ІНСТИТУТ БІОЛОГІЇ ТВАРИН УААН

ТКАЧУК ВІТАЛІЙ МИРОСЛАВОВИЧ

УДК 636.32/38:677.31:577.115

СТРУКТУРНІ ЛІПІДИ КЕРАТИНУ ВОВНИ ОВЕЦЬ У ЗВ’ЯЗКУ З РОСТОМ, ПРОЦЕСАМИ ПОЖОВТІННЯ, ФІЗИКО-ХІМІЧНИМИ ВЛАСТИВОСТЯМИ ТА ГОДІВЕЛЬНИМИ ФАКТОРАМИ

03.00.04 – біохімія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Львів – 2007

Дисертація є рукописом.

Робота виконана в Інституті біології тварин УААН.

Науковий керівник – доктор сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник Стапай Петро Васильович, Інститут біології тварин УААН, завідувач лабораторії живлення овець та вовноутворення

Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук, доцент Седіло Григорій Михайлович, Інститут землеробства і тваринництва західного регіону УААН, директор

кандидат сільськогосподарських наук, доцент Періг Дмитро Петрович, Львівська національна академія ветеринарної медицини імені С.З.Ґжицького МАП України, доцент кафедри технології продуктів дрібного тваринництва

Провідна установа – Білоцерківський державний аграрний університет МАП України, кафедра органічної і біологічної хімії, м. Біла Церква

Захист відбудеться “15” травня 2007 р. о “1200” годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.368.01 в Інституті біології тварин УААН за адресою: 79034, м.Львів, вул. В.Стуса, 38.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту біології тварин УААН (79034, м.Львів, вул. В.Стуса, 38)

Автореферат розісланий “13” квітня 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Віщур О.І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Проблема підвищення вовнової продуктивності овець та покращення якості вовни була і залишається актуальною. Особливо гостро стоїть питання її якості, оскільки значна кількість виробленої вовни є низькосортною, із різними вадами, зокрема пожовтінням волокон, їх звалюванням, стоншанням тощо (Стапай П.В. та ін., 1997; Лико І.Я., 2003).

Вирішення цієї проблеми неможливе без розкриття механізмів вовноутворення та цілої низки питань, пов’язаних із вивченням структури і хімічного складу вовни, тобто показників, що визначають фізичні властивості волокон, а, отже, й технологічну якість вовни як сировини в цілому (Седіло Г.М., 2002). Вовняне волокно у процесі росту зазнає значного впливу різноманітних факторів зовнішнього середовища, які часто призводять до втрати природного білого кольору, тобто пожовтіння, що є серйозною вадою, яка значно погіршує фізико-хімічні й технологічні властивості, а, отже, і знижує якість виробів із такої вовни (Макар І.А., 1992; Стапай П.В. та ін., 1998).

Як відомо, основним компонентом вовни, який визначає її структурні й фізико-хімічні властивості, є білок – кератин. Чиста, суха і знежирена вовна майже на 98% складається з цього білка. З огляду на це, рівень та характер годівлі овець часто стають лімітуючими факторами для процесів вовноутворення. Незбалансована годівля, до того ж при фізіологічному навантаженні на організм, пов’язаному з вагітністю і лактацією вівцематок, призводить до депресії вовноутворення, ослаблення міцності волокон та появи так званої „голодної тонини” (Макар І.А., 1999).

У структурі кератинових волокон міститься невелика кількість ліпідів, трохи більше 1% від сухої маси волокна (Wertz Р.W., 1997; Gniadecka M. et.al., 1998). Однак, сучасною наукою ще остаточно не встановлено походження цих ліпідів, їх склад та функціональні властивості. Особливо мало відомо про ліпіди вовни овець, їх роль у формуванні фізико-хімічних та технологічних властивостей вовнової сировини.

Саме цим пояснюється актуальність досліджень, спрямованих на вивчення ліпідного та жирнокислотного складів вовни, їх ролі у формуванні фізико-хімічних властивостей волокон за різних умов. Аналогічні дослідження досі фактично не здійснювалися.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є частиною наукової теми „Вивчити механізми вовноутворення і розробити генетико-біохімічні способи підвищення вовнової продуктивності та поліпшення якості вовни” (02.07. ДР 0101 U003435), яка виконувалась у лабораторії фізіолого-біохімічних основ вовноутворення Інституту біології тварин УААН у 2001-2005 роках і входила до державної програми НТП 14 „Фізіологія і біохімія тварин. Біологічні основи підвищення продуктивності тварин”, де автор досліджував структурні ліпіди кератину нормальної і пожовтілої вовни, та за різних умов її річного росту в залежності від фізіологічного стану організму вівцематок, сезону і умов годівлі тварин.

Мета і завдання дослідження. Мета роботи – встановити ліпідний та жирнокислотний склад кератину вовни овець, з’ясувати їх роль у формуванні фізико-хімічних властивостей волокон за різних умов.

Для реалізації поставленої мети вирішувались такі завдання:–

дослідити ліпідний, жирнокислотний і хімічний склад та фізичні показники нормальної і пожовтілої вовни;–

дослідити ліпідний і хімічний склад та фізичні показники вовни в процесі її річного росту у вівцематок з різним фізіологічним станом організму;–

вивчити вплив добавок до основного раціону овець ріпакової макухи та різних рівнів макро- і мікроелементів на ріст вовни, її ліпідний, жирнокислотний та хімічний склад, фізичні показники;–

встановити взаємозв’язки досліджуваних показників вовни і визначити коефіцієнти їхньої кореляції.

