автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.05, диссертация на тему:Разработка технологии обезволашивания кожевенного сырья с использованием иммобилизованных ферментных препаратов

На правах рукописи

Поту и кнская Елена Валерьевна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОБЕЗВОЛАШИВАНИЯ КОЖЕВЕННОГО СЫРЬЯ С ИСПОЛЬЗОВАН НЕМ ИММОБИЛИЗОВАННЫХ

ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ

/

Специальность 05.19.05 •-.:< Технология кожи, меха, обувных и кожевенно-галантерсйных изделий»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учено й степени кандидата технических нгук

1 9 Я Н В ¿012 005008257

005008257

На правах рукописи

¿И*

Потуши некая Елена Валерьевна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛ ОГИИ ОБЕЗВОЛАШИВАШ-Ш КОЖЕВЕННОГО СЫРЬЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИММОБИЛИЗОВАННЫХ ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ

Специальность 05.19.05—(. Технология кожи, меха, обувных и кожевенно-галантерейных изделий»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском государственном университете дизайна и технологии

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент

Гурьянова Татьяна Ильинична

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Симонов Евгений Александрович

кандидат технических наук, доцент Пустыльник Яков Исаакович

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Восточно-Сибирский

государственный университет технологий и управления»

Защита состоится «15» февраля 2012 г.. в 11-30 час, на заседании диссертационного совета Д 212.144.01 в Московском государственном университете дизайна и технологии по адресу: 117997, г. Москва, ул.Садовническая, 33, стр.1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета дизайна и технологии

Автореферат разослан «И» января 2012 г.

Ученый секретарь ^

диссертационного совета А/

Д 212.144.01 Лунина Е. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы.

В кожевенном производстве ферменты используются в подготовительных процессах обработки кож: для отмоки, обезволашивания сырья, мягчения. Ферменты являются биокатшизаторами, интенсифицирующими различные процессы. Для кожевенного производства пригодны ферменты, которые катализируют разрушение белков, т. е. обладают протеолитической способностью. При этом возможности применения ферментов осложнены малой устойчивостью к различным воздействиям, в том числе и к хранению, трудностью многократного использования, потенц* альиой опасностью повреждения дермы, высокой стоимостью. Решением этих проблем может стать использование иммобилизованных ферментных препаратов в кожевенном производстве. в частности, для обезволашивания шкур животных. Поскольку, сточные воды после этих процессов относятся к сильно загрязненным, концентрированным, токсичным, то применение ферментативного снятия волоса позволяет улучшить экологическую обстановку за счет снижения концентрации сульфида натрия и извести, а также за счет исключения п родуктов распада волоса в стоках.

Известно, что иммобилизованные ферменты с успехом применяются во многих областях деятельности человека.: в фармакологии, в микробиологии, в генной шшенерии, в аналитической химии, в сельском хозяйстве, в пищевой, легкой промышленности, для очистки точных вод и т. д. Благодаря устойчивости во времени и стабильности свойств они вытесняют шишные аналоги.

Имм стилизованные ферменты обладают следующими преимуществами по сравнению с исходными препаратами:

- повышенной устойчивэстью к различным воздействиям;

- возможностью целенаправленного измеиения свойств катализатора, в том числе расширение диапазона активности ферментов, повышению его стабильности к денатурирующим Бездействиям;

- возможностью повторного использования катализатора.

Поэт эму разработка технологии обезволашивания кожевенного сырья с использованием иммэоилизованных ферментных препаратов я лляется актуальной задачей.

Цель , работы - совершенствование ферментативного способа обезволашивания кожевеиногэ сырья с использованием иммобилизованных ферментных препаратов, что позволит повысить эффективность производства, снизить возможность появления технологических дефектов готовых кож, сократить производственный цикл, сохранить

волос и улучшить экологическую обстановку кожевенного производства.

