Шкура животного отличается довольно сложным химическим составом. В зависимости от вида животного, возраста, условий содержания химический состав шкуры может меняться, однако усредненные значения содержания основных компонентов такие: вода - 64-68 %, сухое вещество - 32-36 %.
В свою очередь сухое вещество шкуры состоит из различных по своей сложности и свойствам органических и неорганических веществ.
К органическим веществам шкуры относятся белки, липиды (жировые вещества) и углеводы.
Белковые компоненты представлены глобулярными (альбумины, глобулины) и фибриллярными (коллаген, ретикулин, эластин и кератин) соединениями, а также ферментами. На долю белковых веществ приходится примерно 90-95 % от массы сухого вещества шкуры. Липиды подразделяют на две группы - собственно жиры, а также воски и сложные соединения жиров с другими веществами. Количество липидов в шкурах колеблется в пределах 3-10 %. Углеводы содержатся в шкуре в небольших количествах - 1,5-2 %.
Минеральные вещества шкуры в основном представлены ионами натрия и калия, а также небольшими количествами ионов кальция, железа, магния, алюминия, цинка и др. Содержание минеральных веществ не превышает 0,8 % от массы сухого вещества шкуры.
Все эти компоненты шкуры, так же как и вода, играют существенную роль в физиологических процессах, ответственны за формирование различных морфологических структур, а также обусловливают наличие целого ряда ценных свойств шкуры. Вот почему необходимо рассмотреть более подробно современные представления о химическом составе и свойствах основных составляющих шкуры и их значение в процессах первичной обработки и дальнейшего производства.
Жировые вещества.
Липиды - органические вещества, входящие в состав тканей и жидкостей животного организма и представляющие собой жиры и жироподобные вещества. Они различаются по своей структуре, составу и свойствам. Характерной особенностью липидов является их нерастворимость в воде и растворимость в различной степени в органических растворителях: бензоле, этиловом эфире, спиртах, ацетоне, хлороформе и др. Липиды играют важную роль в организме животных, являясь растворителями витаминов. В тканях животных липиды находятся как в свободном состоянии, так и в виде соединений с белками, углеводами и другими липидами. Содержание липидов в шкурах различных животных колеблется от 3 до 10 %, но иногда оно доходит до 40 % (в шкурах свиней и овец). Липиды делят на две основные группы - собственно жиры (глицериды жирных кислот) и липоиды (воски и сложные соединения жиров с другими веществами - фосфолипидами и глюколипидами).
По внешнему виду липоиды похожи на собственно жиры, однако отличаются от них происхождением, химическим составом и свойствами, а также распределением по слоям шкуры.
Липоиды образуются, видимо, в клетках эпидермиса, которые содержат в протоплазме одиночные капельки жироподобного вещества, состоящего из животных восков и их сложных соединений с другими веществами. В сальных железах содержатся эфиры жирных кислот с высшими спиртами (цетиловым, холестерином). Эти соединения выходят на поверхность шкуры, смазывают ее и придают ей гидрофобность.
Липоиды содержатся в сальных и потовых железах. Простые жиры - глицериды жирных кислот - образуются из собственно жировых клеток соединительной ткани и отлагаются в дерме и в подкожной клетчатке между волокнами. Содержание жиров в тканях животных различно. Установлено большое значение для жизни организма жиров, содержащих ненасыщенные жирные кислоты: линолевую, олеиновую, линоленовую, арахидоновую. Исключение из корма животных жиров, содержащих указанные кислоты, приводит к тяжелому заболеванию, выражающемуся в повреждении кожи, выпадении волос, омертвления хвоста, остановке роста. Своевременное введение в организм ненасыщенных жирных кислот устраняет эти нарушения. Среднее количество жира в дерме шкур крупного рогатого скота меняется в зависимости от возраста животного: шкуры телят 0,4-0,5, коров 0,1-0,2, быков - 0,7 % и более.