Об’єкт дослідження. Зв’язок ліпідів кератину вовни з її хімічним складом та фізичними показниками в процесі річного росту у вівцематок за різного фізіологічного стану організму, пожовтіння вовни та впливу годівлі й утримання овець.

Предмет дослідження – ліпіди та жирні кислоти, сірка, цистин, фосфор, тирозин, триптофан, гексозаміни, азот, міцність вовни та її гігроскопічність.

Методи досліджень. Для досягнення поставленої мети використовували зоотехнічні (показники продуктивності), біохімічні (тонкошарова та газорідинна хроматографія), фізичні (міцність, гігроскопічність), математичні та статистичні методи.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше досліджено вміст і склад ліпідів та жирних кислот кератину вовни овець, їх зв’язок з хімічним складом та фізичними показниками у процесі річного росту у маток за різного фізіологічного стану організму, умов годівлі та утримання тварин, їх породних особливостей вовнового покриву, впливу сезонних факторів та у зв’язку із процесами пожовтіння вовни. У результаті цього одержано нові дані щодо ролі ліпідів кератину вовни у формуванні її фізико-хімічних властивостей за різних умов.

Показано, що ліпіди і жирні кислоти є важливими структурними компонентами кератину волокон. Їх кількісний вміст, якісне співвідношення окремих компонентів, насамперед, є характерною породною особливістю. У грубій вовні каракульських овець міститься значно більша кількість загальних ліпідів порівняно із напівтонкою вовною, у результаті цього змінюється співвідношення між полярними і нейтральними класами ліпідів. Серед жирних кислот домінує стеаринова кислота, що зумовлює збільшення насиченості жирних кислот. Встановлено характерні особливості змін ліпідного і жирнокислотного складу кератину вовни, що відбуваються у процесі річного росту під впливом різних паратипових факторів, а також у зв’язку із фізіологічним станом організму маток, тобто вагітністю та лактацією. Встановлено позитивний вплив згодовування у складі основного раціону ріпакової макухи та підвищених рівнів на 25 і 50% сірки, кремнію, йоду та селену на ріст вовни, її ліпідний, жирнокислотний і хімічний склад та фізичні властивості.

Отримано нові дані щодо змін ліпідних компонентів і жирних кислот у пожовтілій вовні, які чітко вказують на те, що процеси пожовтіння тісно пов’язані з інтегральними ліпідами кератину, насамперед, із полярними класами та їх високомолекулярними жирними кислотами.

Практичне значення одержаних результатів. Результати досліджень розширюють і поглиблюють існуючі дані про формування фізико-хімічних властивостей вовни в процесі її річного росту за різних умов. Вони можуть бути використані для розробки науково обґрунтованих заходів виробництва високоякісної вовни, зокрема, попередження та ліквідації такої вади вовни, як пожовтіння. Дані, які отримано вперше, можуть бути використані у викладанні курсу вівчарства (основи вовноутворення) для студентів біолого-технологічних факультетів.

Особистий внесок здобувача. Автор особисто підготував обґрунтування теми дисертаційної роботи, провів підбір і опрацювання літератури, розробив методичні підходи для вирішення поставлених завдань, опанував необхідними методами досліджень, виконав експериментальну частину роботи, провів математичну та статистичну обробку отриманих даних. Аналіз одержаних результатів досліджень, формування висновків і пропозицій проведено спільно із науковим керівником.

Апробація результатів досліджень. Результати досліджень, що включені до дисертації, доповідалися на щорічних засіданнях вченої ради Інституту біології тварин УААН (Львів, 2001-2003 рр.); Міжнародній науково-практичній конференції „Біологічні основи підвищення продуктивності тварин”, присвяченій 40-річчю створення Інституту біології тварин УААН (Львів, 2002); Міжнародній науково-практичній конференції молодих вчених та спеціалістів „Молоді вчені у вирішенні проблем аграрної науки і практики” (Львів, 2002); Міжнародній науково-практичній конференції „Стан, проблеми та перспективи сучасної аграрної науки і практики”, присвяченій 105-річчю від дня народження С.З.Ґжицького (Львів, 2005); Міжнародній науково-практичній конференції „Молоді вчені у вирішенні проблем аграрної науки і практики” (Львів, 2006).

Публікації результатів досліджень. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 7 наукових праць, в тому числі у фахових виданнях - 6.

Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, огляду літератури, матеріалів і методів, власних досліджень, обговорення результатів досліджень, висновків та пропозицій виробництву, списку використаних джерел літератури. Загальний обсяг дисертації з додатками – 143 сторінки, у тому числі 28 таблиць (15 сторінок), 8 рисунків (3 сторінки) та 11 додатків. Список використаних джерел літератури включає 243 найменування, в тому числі 125 – латиною.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Огляд літератури. В огляді літератури, який складається з 5 підрозділів, аналізуються дані, що характеризують кератини та ліпіди кератинізованих тканин, хімічний склад і фізичні показники вовни, процеси її пожовтіння, біологічні особливості формування продуктивних якостей овець.