Для реализации этой цели необходимо было решить следующие задачи:

- подобрать фермент и носитель для иммобилизации;

- изучить свойства иммобилизованных ферментных препаратов (активность, изменение активности от рН, температуры, обезволашивающую способность);

- исследовать изменения структуры шкуры животного под воздействием иммобилизованных ферментных препаратов;

- исследовать рабочие жидкости и возможность их повторного использования, а также качество сточных вод после процессов обез-волашивания-золения;

- изучить свойства готовых кож, выработанных с использованием иммоблизованных ферментных препаратов;

- провести расчет экономической эффективности разработанной технологии.

Объектами исследования являлись нативные и иммобилизованные ферментные препараты, кожевенное сырье (шкуры различных видов животных), полуфабрикат и готовые кожи, рабочие жидкости до и после обезволашивания ферментными препаратами, после золения, сточные воды.

Методы исследования. Теоретической и методологической основой исследования послужили: химическая технология и технология кожи. В работе для решения поставленных задач использовали стандартные и современные методы исследования химических и физико-механических свойств дермы. Многообразие явлений, происходящих при ферментативной обработке кожевенного сырья, предполагает привлечение широкого спектра физико-химических методов исследования, каждый из которых является адекватным только для оценки определенного эффекта воздействия. Поэтому в работе использовались: гистологический анализ, рентгенофазовый анализ, термический анализ (термогравиметрия, дифференциальный термический анализ), инфракрасная спектроскопия, спектроскопия комбинационного рассеяния, физико-механический, химический анализ.

Полученные результаты сравнивали с теоретическими представлениями и сведениями, имеющимися в литературе. Результаты экспериментов обрабатывали с помощью методов математическбй статистики с использованием стандартных программ.

Научная новизна.

Показана принципиальная возможность применения иммобилизованных ферментных препаратов (ИФП) на водорастворимом носителе для обезволашиваиия кэжевенного сырья. Результатом иммобилизации является повышенно стабильности ИФП к инактивирующим факторам (рН среда, присутшвию различных химикатов, повышению температуры) при сохраненил регисционной способности.

С помощью химическая и физических методов исследования найдены общие закономерности обезволашиваиия иммобилизованными фepv[eнтaми.

Изучено воздействие у .".(мобилизованных фгрментов на компоненты шкуры животного, заключающееся в ускорении проникновения иммобилизованного фермента х месту реакции за счет эгализирующей способности носителя (полиэ г.иленоксида). Показано, что в результате ферментативной обработки иммобилизованными ферментами сохраняется основная волокнистая структура дермы, разрушаются и выводятся глобулярные белки. Волос остается неповрежденным, а механизм обезволашиваиия шкур годится к разрушению соединительных тканей, выстилающих во лося лую сумку.

Определены основные параметры обезволашиваиия разных видов шкур животных нммобитазованными ферментами. Установлены оптимальные параметры исследуемого процесса: концентрации ферментов, температура, рН, время воздействия. Показана возможность многократного кспользованш; ИФП.

Практическая значимость работы состоит:

- в разработке и апробации технологии обезволашиваиия кожевенного сырья (шкур крупного рогатого скота) иммобилизованными ферментами в технологическом цикле кожевенного производства Новосибирского ЗАО «КОРС»;

- в установлении возможности использования иммобилизованных ферментных препаратов в от vIoчнo-зoлы^ыx процессах других видов кожевенного сырья с соотвегствующей корректировкой параметров их обезволзшивания и золенил;

- в улучшении экологи -кской обстановки при использовании предлагаемой технологии обезволашиваиия, выражающемся в сокращении сброса сточных вод и снижении содержания в них сульфида натрия и других загрязнителем.

Защищаемые положения.

• Иммобилизованный фермент проявляет устойчивость к изменению рН, температуре, химическим веществам по сравнению с натив-ным предшественником благодаря образованной новой структурной форме фермента при стабилизации его полиэтиленоксидом. В результате фермент сохраняет все свойства нативного препарата, но приобретает дополнительную устойчивость, конформационную стабильность.

•Воздействие иммобилизованных ферментов на дерму шкуры направлено на извлечение глобулярных белков, межволоконных веществ, при этом незначительно изменяется волокнистая структура коллагена, а кератин волоса остается неизменным.

