Перед любой перерабатывающей промышленностью всегда стоят задачи повышения эффективности использования сырья, сокращения отходов производства, расширения ассортимента и повышения качества выпускаемой продукции. Особенно это касается такого ценного исчерпываемого, но возобновляемого при правильной эксплуатации сырья, как гидробионты. Поэтому в ближайшее время особое развитие получат такие технологии, которые позволят максимально использовать природное сырье.

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.

Коллагенсодержащее сырье головной полости кашалота (рис. 1.) контактирует со спермацетовым жиром, используемым для лечения ожогов, язв, кожных заболеваний, в парфюмерной промышленности. Такое уникальное сочетание природных биологически активных веществ встречается довольно редко.

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.

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. На рисунке 2 показано набухание коллагена в кислоте, щелочи и воде.

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 от 74 до 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%, вязига осетра - 7,6-10,2%.

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.

Наиболее рациональным способом консервирования коллагенсодержащего сырья является замораживание.

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.

Ресурсы промышленного коллагенового сырья как наземных животных, так и гидробионтов весьма велики. Однако коллагенсодержащие ресурсы наземных животных изучены более основательно, чем сырье водных гидробионтов.

Технология растворения коллагена
Слово "технология" объединяет в себе два понятия: "techne" - искусство, ремесло, техника и "logos" - учение, наука, на основании чего можно утверждать, что технология в общепринятом смысле означает учение о способах, методах, средствах и принципах переработки сырья, материалов, полуфабрикатов, продуктов.

В настоящее время научный и практический интерес представляют продукты растворения коллагена (ПРК), из которых получают различную продукцию для народного хозяйства.

ПРК получают по специальной технологии: коллагенсодержащее сырье измельчают на частицы размером 4 мм и менее, промывают проточной водой, частично обезжиривают, после чего подвергают щелочно-солевой или ферментативной обработке. Обычно используют 10-13-процентный раствор щелочи в насыщенном растворе сернокислого натрия. В таком растворе кусочки коллагенсодержащего сырья выдерживают от 20 до 24 часов, после чего их промывают полунасыщенным раствором сернокислого натрия. Нейтрализацию оставшейся на кусочках щелочи осуществляют соляной кислотой. Далее проточной водой тщательно промывают уже набухший коллаген и измельчают его на частицы размером 1-2 мм. Растворение коллагена проводят в растворе какой-либо органической кислоты (уксусной, лимонной и т.д.) оптимальной концентрации, предварительно определив максимум набухания.

Гомогенизация ПРК проводится обычно через капроновую ткань.

Химический состав ПРК приведен в таблице.

На рисунке 3 показан механизм действия фермента на коллаген, в результате чего коллаген разделяется на альфа- и бета-компоненты. Но ферментативные продукты растворения коллагена более дорогие, чем ПРК, полученные обработкой коллагенсодержащего сырья щелочью и сернокислым натрием.

Обычно ПРК хранят при температуре от плюс 100С до минус 50С и ниже. Режим хранения ПРК зависит от продолжительности их нахождения в холодильной камере перед сушкой.

Данная технология весьма перспективна для получения различных коллагеновых материалов, используемых в медицине.