Загальна методика та основні методи досліджень. Експериментальна частина роботи виконана у двох серіях дослідів. Перша серія виконана на поголів’ї помісних латвійських темноголових вівцематок, що належали дослідному господарству „Гряда” Інституту біології тварин УААН. Дослід проведено у два етапи. На першому етапі ставилась мета вивчити зв’язок структурних ліпідів кератину вовни з процесами пожовтіння волокон. Для цього перед весняною стрижкою тварин було підібрано групу повновікових вівцематок у кількості 14 голів. Основним критерієм підбору тварин служив колір вовни. Тобто аналізувалися зразки білої та пожовтілої вовни. Піддослідні тварини впродовж усього періоду досліджень знаходилися у загальній отарі. У літньо-осінній період вони випасалися на природних пасовищах, а в зимово-стійловий їх годівля здійснювалась згідно з існуючими нормами годівлі.

На наступному етапі досліджень були використані глибококітні матки, матки з різними термінами лактації, нелактуючі тварини, у яких досліджували зразки вовни, яка виросла у різні періоди її річного росту, зокрема, у літньо-осінній період (червень-вересень), осінньо-зимовий (жовтень-січень) і зимово-весняний (лютий-березень).

У другій серії дослідів ставилась мета з’ясувати вплив годівельних факторів на ріст вовни, її хімічний склад та фізичні властивості. Дослід проведено на баранчиках асканійського багатоплідного типу каракулю в умовах дослідного господарства „Маркеєво” Інституту тваринництва степових районів імені М.Ф.Іванова „Асканія-Нова”. Для цього було підібрано 51 голову 4-місячних баранчиків, яких за принципом пар-аналогів з урахуванням віку та живої маси розподілили на три групи (по 17 голів у кожній). У зрівняльний період (10 діб) усі тварини отримували раціон, збалансований за деталізованими нормами годівлі (Ноздрін М.Г. та ін., 1991). До складу раціону входили типові для південного регіону України корми.

У дослідний період, який тривав 150 днів, тварини контрольної групи отримували основний раціон зрівняльного періоду, а тваринам дослідних груп до основного раціону вводили 25% ріпакової макухи (замість еквівалентної кількості за поживністю ячменю), збагаченої підвищеними рівнями щодо існуючих норм на 25 (перша дослідна група) і 50% (друга дослідна група) сірки (сірка елементарна), селену (селеніт натрію), йоду (йодистий калій) і кремнію (метасилікат натрію).

Контроль за вовновою продуктивністю піддослідних тварин здійснювався шляхом обліку приросту волокон за період досліду на обліковій площі шкіри розміром 100 см2. Для біохімічних досліджень використовували зразки вовни, відібраної в кінці досліду від п’яти голів з кожної групи.

Структурні ліпіди з подрібнених до порошкоподібного стану за допомогою рідкого азоту волокон, отримували шляхом екстракції в апараті Сокслетта з допомогою хлороформ-метанолової сумішші (2:1).

Загальну кількість ліпідів визначали ваговим методом, їх склад – методом тонкошарової хроматографії (Стапай П.В., 1988), а визначення жирнокислотного складу – методом газорідинної хроматографії (Немировський В.І. та ін., 1989).

Вміст загального фосфору визначали за методом Герлаха і Даутічке в описанні Маленко (1973), сірку – за методом Макара і співавт. (1989), цистину – за методом Фоліна-Марензі у модифікації Цана і Траумана (1954), загального азоту – за К’єльдалем (1978), тирозин – за Гольдшмідтом (1957), триптофан – за Грехемом (1960), гексозаміни – за Боас (1953).

З фізичних показників вовни досліджували міцність волокон (Калінін В.В., 1970) та гігроскопічність.

Статистичну обробку експериментальних даних проводили за Ойвіном (1960) за допомогою програми “Excel” (Козій Б., 2001). Для встановлення вірогідних різниць між середніми величинами використовували критерій Стьюдента (t).

РЕЗУЛЬТАТИ ВЛАСНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ І ЇХ ОБГОВОРЕННЯ

Зв’язок структурних ліпідів і жирних кислот кератину вовни з її хімічним складом, фізичними властивостями та процесами пожовтіння. Встановлено, що загальна кількість ліпідів у кератині вовни овець коливається у широких межах (0,46-2,38%), що залежить від багатьох факторів, зокрема, сезонних, рівня й характеру живлення тварин, їх породної приналежності, фізіологічного стану організму тощо. Показано, що у нормальній за станом вовні, тобто білій, кількість загальних ліпідів є більшою порівняно із вовною, яка у процесі росту зазнала деструктивних змін, пов’язаних із процесами пожовтіння. Особливо помітні відмінності спостерігалися між окремими зонами, тобто верхівкою та основою штапеля. Так у білій вовні в обох зонах міститься однакова кількість загальних ліпідів (0,74 і 0,76%), тоді як у пожовтілій спостерігається зменшення їх, яке особливо помітне у нижній зоні штапеля (0,64 і 0,46%).

Слід зазначити, що різні зони штапеля характеризуються різними періодами росту волокон і зазнають відповідно різного за характером та інтенсивністю впливу на них факторів навколишнього середовища. Зокрема, ріст верхньої зони штапеля припадав на пасовищний період утримання овець, а нижньої – на зимово-стійловий. У цьому плані верхня зона штапеля вважається такою, що сформувалася під впливом кращого аліментарного забезпечення. Однак за період річного циклу росту вона зазнає значно більших впливів факторів навколишнього середовища (сонячна радіація, атмосферні опади, мікрофлора руна і т.п.), які у підсумку призводять до деструктивних змін у структурі й хімічному складі волокон, їх пожовтіння та погіршення фізичних показників.