• Разработанная технология обезволашивания шкур животных иммобилизованными ферментами позволяет получить кожи для верха обуви стандартного качества, интенсифицировать процесс обезволашивания шкур за счет сокращения длительности процесса, сохранить неповрежденный волос, пригодный для дальнейшей промышленной переработки, значительно сократить объем сточных вод и снизить в них содержание загрязняющих веществ, улучшая тем самым экологическую обстановку кожевенного производства.

Апробация работы. Результаты, изложенные в диссертационной работе, обсуждались и получили положительную оценку на конференциях:

• региональной научной конференции «Наука. Техника. Инновации», Новосибирск, 2002 г. (II место);

• Всероссийской научной конференции «Наука. Технологии. Инновации», Новосибирск, 2003 г. (III место); 2004 г., 2009 г.

• XLII международной научной конференции «Молекулярный дизайн и экологические безопасные технологии», Новосибирск, 2004 г. (II место);

• Межвузовской научной конференции «Интеллектуальный потенциал Сибири», Новосибирск, 2006 г., 2011 г. (II место).

Личный вклад соискателя заключается в общей постановке задачи, в выборе методов проведения экспериментальных исследований и интерпретации полученных результатов, проведении лабораторных, полупроизводственных и производственных испытаний, оформлении статей, выступлении на конференциях. Приведенные в диссертации результаты исследований получены автором, либо непосредственно

при его активном участил.

Публикации. Основнь:е результаты диссертационной работы изложены и 4 статьях в журналах, входящих в слисок ВАК, и в 21 работах, опубликованных в сборниках тезисов трудов и материалов конференций.

Структура и объем дис< ертации.

Диссертация состоит из ;¡ведения, 4 глав и заюпочений, выводов, списка используемой литературы, включающего 142 наименования. Работа изложена на 139 страница?: основного текста и в 3 приложениях, иллюстрирована 53 рисунгами и 11 таблицами.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во впадении обоснована акту;шыюсть диссертационной работы, сформулированы цели, задачи, определены объекты и методы исследование, отмечена научная новизна и практическая значимость работы, показаны результаты е; апробации, приведена структура диссертации.

В не,звон главе представлен анализ литера:.7рных источников по проблеме практического использования иммобилизованных ферментов в инновационных технологиях в различных областях деятельности человека: в медицине, в фармакологии, в микробиологии, в генной инженерии, в аналитичес сой химии, в сельском хозяйстве, в пищевой, легкой промышленности, для очистки сточных вод к т. д.

Покапано, что благодаря устойчивости во времени и стабильности свойсте они вытесняют на ивные аналоги.

Рассмотрен вопрос кинетики ферментативного катализа иммобилизованными ферментами, 1 также факторы, влияющие на катализ иммобилизованными ферментами.

Особое внимание уделено проблеме обезволашивания кожевенного сырья ферментами, особенно закономерностям этого процесса на основе теоретического и практического опыта.

Во второй главе предстат.юны характеристики объектов и методов исследования. Объектами исследования являются нативные и иммобилизованные ферментные препараты, кожезеиное сырье, полуфабрикат и готовые кожи, рабочие жидкости до и после обезволаши-ваяия ферментными препаратами, растворы после золения. В этой главе приведен способ получения иммобилизованных протеаз с помощью ради:ационно-химической технологии, разработанный институтом цитологии и генетики, совместно с институтом ядерной физики СО РАН.

Методологической основой работы являлись стандартные и современные методы исследования химических и физико-механических свойств дермы. Многообразие явлений, происходящих при ферментативной обработке кожевенного сырья, предполагает привлечение широкого спектра физико-химических методов исследования, каждый из которых является адекватным только для оценки определенного эффекта. Поэтому в работе использовались: гистологический анализ, рентгенофазовый анализ, термический анализ (термогравимечрия, дифференциальный термический анализ), инфракрасная спектроскопия, спектроскопия комбинационного рассеяния света, физико-механический, химический анализ.

Полученные результаты сравнивали с теоретическими данными, имеющимися в литературе. Результаты экспериментов обрабатывали с помощью методов математической статистики с использованием стандартных программ.