Кроме того, количество жира в шкуре зависит от вида животного, условий его содержания и кормления. Так, в дерме бычины оно в среднем доходит до 11, козлины 2-2,5, овец и свиней - до 30 % от массы сухого вещества дермы. В шкурах многих животных жировые клетки подкожной клетчатки образуют сплошной слой жира, прорастающий часто до сетчатого слоя дермы. Очень часто в шкурах крупного рогатого скота интенсивного выращивания, стойлового содержания и зернового откорма также образуется толстый слой подкожного сала. Подобные же явления наблюдаются в шкурах свиней, а также в дерме шкур овец. Жир, содержащийся в шкурах овец, отличается по своему составу от жира шкур крупного рогатого скота и приближается к воскам. Этот слой жира приходится механически удалять еще в сырье или при проведении отмочных операций, так как он препятствует равномерному и правильному прониканию рабочих растворов в шкуру. Природный жир, содержащийся в шкуре, является утяжелителем и в зависимости от расположения в толще дермы в большей или меньшей степени ухудшает ее качество и выход кожи. Часто в процессе солнечной сушки при высокой температуре из подкожной клетчатки и протоков желез шкур овец, свиней, а иногда и коз вытапливаются жировые вещества. Они пропитывают все слои шкуры, крайне затрудняя отмоку и вызывая образование жировых налетов на поверхности готовой кожи. Кожа, выделанная из сильно зажиренной овчины или козлины, после интенсивного обезжиривания характеризуется относительной рыхлостью, расслаиваемостью и низкой прочностью. Кожи из шкур крупного рогатого скота с высоким содержанием жира также рыхлые и проявляют тенденцию к образованию жировых пятен, которые при нагревании в процессах сушки увеличиваются и становятся темными.
Одним из важнейших показателей пригодности кожевенного сырья к использованию для выработки прочной и высококачественной кожи являются содержание в нем жира, его распределение по слоям дермы и возможность своевременного удаления (обезжиривания).
Минеральные вещества.
Количество минеральных веществ (золы) в шкуре невелико. Это в основном соли калия и натрия (до 0,4%), а также небольшое количество (0,01-0,001%) солей железа, меди, фосфора, кальция, алюминия и др.
Содержание золы в парных шкурах в зависимости от возраста и вида животного колеблется в пределах 0,35-0,5 % от массы парной дермы. Большая часть минеральных веществ может быть удалена при промывке и отмоке. Несмотря на то что минеральные вещества содержатся в шкуре в очень небольших количествах, они участвуют в целом ряде процессов. Так, например, медь играет существенную роль в пигментации кожного и волосяного покровов. Соединения фосфора и кремния в большей мере встречаются в сосочковом слое дермы и эпидермиса. Там же обнаружены мышьяк, кальций и магний. Полагают, что эпидермиальный слой выводит из организма мышьяк, а кальций обусловливает сцепление между клетками и увеличивает их устойчивость к внешним воздействиям.
Вода.
Парная шкура содержит много воды (влаги), количество которой колеблется в пределах 55-75 % в зависимости от вида животного. Содержание воды в парной шкуре связано с наличием в ней жировых веществ: чем больше в шкуре жировых отложений, тем меньше в ней воды. Содержание воды неодинаково в разных топографических участках (больше всего в области шеи и пол) и отдельных слоях шкуры. Чем больше развит эпидермиальный слой и его придатки, тем меньше воды в шкуре в целом. Относительно мало воды в подкожной клетчатке. Так, например, в подкожной клетчатке шкур крупного рогатого скота содержится около 30 % воды, а в сильно зажиренных шкурах (овчине, свиных шкурах, североамериканском крупном сырье) - 20 % и меньше.