Із цифрових даних таблиці видно, що зменшення загальних ліпідів відбувається за рахунок як нейтральних, так і полярних класів ліпідів. Зокрема, загальна кількість полярних ліпідів зменшилася в середньому на 11,05%. Це зменшення відбулося в основному за рахунок зменшення на 14,88% фракції глюкозилцерамідів і на 7,7% – церамідів. Проте паралельно з цим вірогідно збільшилася фракція сульфоліпідів (на 15,2%).

Зміни, які зафіксовані між окремими фракціями нейтральних ліпідів білої і пожовтілої вовни, чітко вказують на те, що процеси пожовтіння супроводжуються процесами гідролізу ліпідних компонентів. На це вказує різке зростання неетерифікованих жирних кислот (на 38,18%) та зменшення фракцій холестеролу, особливо його етерифікованої форми.

Співвідношення між полярними і нейтральними класами ліпідів у кератині вовни за різних умов досліджень виявилося різним. У даній серії дослідів найбільший відсоток полярних ліпідів є у верхній зоні білої вовни (41,5%), а найменший – у нижній зоні пожовтілої вовни (31,7%). І, як буде показано далі, у вовні вівцематок із різним фізіологічним станом організму частка полярних ліпідів є найвищою, а найменший вміст їх виявився у вовні каракульських баранчиків.

З даних таблиці видно, що більшість полярних ліпідів кератину вовнових волокон становлять гліколіпіди, серед яких понад 40 відсотків припадає на цераміди (40,9-48,2%). Серед інших ліпідів високий відсоток складають сульфоліпіди (29,4-39,0%). Не виключено, що останні можуть бути розділені ще й на фракцію холестерол сульфату, на наявність якого вказують деякі дослідники (Brosche T. et. al., 2001), і яка виявлена нами в подальших дослідженнях. Як бачимо, не усі класи полярних ліпідів ідентифіковано. Однак, їх частка є кількісно незначною (від 0,38 до 3,31%) і можливо, що наявність їх у волокні не є обов’язковою, оскільки вони можуть бути продуктами окислення. Зокрема, однієї з цих фракцій нами не виявлено у нижній зоні штапеля.

З’ясувалося, що збільшення сульфоліпідів та зменшення глюкозилцерамідів і церамідів забезпечувалося виключно за рахунок верхньої зони штапеля, тобто вовни, ріст якої припадав на пасовищний період утримання овець.

Таблиця

Ліпідний склад білої та пожовтілої вовни, % (М ± m)

Показники | Вовна | р

біла, n = 9 | пожовтіла, n = 6

Полярні ліпіди: | 36,03±1,51 | 32,05,490,05–

гліколіпіди найвищої полярності | 6,760,81 | 6,910,520,5–

неідентифіковано | 1,040,17 | 1,230,08 | 0,5–

неідентифіковано | 0,470,04 | 0,380,21 | 0,5–

глюкозилцераміди | 14,710,27 | 12,520,160,01–

сульфоліпіди | 32,511,51 | 37,460,730,001–

цераміди | 45,201,32 | 41,720,64 | 0,001

Нейтральні ліпіди: | 63,97±1,46 | 67,97±0,87 | 0,05–

неетерифікований холестерол | 48,14±7,48 | 41,76±1,51 | 0,5–

нежк | 27,53±4,18 | 38,18±2,44 | 0,05–

стеринова фракція | 10,94±1,72 | 11,80±0,43 | 0,5–

ефірнозв’язаний холестерол | 13,39±2,00 | 8,27±0,55 | 0,05

У ліпідах кератину вовни міститься 19 жирних кислот, серед яких є кислоти як з парним, так із непарним числом вуглецевих атомів, а також ізо- й антеізокислоти. Виявилося, що з-поміж ідентифікованих нами кислот насичені складають приблизно 2/3 від загальної кількості (65-68%), а головними серед них є пальмітинова і стеаринова, на частку яких припадає майже 50%. Найбільший відсоток серед ненасичених жирних кислот має олеїнова (С18:1 = 15-21%).

Аналіз отриманих даних показав, що жирнокислотний склад пожовтілої вовни у якісному відношенні є іншим порівняно із нормальною за станом вовною, тобто білою. З’ясувалося, що ці різниці проявляються, насамперед, з боку розгалужених кислот, особливо з непарним числом вуглецевих атомів, але найбільше – з боку 18-метилейкозанової кислоти (С21:0 антеізо). Її концентрація у пожовтілій вовні є у два рази вищою в порівнянні з білою (7,24 проти 3,07%, р<0,02). Стосовно інших змін, то слід вказати на істотне зменшення у пожовтілій вовні ізокислот С17:0 і С20:0 (р<0,05).

Показано, що хімічний склад білої та пожовтілої вовни є різним. Так на фоні практично однакових показників вмісту загального азоту в пожовтілій вовні спостерігаються зміни з боку амінокислот цистину і тирозину. Вміст останньої у пожовтілій вовні має чітку тенденцію до збільшення. Що ж стосується цистину, то тут зафіксовано вірогідне зменшення цієї амінокислоти (р<0,05), хоча вміст загальної сірки при цьому майже не змінюється. Такі дані свідчать, що процеси пожовтіння призводять до окислення цистину, в результаті чого можуть утворюватися такі продукти, як лантіонін та цистеїнова кислота, тобто виникають процеси, що призводять до формування нових тіоефірних зв’язків, а баланс сірки при цьому залишається незмінним. У цьому відношенні наші дослідження узгоджуються з даними інших дослідників (Ахария Р.М. и др., 1984).