В третьей главе обоснован выбор ферментов и носителя для иммобилизации. Изучены свойства иммобилизованных ферментных препаратов.

На примере препаратов иммобилизованного протосубтилина и иммобилизованной ачкалазы Р'Сг на полизтиленоксиде (ПЭО)1500 показано, что их протеолитическая активность в результате иммобилизации снижается примерно на 15% (рис.1, 2).

5 6 7 8 9 10 11 12 13 рН

Рис.1 - Изменение протеолитической активности ферментных препаратов от рН раствора: 1 - иммобилизованного протосубтилина; 2 - нативного протосубтилина.

Рис.2 - Изменение протеолитической активности ферментных препаратов от рН: 1 - нативной атеалазы РО; 2 - иммобилизованной алкалазы К).

4

6 7 8 9 10 11 .12 рН

Однгико результатом и ^мобилизации явл яется расширение оптимума действия ферментов в щелочную сторону значений (рис.1, 2) и увеличение стабильности сшрментных препаратов по отношению к повышенным температурам (эис.З, 4).

Рис.3 - Изменение протеолитической активности ферментов от температуры: 1 -нативного протосубтилина; 2 - иммобилизованного протосубтилина.

Рис.4 - Изменение лротеолитячесюй активности ферментных препаратов от температуры: 1- нативной алкалазы К , 2 - иммобилизозанной алкалазы Ий.

С целью изучения влияния различных веществ на протеолитическую активность иммобилизованные ферментных препаратов, исследовано влияние компонентов зольника (сульфида натрия и гидроксида кальция) и ПАВ на эту активность. Установлено, ч' о такие компоненты зольника, как известь и сульф яд натрия при совместном присутствии в технологачески обусловленных дозировках, незначительно инакти-вируют иммобилизованный ферментный препарат н птгтичие от нативного пргпарата (рис.5). Эо позволяет сократить продолжительность золения на 7-12 часов три снижении концентрации сульфида натрия и гидроксида кальция но сравнению с ферментативным обез-волашиваншем нативнымн фе]>ментами и тем более с традиционной сульфидно-известковой технелогией, так как иммобилизованный фермент, частично оставаясь и дерме шкуры, продолжает работать в присутствии компонентов зол1 кика, оказывая синергетическое дейст-

240

о

---------,__,__________Температур:!,

"С

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

10 20 .10 40 50 (.о 70 80 90 100 Тшпература.'С

вие на межволоконные вещества и разрыхляя дерму. Качественный состав зольников не изменяется, например, в их состав входят поверхностно-активные вещества (ПАВ).

4 5 6 7 8 9 10 11 12 рН

Рис. 5 - Изменение активности иммобилизованных ферментных препаратов от рН среды в присутствии в системе Ыа25 и Са(ОН)2 при обезволашивании: иммобилизованной алкалазой 1С (1 - без добавок. 2 с Ыа23 и Са(ОН)2) и иммобилизованного протосубтилина (3 - без добавок, 4 1Ма28 и Са(ОН)2).

Хотя они, несколько снижают активность ферментов, но способствуют извлечению глобулярных белков и потому сохраняют свое значение в процессах обезволашивании и золения кожевенного сырья.

Кроме этого, показано, что иммобилизованный фермент сохраняет свою активность на протяжении 3-4 циклов обезволашивания по сравнению с нативным препаратом, активность которого падает примерно на 30% в каждом последующем цикле. При этом продолжительность обезволашивания иммобилизованным ферментом составляет 5-6 часов, а нативным аналогом - 9-10 часов. Увеличение кратности использования иммобилизованных ферментов по сравнению с на-тивными возможно за счет образования устойчивой в условиях процесса обезволашивания пространственной структуры комплекса фермента с ПЭО, связанных при помощи радиационного способа. При этом радиационный способ иммобилизации не затрагивает активный Центр фермента. Наиболее вероятно, что ПЭО в водной среде приобретает структуру статистического клубка, оказывая защитное влияние на конформацию связанного с ним фермента.

