
3/0,8 |
2/0,5 |
2/0,5 |
|
Сумма |
357/- |
397/- |
492/- |
418/- |
Также было изучено сорбционные свойства коконной нити тетрагибрида
по отношению к парам воды, метанола, этанола при остаточном содержании серицина
в шелке-сырце 29,7%. Кинетику процесса сорбции, оценивали на величине удельной
поверхности волокна Sуд , суммарного объема пор Wo, коэффициента диффузии сорбата в полимерный субстрат
Д. Кроме того, изучалось распределение пор и пустот в шелке-сырце по их
размерам.
Известно, что в воде натуральный
шелк набухает. Следовательно, данные о плотности упаковки структурных
элементов, полученные по результатам сорбции воды, условны и могут быть использованы лишь как сравнительные.
Изотермы сорбции и десорбции шелком-сырцом паров приведены на рис.1. Отсюда
видно, что увеличение размера углеводородного радикала сорбата уменьшает
равновесную сорбцию низкомолекулярных соединений шелковой нитью. Очевидно, это
объясняется уменьшением доступности пор молекулам большого размера. Диаметры
молекул воды, метанола и этанола составляют 35, 46 и 52 нм соответственно для
наглядного представление о плотности упаковки структурных элементов шелка
построили дифференциальные кривые распределения пор по эффективным радиусам.
Рис.1 Зависимость содержания адсорбента в шёлке-сырце
от относительного давление: 1-вода,
2-метанол, 3-этанол.
Как видно из полученных результатов, в
натуральном шелке имеются поры радиусами от 100 до 1000 нм. Поскольку в спиртах
шелк не набухает, то в этом случае полученные характеристики, очевидно, близки
к истенным. В структуре шелка-сырца преобладают поры радиусами 150-350 нм, что
позволяет отнести шелк к сорбентам с мезопорами.
Кривые распределения пор по воде
характерна для систем с переходными порами. Вода, обладая высоким химическим сродством
к серицину и фиброину, может сорбироваться
на активных центрах молекул: карбонильных группах, амино- группах, на
алифатических и ароматических гидроксилах. Поэтому можно предположит, что в
присутствии воды за счет адсорбции и набухание в шелке-сырце происходит как бы
выравнивание пор. При этом доступная поверхность увеличивается, по сравнению с
удельной, определенной по сорбции спиртов.
Итак, суммарный объем пор для
шелка-сырца, если адсорбат вода -
составляет 0,245 см3/г, удельная поверхность- 212 м2/г
и коэффициент диффузии- 1,11*1010 см2/с; метанол - соответственно 0,214 см3/г, 170,1м2/г, 0,93:1010
см2/с; этанол - 0,089 см3/г, 10,2 м2/г, 0,52 м2/г.
Очевидно, это объясняется уменьшением доступности пор молекулам большого
размера. Диаметры молекул воды, метанола и этанола составляют 35, 46 и 52 нм.
Для наглядного представление о плотности упаковки структурных элементов шелка
построили дифференциальные кривые распределения пор по эффективным радиусам.
Таким образом, шелк-сырец, представляет собой одноосно
ориентированную белковую композицию, армированную фиброиновыми стержнями. Шелковая нить, обладая развитой внутренней
поверхностью, является эффективным сорбентом с порами и пустотами,
преимущественно размерами 150-350 нм.
Резюмируя высшеизложенных можно сказать, что в
процессе физико-химических исследований серицина шёлка высказано предположение,
что между серицином и фиброином нет резкой границы как по составу, так и по
надмолекулярной структуре, а есть лишь постепенный переход от наружного слоя
волокна к внутреннему.
Установлено что возможностей взаимодействия
между боковыми функциональными группами серицина и фиброина значительно больше,
чем при механическом смешении обеих белковых компонентов натурального шёлка.
Тепловые эффекты этих реакции сравнительно невелики и поэтому при уменьшение
содержание серицина в шёлке не проявляются.
Таким образом, полученные данные
свидетельствуют о наличии не только физических, но и химических связей между
серицином и фиброином в полимерном субстрате.
Литература
1.
Г.Е. Кричевский
Перспективы развития промышленности химических волокон -3-е издание, –М.;
Химия, 1986, 192 с.
2.
Э.Б. Рубинов Технология
шёлка – М.; Лёгкая и пищевая промышленность, 1981- 392 с.
3.
Р.И. Хоменко, И.М.
Мухамедов, Б.Э. Геллер, Механические свойства и износостойкость текстильных
материалов, Вильнюс, 1971, 150-152 с.