Що ж до тирозину, то раніше була висловлена думка, що пожовтіння вовни може призводити до модифікації деяких циклічних амінокислот, зокрема, тирозину та триптофану, у результаті чого спочатку виникає їх спонтанне збільшення, а при глибокій деструкції волокон – поступове зменшення (Стапай П.В. та ін., 1998). До речі, саме із цими амінокислотами пов’язаний можливий механізм утворення жовто-коричневих пігментів.

Встановлено, що зменшення цистину у пожовтілій вовні проходить в основному за рахунок нижньої зони, оскільки у білій вовні найвища концентрація його зафіксована саме тут. Щодо тирозину, то тут виявлена діаметрально протилежна відмінність.

Показано, що найбільший вміст гексозамінів характерний для білої вовни і, зокрема, її нижньої зони штапеля (209,0 мг%), а найменший – для верхньої зони штапеля пожовтілої вовни (179,4 мг%), тобто вовни, яка зазнала найбільш тривалого впливу факторів навколишнього середовища.

Дані, які характеризують фізичні властивості волокон, зокрема їх міцність, до певної міри віддзеркалюють зміни, пов’язані з їх хімічним складом. Найнижчі показники міцності зафіксовані у верхній зоні білої вовни (7,15 км), а найвищі – у нижній (7,48 км). В той же час у пожовтілій вовні цих відмінностей не виявлено.

Стосовно гігроскопічності вовни, то за умов наших дослідів встановлено обернено пропорційну залежність між вмістом загальних ліпідів і здатністю волокон до поглинання вологості. Так після екстракції ліпідів з вовни її гігроскопічність зростає майже удвічі (з 4,44 до 6,92% у білій вовні та з 4,89 до 8,07% у пожовтілій).

Ліпіди кератину вовни, її хімічний склад і фізичні показники у вівцематок з різним фізіологічним станом організму та у зв’язку з впливом сезонних факторів. Нагадаємо, що для цієї серії досліджень були використані зразки вовни, яка виросла у різні періоди року, зокрема, у літньо-осінній (червень-вересень), осінньо-зимовий (жовтень-січень) та зимово-весняний (лютий-березень). Така схема досліджень дозволила прослідкувати зміни ліпідного та хімічного складу вовни, її фізичних властивостей під впливом різних факторів, яких зазнає волокно протягом річного росту.

Результати досліджень, насамперед, засвідчили, що усі вищезгадані чинники мали чіткий вплив безпосередньо на процеси росту вовни. Так темпи росту вовни у тварин із різним фізіологічним станом організму та ще й у різні періоди сезону були різними: найвищими вони виявилися у літньо-осінній період, причому у невагітних вівцематок (0,7549 мг/см2/добу) порівняно із вагітними (0,7431 мг/см2/добу); дещо нижча інтенсивність росту вовни спостерігалася в осінньо-зимовий період, а найнижча – у зимово-весняний період. В осінньо-зимовий період ніж у лактуючих маток (0,6023 мг/см2/добу). І все ж таки найнижчі темпи росту причому найбільш низькими вони виявилися у маток в перші два місяці лактації (60 діб лактації) (0,4000 мг/см2/добу) порівняно із тваринами, у яких лактаційний період тривав 180 діб (0,4300 мг/см2/добу).

Із даних рис. 1 видно, що у вовні, яка виросла у різні пори року, міститься різна кількість загальних ліпідів. Їх найвищий рівень зафіксовано у вовні, що виросла в літньо-осінній період, особливо – у вагітних маток. Так кількість загальних ліпідів у вищий вміст ліпідів у вовні вагітних тварин спостерігався і в наступному періоді досліджень, де її ріст припадав на осінньо-зимовий період. У той же час у вовні лактуючих маток кількість загальних ліпідів була на 23,1% нижчою порівняно із вагітними тваринами.

Меншим вміст загальних ліпідів у вовні лактуючих тварин виявився і в наступному періоді досліджень, тобто у зимово-весняному, а найнижчими показниками їх характеризувалася вовна маток із найдовшим терміном лактації (понад 180 діб).

З’ясувалося, що зміни вмісту загальних ліпідів кератину вовняних волокон тісно пов’язані зі змінами у них як полярних, так і нейтральних класів ліпідів. Так найвища кількість полярних ліпідів є у вовні, яка виросла у літньо-осінній період і, зокрема, у вагітних вівцематок (52,77%), а найменше цих ліпідів виявлено у вовні вівцематок із найдовшим терміном лактації (41,73%). Така ж картина змін, але діаметрально протилежного характеру, зафіксована стосовно нейтральних ліпідів.

Цікаво, що зменшення полярних ліпідів відбувається в основному за рахунок неідентифікованих фракцій, а також сульфоліпідів на фоні помітного збільшення основного компонента полярних ліпідів, тобто церамідів. Отже, зафіксовані зміни ліпідних компонентів кератину вовни, насамперед, вказують на те, що фізіологічний стан організму вівцематок певним чином відображається на процесах, пов’язаних із формуванням та ростом вовни. Ці дані вказують також на те, що, окрім фізіологічного стану організму, ліпідний склад волокон значною мірою є залежним і від сезонних факторів. З огляду на це, направленість змін окремих ліпідних компонентів не має чітко вираженого характеру, у зв’язку з чим їх аргументація доволі затруднена. Особливо це характерно для полярних ліпідів.