На основании обширного экспериментального материала, полученного с помощью современных методов исследования структуры дермы, установлены общие закономерности обезволашивания сырья иммобилизованными ферментами. На рис. 6 и 7 представлены фотографии микросрезов дермы.

Рис.7 - Фо тографии микросрезов дермы после обработки ферментами и золения.

Покачано с помощью гистологических исследований сырья и голья (рис.6,7), что в результате обезволашивания и последующего золения происходит разводе киение коллагеновых волокон и очистка дермы от неколлагеновых б;лков, что подтверждают данные определения температуры сваривания.

В результате термоанализа образцов дермы получены термограммы, П]?едставленныг на же.8,9,10.

Пр?: анализе рисункоЕ, видно, что потеря массы образцов при одинаковых температурах на различных стадиях обработки дермы различна, т. е. при одной и тэй же температуре уменьшение массы образца дермы после отмоки меньше, чем после обезволашивания и тем более после золения. Это з;и;ономерный результат, поскольку после обезволаиивания иммобилизованными ферментами происходит разрыхление структуры дермы (удаление межволоконных веществ).

Рис.8 - Термограмма образца дермы после предотмоки.

Рис.9 - Термограмма образца дермы после обезволашивания

Рис.10 - Термограмма образца дермы после золения.

Эндотермические пин; около 65 °С для сырья, около 60 °С для обезволошенного сырья и 50 °С для золеного голья могут быть интер-претироианы кшс потеря свободной воды и изменения характера взаимодействия элементов в дерме. Например, на умеренное разрушение структуры дермы указывает уменьшение температуры сваривания образцов после обезволашивания на 5-8 градусов.

Спектральными методами установлено наличие гидроксильных групп в моделях кол лагена, что возможно связано с разрушением бел-ково-углеводных комплексов, а также с предположением об адсорбции ПЭС).

На рис. 11 представлены .ПК спектры модельных образцов дермы поел г отмоки и обезволашивания. Спектры образцов после обезволашивания иммобилизованным протосубтилином и иммобилизованной апкалазой КО практически совпадают, некоторое смещение пиков можно объяснить влиянием окружения атомов и молекул, подвергающихся колебаниям. При сравнении спектров дермы до обработки (рис. 11 кривая 1) и после обработки (рис. 11, кривые 2 и 3) видно, что после обработки иммобилизованны ми ферментами произошло увеличение интенсивности пика в области волновых чисел 3450 см"1 эта область соответствует колебаниям группы ОН.

100

90 -80 70 60 50 40 • 30 ■ 20 -10 0 4

^ (А

-->--Т---Г-----Т--Т--Г----,-г- Волновое

0 550 1100 1650 2200 2750 3300 3850 4400 число, Рис Л1 -ИК-спекгры образцов после: 1-дредотмоки; 2 - обезвола- с шивания иммобилизонаннь: м протосубтилином; 2 - иммобилизованной алкалазой FG.

В области волновых чисел 1300-1250 также заметны деформационные колебания группы О-Н. Наличие этих групп в небольшом количестве в сырье и увеличение их после обработки ферментами

может быть следствием разрушения бсзлково-углеводных комплексов. Появление характерной и интенсивной полосы С-О в образцах после ферментативной обработки в области 1120 см" , которая отсутствует в образцах сырья, позволяет четко трактовать присутствие полиэтмле-ноксида в дерме. Также произошло увеличение интенсивности пика в области волновых чисел около 3300 см"1. Эта область соответствует валентному колебанию ¡Ч-Н в молекуле коллагена, что характерно для пролина и оксипролина, количество этих аминокислот в образцах после ферментативной обработки существенно возрастает, что свидетельствует об удалении неколлагеновых белков из шкуры.

С помощью метода гель-хроматографии определено, что иммобилизованный фермент извлекает в основном вещества с молекулярной массой менее 10 КДа, т. е. глобулярные белки, полипептиды.

Исследование извлеченных продуктов гидролиза показало, что они содержат оксинролин в незначительном количестве — до 40 мкг/мл. Таким образом, иммобилизованные ферменты не разрушают тонкую структуру коллагена, а действуют на надмолекулярном уровне, сохраняя волокнистую структуру дермы.

