Химия кожного покрова и его производных

Кожный покров представляет собой внешнюю оболочку животного, что делает его посредником между внешним миром и скрытыми частями тела, которые он защищает от механических повреждений, потери воды, проникновения во внутреннюю среду различных болезнетворных начал.
Кожа регулирует теплоотдачу; через нее в известной степени осуществляется газообмен и удаляются с потом продукты распада. Кожный покров является очень чувствительным органом осязания, что обусловлено обилием нервных окончаний, расположенных под поверхностным ороговевшим слоем. Различные роговидные образования (волосяной покров, рога, копыта, перо и пр.) и железы (потовые, сальные, молочные) являются производными кожного покрова.
На поперечном разрезе шкуры животных можно различить три слоя: наружный — эпидермис, средний — дерма (основа кожи или собственно кожа) и нижний — подкожный слой (рис. 37).

Дерма представляет собой основную толщу шкуры, из которой после освобождения от эпидермиса, волоса и подкожной клетчатки на кожевенных предприятиях получают выделанную кожу.
Дерма является плотной соединительной тканью, в которой крепкие пучки коллагеновых волокон переплетаются друг с другом (рис. 38). Прочность кожи обусловлена именно этим слоем.

Подкожный слой также являемся соединительнотканным образованием, типичной рыхлой соединительной тканью, вследствие чего он мягок, легко подвижен и служит для связи дермы с глубже лежащими частями тела. Особенно подвижен этот слой у птиц. В нем залегают жировые клетки, которые при обильном питании сильно развиваются. Огромное скопление жировых клеток у упитанных животных придает их подкожному слою характер жировой ткани.
Подкожный слой жира (шпик) у специально выведенных пород свиней при правильном кормлении и содержании достигает значительной толщины. Вследствие обилия кровеносных сосудов в коже пласты шпика, снятого со свиных туш, имеют на разрезе розовую окраску.
Склонность к накапливанию подкожного жира имеет особенно большое значение для диких животных, которым отложенный за лето и осень жир дает возможность легко переносить зимние лишения. Самки животных, по-видимому, больше склонны к накапливанию жира, чем самцы.
Эпидермис является самым поверхностным слоем кожного покрова. Он построен из эпителиальной ткани и состоит из многих слоев клеток, из которых верхние ороговели, а внутренние сохранили протоплазматическую природу.
Для эпидермиса характерно ороговение. Оно связано с омертвением клеток и периодической сменой ороговевшего слоя новым роговым слоем, образующимся из клеток глубинных слоев, поднимающихся на поверхность. Для правильного развития процесса ороговения необходим витамин А.
В процессе ороговения клеток образуется особое роговое вещество — кератин (греч. keras — рог), который сообщает клеткам большую твердость, увеличивающуюся по мере его накопления.
В состав рогового слоя входят жировые вещества. pH рогового слоя 4,5—5,0; при такой реакции среды микробы не размножаются. В нижележащих слоях эпителия pH изменяется в щелочную сторону и, наконец, в самом нижнем, прилегающем к дерме, он становится слабощелочным — 7,2—7,4, т. е. таким же как и в самой соединительной ткани. После убоя животного, вследствие автолиза соединительнотканного слоя кожи, наблюдается изменение величины pH, постепенно достигающей 5,6.
Кератины являются белками, относящимися к группе протеиноидов. Они входят в состав рогового слоя эпидермиса и всех эпидермальных образований (рогов, копыт, шерсти, волос, пера, пуха и др.).
Кератин не растворяется в холодной и горячей воде и отличается высокой устойчивостью к различным реактивам и внешним воздействиям (изменениям температуры, свету и др.); он не растворяется в растворах солей, спирте, эфире, разведенных кислотах.
При действии щелочей кератин гидролизуется и в раствор переходят образовавшиеся продукты распада кератина. При этом отщемляется значительная часть серы, входящей в молекулу кератина. Кератин не расщепляется ферментами желудочно-кишечного тракта.
Устойчивость кератина к химическим реагентам, ферментам и внешним воздействиям обусловлена главным образом наличием в структуре его дисульфидной (цистиновой) связи.
Цистиновые мостики, образующиеся при ороговении, обладают значительной прочностью. Процесс ороговения состоит в образовании в структуре белка дисульфидных мостиков —S—S—.
Действие щелочи прежде всего сводится к гидролизу дисульфидной связи:

Образовавшиеся сульфеновые кислоты неустойчивы в щелочных растворах и подвергаются дальнейшим изменениям.
Наличие в щелочном растворе восстанавливающих веществ, например сернистого натрия, ускоряет процесс гидролиза.
Способность личинки платяной моли использовать для питания кератин объясняют присутствием в ее пищеварительных соках восстанавливающего вещества, которое способствует расщеплению дисульфидной связи:

После расщепления цистиновых мостиков белок становится доступным действию протеолитических ферментов.
Кератины различного происхождения отличаются по аминокислотному составу, но в основной своей массе содержат значительное по сравнению с другими белками количество аминокислот, в состав которых входит сера. Вообще кератины характеризуются высоким содержанием серы (2—5,6%).
Аминокислотный состав кератина щетины, шерсти и пера приведен в табл. 38.
Волос состоит из полностью ороговевшего кератина, содержащего большое количество цистиновых мостиков, и, следовательно, особенно устойчивого к действию химических реагентов, за исключением щелочей.
На мясокомбинатах перерабатывают волосяной покров свиней — щетину. Основную массу щетины удаляют в процессе обработки туш горячей водой с последующей обработкой в скребмашине. Эта щетина называется щетиной-шпаркой.

Установлено, что обработка щетины водой при 60—65° в течение 2—3 мин. не влияет на механическую прочность, упругость и гибкость щетины.
Хотя кератины являются устойчивыми белками и не подвергаются такой быстрой порче, как белки мяса и крови, но все же их устойчивость ограничена. Поэтому необходимо перерабатывать волосяной покров и другие роговые образования сравнительно быстро. Вследствие наличия крови, эпидермиса, особенно его нижних слоев, клетки которых сохранили протоплазматическую природу, а также повышенной влажности и температуры могут развиваться микробиологические процессы, в результате которых образуются продукты гнилостного распада. Сначала разрушаются цистиновые мостики между соседними цепями кератина по реакции

а затем происходит более глубокий распад белка. Разрушение дисульфидных связей (—S—S—) приводит к потере первоначальных механических свойств щетины (прочности, эластичности, упругости). Поэтому даже такое устойчивое сырье животного происхождения, как щетина, необходимо сравнительно быстро перерабатывать, промывать и сушить.
При изготовлении желатина из обрезков шкур необходимо удалить волосяной покров и эпидермис. Вследствие того что клетки эпидермиса, проходящие стадию ороговения (подобные клетки имеются и в эпидермисе волосяных сумок), менее устойчивы к действию химических реагентов и ферментов, они сравнительно быстро разрушаются. На этом основании для ослабления связи дермы с волосом и эпидермисом прибегают к воздействию соответствующих веществ. В практике широкое распространение получила золка известковым молоком. В кожевенном производстве для ускорения этого процесса в зольники добавляют сернистый натрий.
Ослабление связи волоса со шкурой является на мясокомбинатах необходимым процессом при удалении волоса с шерстных субпродуктов (ноги, уши). Большей частью применяют обработку горячей водой с целью размягчения луковиц и расширения пор с последующим механическим удалением волоса. Если нет необходимости сохранить волос и нужно быстро обработать большое количество субпродуктов, применяют химический способ обезволашивания. При этом используют неустойчивость кератина к действию щелочей. Для быстрого разрушения кератина волос обрабатывают горячим раствором щелочи,
Весь процесс необходимо проводить очень быстро, чтобы предохранить поверхностный соединительнотканный слой кожи от действия щелочи; как уже указывалось, клетки, проходящие стадию ороговения, легче разрушаются, чем клетки волоса и поверхностного слоя эпидермиса.
Шерстные субпродукты обрабатывают 2—3%-ным раствором щелочи (преимущественно едким натром) в течение 2—5 мин. при температуре 75—95°, что приводит к разрушению кератина волоса и эпидермиса. Последующая быстрая промывка и нейтрализация слабой кислотой (0,5%-ный раствор уксусной кислоты) препятствуют повреждению соединительнотканного слоя кожи.
Большой интерес представляют результаты научных исследований, приведших к разработке способов создания волокон шерсти, устойчивых к действию щелочи и обладающих повышенными физико-механическими свойствами. Для этого разрывают в кератине исходные цистиновые связи путем восстановления гидросульфитом и затем соединяют их с помощью формалина. Схематически реакции, протекающие при этом, можно выразить следующим образом:

Введение еще большего числа метиленовых групп (—CH2—) приводит к дальнейшему повышению устойчивости кератина.