Більш чіткі й закономірні зміни мали місце з боку нейтральних ліпідів. Так у вовні, яка виросла в зимово-осінній період, спостерігається накопичення неетерифікованого холестеролу з одночасним зменшенням його етерифікованої фракції. Концентрація неетерифікованих жирних кислот у цей період також є доволі низькою. З настанням стійлового періоду утримання тварин у їх волосяному покриві з’являється ще одна фракція ліпідів стеринового походження, концентрація якої продовжує збільшуватися і в зимово-весняний період. Отже, зміни ліпідного складу волокон, які зафіксовані з боку нейтральних ліпідів, можуть бути пов’язані з характерними особливостями годівлі тварин у зимово-стійловий період.

Дослідження хімічного складу вовни, зокрема таких компонентів волокон, як сірка, фосфор, цистин, тирозин, триптофан та гексозаміни, які, як відомо, є найбільш інтегральними показниками при оцінці й характеристиці вовнової сировини, зафіксували значні зміни цих компонентів волокон впродовж річного циклу росту. У вовні, яка виросла у літньо-осінній період, є більший вміст загальної сірки та фосфору в порівнянні з іншими періодами досліджень. У той же час найбільша кількість цистину (17,04%) та тирозину (3,98%) зафіксована у вовні осінньо-зимового росту. Однак, у вовні, яка виросла за цей період, міститься найменша кількість гексозамінів (170,49 мг%). У вовні, ріст якої припадав на зимово-весняний період утримання овець, тобто на період найгіршого аліментарного забезпечення тварин поживними речовинами, міститься найменша кількість загальної сірки (2,46%), фосфору (15,13 мг%), цистину (9,34%) та тирозину (2,70%). Натомість кількість триптофану у такій вовні є найвищою, особливо у тварин з найбільшим терміном лактації (17,77 мг/г).

Стосовно фізичних властивостей вовни, то вовна, що виросла в літньо-осінній період, характеризується найвищими показниками розривного зусилля (7,54 км), причому у невагітних тварин ці показники є найвищими, як і гігроскопічність волокон до й після екстракції ліпідів. Найнижчі показники розривного зусилля вовни, яка виросла в осінньо-зимовий період, то вона займає проміжне становище між літньо-осіннім та зимово-весняним періодами її росту (7,28 км).

Дослідження цієї серії показали, що між загальною кількістю ліпідів у волокнах та їх гігроскопічністю існує обернена кореляційна залежність. Встановлено, що після екстракції ліпідів з волокон її гігроскопічність зростає майже удвічі.

Вплив годівельних факторів на ріст вовни, її ліпідний, жирнокислотний і хімічний склад та фізичні показники. Дослідження засвідчили, що згодовування вівцям у складі основного раціону ріпакової макухи і різних доз макро- й мікроелементів певним чином відобразилося на ліпідному складі вовни. Загалом показано, що виявлені зміни загальних ліпідів та їх окремих фракцій у структурі кератину волокон під впливом вищезгаданих факторів пов’язані як з ріпаковою макухою, зокрема, з її ліпідною частиною, так і з окремими мінеральними речовинами, які додатково були введені до раціону.

З рис. 2 видно, що у волокнах, які виросли за період досліду, є вірогідно більший вміст загальних ліпідів. Кількість їх, у тварин першої дослідної групи збільшилася на 12,06%, у порівнянні з контрольною, а у другій дослідній групі – на 19,60% (р<0,05).

Аналіз даних показав, що найбільш характерні зміни серед нейтральних ліпідів пов’язані насамперед зі стериновими компонентами. У ліпідах, виділених із волокон овець, яким згодовували ріпакову макуху та мінеральні речовини, зменшився вміст неетерифікованого холестеролу, натомість зросла його етерифікована фракція та ще одна стеринова фракція, яка до кінця ще не ідентифікована. Виявлені зміни, на нашу думку, пов’язані, насамперед, із збільшенням у раціоні тварин дослідних груп ліпідів, якими багата макуха, особливо з жирнокислотним складом, оскільки загальна кількість холестеролу у ліпідах волокон є практично однаковою в усіх піддослідних групах тварин. Важливо, що концентрація неетерифікованих жирних кислот при цьому не збільшується, а, навпаки, має чітку тенденцію до зменшення, що має позитивне значення, оскільки збільшення концентрації неетерифікованих жирних кислот може призводити до інтенсифікації різних процесів, в тому числі вільнорадикального окислення ліпідів.

Аналіз даних стосовно окремих фракцій полярних ліпідів показав, що найбільш суттєві зміни зафіксовані з боку холестерол сульфату та фракції, яка є домінуючою серед цих класів ліпідів, тобто церамідів. Кількість останніх у кератині вовни дослідних тварин є достовірно меншою (р<0,05 і р<0,01), а концентрація холестерол сульфату, навпаки – вищою (р<0,001). Нам поки що важко пояснити факт зменшення церамідів під впливом застосованих нами чинників, а от збільшення холестерол сульфату пов’язане саме з мінеральними компонентами раціону, зокрема сіркою, та, очевидно, із ріпаковою макухою, яка також багата на сірковмісні амінокислоти.