В результате рентгенофазового анализа установлено межплоскостное расстояние коллагеновых волокон при перпендикулярном направлении луча. Оно составило 4,53 А, характерное для неизмененной структуры коллагена.

Вопрос сохранности волоса после обработки шкур ферментными препаратами является одним из важных, поскольку от этого зависит его способность к свойлачиваияю и ценность для получения из него изделий. Для изучения влияния обработки ферментами на волос, исследовали волос, полученный со шкур КРС, Результаты зафиксиро-

Рис. 12 Волос: а) после обезволашивания иммобилизованными ферментами; б) после обезволашивания нативными ферментами.

а) б)

Рис.13 - Волос, снятый :о шкуры КРС: а) необработанный волос; б) волос после сульфидно-извесжового золения.

Более, снятый с помощью иммобилизованных и нативных ферментных препаратов, хороша сохранен, его поверхность гладкая, чешуйки поверхностного слоя плотно прилегают друг к другу (рис. 12).

Более после сульфидно известкового золения имеет разрушенную структуру, волос представляет собой фрагменты волосяного стержня (рис.13).

Таким образом, иммобилизованный фермент не разрушает волокнистую структуру дермы и волоса.

В четвертом глазе представлена разработанная технология обезволаши.вания кожевенного сырья иммобилизованными ферментами, установлены оптимальные параметры действия ферментных препаратов (рН, температура, длительность, концентрация) (табл.1).

Приведены методики проведения подготовь тельных процессов выработки кож для верха обуш из разных видов сырья.

Установлено, что для полного снятия волоса со шкур КРС и разделения структуры дермы необходимо дожигание остатков волоса при пониженных концентрациях сульфида натрия и извести (табл.1).

Приеденные физико-механические испытания и химический анализ вьц.еланной кожи показывают полное; соответствие требованиям ТУ 8630-012-05431555-93 Кожа эластичная верха обуви. Технические условия (гаЬл.2).

Таблица 1 - Методика производства хромовых кож для верха обуви из шкур КРС

№ п/ П Название процесса Оборудование ЖК Температура, °С Продолжительность Расход химических ма-тержшов, % Порядок проведения процессов

1 2 3 4 5 6 7 8

Процессы и операции отмочно -зольного цеха

1 Промывка Барабан подвесной 1,5 20 20 мин ПАВ-0,2 Промывка проводится на постоянном объеме воды. По окончании тщательный слив.

2 Предотмока Барабан подвесной 1,5 20 Зч Сода кальцинированная -0,5 Вращение непрерывное со сменой реверса через 30 мин., 3-4 об/мин

3 Мездрение Мездрильная машина По всей поверхности до полного удаления прирезей мяса, сала и подкожной клетчатки

4 Ферментативная обработка Барабан подвесной 1.0 35-38 6-8ч ПАВ -0,5, сода кальцинированная -1,0 ««пуз л 32ы1Н ЫЙ фермент 0,7 Дача материалов через люк барабана. Вращение 5 мин, через 30 мин покоя. Вращение со сменой реверса.

5 Снятие шерсти Машина для сгонки волоса Допускается снятие шерсти производить на мездрильной машине с затупленными ножами.

6 Золение Барабан подвесной 1,0 23-25 12 ч сульфид натрия (60%) -0,3 гидроксид (альция (72%) -1,0 В барабан дается сульфид натрия 0,3%, 20 мин вращения. Далее дается гидроксид кальция 0,5%. Вращение 1 час, добавзюет-ся гидроксид калчция 0,5% 30 мин. Далее вращение по 5 мкн каждые полчаса.

Продолжение таблицы 1.

1 2 3 4 5 ^ 6 7 8

7 Ппомьтка Барабан под-ЕССНОЙ 2 22-23 1 ч Промывка проводится на постоянном [11 1М-- с , К 1 Ы 1 1М , и 1 \11 - М1 1И И!

8 Мездрение Мездрильная машина По всей поверхности до полного удаления подкожной клетчатки

9 Двоение Двоильно-ленточиая машина Двоение проводится до толщины голья 3-3,5мм.