Среднее содержание воды в парной шкуре 67 % (это учтено в стандартах при проведении пересчетов с массы парного сырья на массу консервированного и обратно), наибольшее в опойке - 73,3% и в зубатке - 78,6 %, наименьшее - в неомездренных свиных шкурах самца - 56,9% и самки - 64,2%. Шкуры молодых животных, а также самок при прочих равных условиях, содержат больше влаги, чем шкуры соответственно взрослых животных и самцов.
Вода является неотъемлемым компонентом волокон коллагена, которые в нативном состоянии обычно бывают набухшими.
Коллаген обладает высокой гидрофильностью и содержит молекулярно и капиллярно связанную воду. Наличие воды в дерме оказывает существенное влияние на свойства как сырья, так и кожи.
В парной шкуре различают влагу набухания, или свободную, заполняющую капилляры и межволоконное пространство, и влагу гидратации, или связанную, которая связана с тканями шкуры и составляет до 40 % от влаги шкуры.
Белки.
Это органические соединения, построенные из остатков аминокислот и характеризующиеся рядом общих признаков и биологических особенностей. Находясь в живом организме, белки связаны с большим или меньшим количеством воды, удаление которой из системы белок-вода очень часто приводит к необратимым изменениям белка.
Высушенные белки представляют собой бесформенные некристаллические вещества, твердые и хрупкие в абсолютно сухом состоянии. Белки обладают сродством к воде: одни из них растворяются в ней, другие поглощают ее, превращаясь в студнеобразное вещество - гель, и, наконец, имеются белки, не смешивающиеся с водой.
Элементарный состав белков независимо от их происхождения в качественном отношении одинаков. В них содержится углерод, водород, кислород, азот и сера. Указанные элементы входят в различные белки в следующих количествах, % в пересчете на массу абсолютно сухого вещества: углерод 48-55; водород 5-7,5; кислород 20-34; азот 15-19,5; сера 0,3-2,5.
В состав многих природных белков входят также фосфор, кальций, железо и другие элементы. Структура белков и характерные свойства их отдельных групп в основном определяются количеством и видом аминокислот, из остатков которых составлены полипептидные цепи, а также последовательностью расположения аминокислот в цепи. Полипептидные цепи могут быть схематически представлены следующей формулой:
в которой остатки аминокислот
соединены между собой пептидной связью -СО-NH-.
При нагревании белка в присутствии сильных кислот или щелочей, а также в процессе обработки его протеолитическими ферментами происходит гидролиз пептидных связей, сопровождающийся выделением аминокислот или аминокислотных остатков. Все аминокислоты имеют не менее одной карбоксильной -СООН- и одной аминогруппы NH2. Общая формула аминокислот может быть представлена как:
где R - боковая цепь аминокислоты. При рассмотрении общей формулы белков можно отметить, что различные группы R представляют как бы отростки главной цепи и поэтому называются боковыми цепями.
В настоящее время все белки по форме частиц принято делить на дне большие группы: фибриллярные и глобулярные. К первой группе относят такие белки шкуры, как коллаген, кератин, ретикулин и эластин, ко второй группе - альбумины и глобулины.
Фибриллярные или волокнистые белки выполняют «структурные» функции и являются основным материалом, из которого образована шкура. Глобулярные белки осуществляют физиологические функции, протекающие в кожном покрове при жизни животного.
Основные процессы первичной обработки кожевенного сырья, а в еще большей мере процессы производства кожи заключаются во взаимодействии волокнистых белков шкуры, главным образом коллагена, с другими веществами. Поэтому большой интерес представляют современные представления о строении и свойствах основных волокнистых белков шкуры. Из всех белковых веществ в шкуре больше всего коллагена: если абсолютно сухая дерма содержит 98,5 % белков, на долю коллагена в ней приходится 95,4 %. Количество кератина в шкуре зависит от вида животного и его возраста, азот кератина по отношению ко всему азоту шкуры составляет в опойке 12,7 %, а в бычине около 4,5 %. В значительно меньших количествах в состав шкуры входят эластин и ретикулин.