Найбільш істотні зміни у жирнокислотному складі ліпідів кератину вовни спостерігаються з боку стеаринової кислоти, кількість якої у тварин першої дослідної групи зменшилася на 8,8% (р<0,05), а у тварин другої дослідної групи – на 15% (р<0,05).

Серед інших змін у жирнокислотному складі ліпідів вовни овець на найбільшу увагу заслуговує факт збільшення вмісту 18-метилейкозанової кислоти на 12,6% (перша дослідна група) і 13,3% (друга дослідна група) (р<0,05).

Стосовно 18-метилейкозанової кислоти, то необхідно відзначити, що у кератині вовни каракульських баранчиків її вміст є надзвичайно низьким (1,58-1,79%) в порівнянні з нашими даними, отриманими на темноголових матках та, особливо, з даними інших авторів (Jones L.N., Rivett D.E., 1997). У контексті сказаного відзначимо, що окрім 18-МЕК, у жирнокислотному й ліпідному складі кератину вовни досліджуваних нами різних генотипів овець, спостерігаються також інші істотні відмінності, які, на нашу думку, можуть мати породний характер.

Результати досліджень показали, що використання ріпакової макухи, і підвищених рівнів макро- і мікроелементів на 25 і 50% у раціонах молодняку овець на відгодівлі, сприяло збільшенню настригів пояркової вовни у першій групі на 23,63%, а другій – на 36,76% в порівнянні з тваринами контрольної групи (р<0,001).

Встановлено, що у вовні тварин дослідних груп збільшення вмісту загальної сірки відбувається за рахунок збільшення цистину (р<0,001), тобто основного джерела вмісту сірки у вовні. Поряд із збільшенням сірковмісних сполук у вовні дослідних тварин, що, безперечно, пов’язано із підгодівлею їх елементарною сіркою, у вовні цих тварин збільшується вміст тирозину, що, на нашу думку, пов’язане із підвищеним вмістом у раціоні овець такого мікроелементу, як йод.

Щодо фізичних показників вовни, то вони, на наш погляд, досить наочно віддзеркалюють характер змін хімічного складу волокон стосовно формування їх основних фізичних параметрів, зокрема, міцності. Так показники міцності волокон у тварин контрольної групи в середньому становили 9,76 км, а у дослідних – відповідно 9,94 км і 10,32 км, що на 1,84 і 5,73% більше.

ВИСНОВКИ

У дисертації, відповідно до поставленої мети і завдань, отримано нові дані стосовно структурних ліпідів кератину вовни овець. Досліджено ліпідний, жирнокислотний та хімічний склад, фізичні показники нормальної й пожовтілої вовни, породні особливості. Вивчено вплив різних факторів, зокрема, сезонних, годівельних, фізіологічного стану організму овець, на ріст вовни, її ліпідний, жирнокислотний та хімічний склад і фізичні властивості. Встановлено взаємозв’язки між досліджуваними показниками.

1. У структурі кератину вовни міститься від 0,46 до 2,38% ліпідів, які представлені в основному 10 класами полярних та нейтральних ліпідів. Головними серед полярних ліпідів є цераміди (40,97-54,28%) і сульфоліпіди (19,33-39,04%), а серед нейтральних – фракція неетерифікованого холестеролу (36,7-77,7%) та неетерифікованих жирних кислот (7,39-46,51%).

2. Встановлено породні особливості стосовно вмісту і складу ліпідів та високомолекулярних жирних кислот: у грубій вовні каракульських баранчиків міститься у два рази більше загальних ліпідів порівняно з напівтонкою вовною латвійських темноголових вівцематок (1,99-2,38% проти 0,46-1,17%). У такій вовні є більший відсоток нейтральних класів ліпідів (70,61-72,22%), що зумовлено більшим вмістом неетерифікованого холестеролу (66,95-71,26%), а серед полярних ліпідів найвищий відсоток припадає на цераміди (48,38-50,93%). Характерною особливістю жирнокислотного складу ліпідів напівтонкої вовни порівняно з грубою є більший вміст 18-метилейкозанової кислоти (С20:0 антеізо) (2,74-9,03 проти 1,58-1,79%).

3. Процеси пожовтіння вовни тісно пов’язані з інтегральними ліпідами кератину та їх високомолекулярними жирними кислотами. У пожовтілій вовні порівняно із нормальною білою вовною є менший вміст церамідів (41,72 проти 45,20%, р<0,001), глюкозилцерамідів (12,52 проти 14,71%, р<0,01), а також ізокислот С17:0 та С20:0, і збільшується вміст сульфоліпідів (37,46 проти 32,51%, р<0,001) та 18-метилейкозанової кислоти (7,24 проти 3,07%, р<0,02).

4. Процеси пожовтіння призводять до значних змін у хімічному складі та фізичних властивостях волокон. На фоні однакового вмісту загального азоту і загальної сірки у пожовтілій вовні зменшується вміст цистину (13,07 проти 11,54%, р<0,05), фосфору (45,24 проти 18,16 мг%, р<0,001) та гексозамінів (206,90 проти 182,80 мг%, р<0,2).

5. Встановлено обернено пропорційну залежність між вмістом загальних ліпідів і здатністю волокон до поглинання вологи. Гігроскопічність пожовтілої вовни є завжди більшою порівняно з білою вовною. У білій вовні гігроскопічність після екстракції ліпідів зростає на 55,8%, а у пожовтілій – на 65,8%.

6. Інтенсивність росту вовни в окремі періоди сезону та вміст у волокнах загальних ліпідів, їх склад та фізико-хімічні властивості у значній мірі залежать від різних чинників (фотоперіодизм, сонячні промені, атмосферні опади, годівельні фактори) та фізіологічного стану організму маток:

а) найвищі темпи росту вовни були у невагітних вівцематок у літньо-осінній період їх утримання (0,7549 мг/см2/добу), а найнижчі – у вівцематок у зимово-весняний період, що співпав з двохмісячним терміном лактації (0,4000 мг/см2/добу);

б) у вовні, що виросла у літньо-осінній період, є найбільший вміст загальних ліпідів, причому у вагітних вівцематок на 15,8% більший, ніж у невагітних, а найменший вміст загальних ліпідів виявлено у вовні, що виросла в зимово-весняний період, зокрема, у лактуючих маток їх кількість на 23,1% менша порівняно з вагітними тваринами; між інтенсивністю росту вовни і вмістом у ній загальних ліпідів у більшості випадків існує позитивна кореляція, однак при високих темпах росту вовни цей зв’язок є обернено пропорційним;

в) зміни загальних ліпідів у кератині вовни тісно пов’язані зі змінами у них як полярних, так і нейтральних класів ліпідів. Найбільша кількість полярних ліпідів є у вовні, що виросла у літньо-осінній період у вагітних вівцематок (52,77%), а найменша кількість цих ліпідів виявлена у вовні вівцематок з найдовшим терміном лактації (41,73%);

г) у вовні, що виросла у літньо-осінній період, тобто в період найкращого аліментарного забезпечення тварин поживними речовинами, є найвищий вміст загальної сірки і фосфору в порівнянні з іншими періодами досліджень, а найбільша кількість цистину та тирозину і найменша кількість гексозамінів зафіксована у вовні осінньо-зимового росту. У вовні, ріст якої припав на зимово-весняний період утримання овець, тобто період найгіршого аліментарного забезпечення тварин поживними речовинами, міститься найменша кількість загальної сірки, фосфору, цистину та тирозину і найбільша – триптофану. Вовна цього періоду росту відзначалася також найнижчими показниками розривного зусилля волокон.

7. Між вмістом загальних ліпідів у кератині та його хімічним складом корелятивні зв’язки мають чітко виражений породний і сезонний характер: у грубій вовні каракульських овець цей зв’язок позитивний, але для різних показників різний, зокрема, для гексозамінів, триптофану і фосфору низький (r = 0,014, 0,324 і 0,265), а для сірки, цистину і тирозину середній (r = 0,454, 0,540 і 0,526); у напівтонкій вовні у літньо-осінній період, тобто в період інтенсивного росту вовни, коефіцієнти кореляції є низькі, а для сірки, фосфору та цистину зі знаком плюс, в осінньо-зимовий і зимово-весняний періоди встановлено обернено пропорційну залежність для вмісту цистину (r = – 0,555 і – 0,659), гексозамінів (r = – 943) та триптофану (r = – 536) і лише для тирозину цей зв’язок є прямо пропорційним (r = 0,433).

8. Заміна у раціоні 25% концентрованих кормів на еквівалентну за поживністю кількість ріпакової макухи і збалансованість за такими мінеральними елементами, як сірка, кремній, йод та селен сприяє підвищенню приростів вовни на 23,63-36,76% (р<0,001) при одночасному покращенні її ліпідного, жирнокислотного і хімічного складу за рахунок збільшення вмісту загальних ліпідів на 12,06-19,60% (р<0,05), холестерол сульфату – на 23,64-28,25% (р<0,001), 18-метилейкозанової кислоти – на 12,60-13,30% (р<0,05), загальної сірки – на 4,26% (р<0,05), цистину – на 2,56-2,78% (р<0,001), тирозину – на 20,35-29,20% (р<0,01-0,001), гексозамінів – на 5,70-6,55% (р<0,01-0,05). Міцність волокон при цьому збільшується на 1,84-5,73%.

ПРОПОЗИЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ

З метою підвищення настригів вовни, покращення її фізико-хімічних власивостей та здешевлення раціонів овець рекомендується замінити 25% концентрованих кормів на еквівалентну за поживністю кількість ріпакової макухи та збалансувати раціони за такими мінеральними елементами (на голову на добу), як сірка елементарна – 0,98 г, селеніт натрію (Na2SeO3) – 3,85 мг, калій йодистий (КІ) – 0,26 мг і метасилікат натрію (Na2SiO3) – 2,5 г.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Ткачук В.М. Ліпіди кератину вовни вівцематок і їх зв’язок з хімічними та фізичними параметрами волокон // Науковий вісник Львівської державної академії ветеринарної медицини імені С.З. Ґжицького. – Львів, 2002. – Том 4 (№2). – Вип.3. – С.121-125.

2. Ткачук В.М., Стапай П.В. Ліпідний склад кератину білої та пожовтілої вовни // Науково-технічний бюлетень Інституту біології тварин УААН. – Львів, 2001. – Вип.1-2. – С.142-145. (Дисертант провів визначення ліпідного складу кератину вовни, статистичну обробку результатів та їх аналіз).

3. Стапай П.В., Ткачук В.М. Структурні ліпіди і жирнокислотний склад кератину білої і пожовтілої вовни // Вісник Львівського національного університету імені І.Франка. – Львів, 2002. – Серія біологічна. – Вип.