I 1

Примечание, далее процессы и операции по методике, предусмотренной па предприятия, ¡мягчепие ферментами исключается из методики.

Таблица 2 - Показатели химического состава и физико-механических свойств кожи, выработанной из шкур КРС

Показатель ТУ 8630-012-05431555-93 Опытные кожи

Массовая доля влаги, % 10-16 14

Массовая доля оксида хрома, % Не менее 4,3 4,7

Массовая доля веществ, экстрагируемых органическими растворителями (без полимерных соединений), % 6,0-10 8,5

Предел прочности при растяжении ЮМПа Не менее 1,3 1,6

Напряжение при появлении трещин лицевого слоя, 10 Мпа Не менее 1,1 1,3

Удлинение при напряжении 10 МПа, % 35-45 38

В этой главе приведены экологические аспекты ферментативного обезволашивания. В табл.3 приводится сравнительная характеристика состава сточных вод разных способов обезволашивания. Покг-зано значительное снижение показателей загрязненности сточных вод в сравнении с сульфидно-известковым способом и некоторое различие после обработки иммобилизованными и кативными ферментами.

Таблица 3 - Характеристика жидкостей после обезволашивания и зеленил

Показатель Ферментативный метод с иммобилизованным и ферментами Ферментативный метод с нативными ферментами Сульфидно-известковый метод

Взвешенные вещества, г/л 10,0 13,0 37,0

Сухой остаток, г/л 32.8 38.0 76.0

Сульфиды, г/л 0,8 1,6 5,3

Гидроксид кальция, г/л 4,0 6,0 11,1

ХПК, мг/л 14000,0 16000,0 , 56000,0

БГЖ, мг/л 8029,0 9430,0 30000,0

Снижение содержании взвиденных веществ, сухого остатка происходит за с чет сохранения целостности волоса, а также как следствие сокращения дозировки :юлы;ых компонентов. Сохраненная шерсть может быть использована как сырье для валял ьно-войлочной промышленное™. Возможность четырехкратного использования иммобилизованных ферментов позволяет соответственно сократить их расход и предполагает сокращение объема сточных вод на стадии обезволаши-вания и соответственно водопотреблениж до 70% на каждой цикло-партии.

Заключительным этелом разработки технологии ферментативного обезволашивания иммобилизованными ферментами является расчет экономической эффективности. Для расчета экономической эффективности в диссертации разработана модель (рис.14) и программа на базе стандартной программы Excel.

Рис. 14 - Модель расчета экономической эффективности процесса

Экономический эффект рассчитывали с помощью метода сравнения приведенных затрат эазового и нового варианта обезволашива-ния. Экономический эффект составил около 500 руб. на 100 м2 кож.

Предлагаемая технол эгия обезволашивгиия иммобилизованными ферментами аиробировша на различных видах кожевенного сырья: шкурах крупного рогат его скота (КРС), свиных, овчине, козлине. Разработана и внедрена ме-годика выработки кож для верха обуви из

шкур КРС на кожевенном производстве ЗАО «КОРС» (г. Новосибирск), о чем получен акт внедрения.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Экспериментально доказано, что иммобилизованные ферменты сохраняют все специфические свойства нативного предшественника и выгодно отличаются от него стабильностью: расширяется диапазон рН среды оптимального действия иммобилизованных ферментных препаратов на 3 единицы по сравнению с нативными предшественниками, а также снижается их активность всего на 15-20% в присутствии сульфида натрия и гидроксида кальция, тогда как у нативных ферментов протеолитическая активность в их присутствии падает до 0 %.

2. Установлено воздействие иммобилизованных ферментов на компоненты шкуры животного, которое заключается в ускорении диффузии иммобилизованного фермента вглубь дермы, незначительном воздействии на волокнистую структуру коллагена, разрушении глобулярных белков шкуры, а также связи между волосом и дермой при этом время обезволашивания уменьшается в 1,5-2 раза: с 9-10 часов при обезволашивании нативными ферментами до 5-6 часов при обезволашивании иммобилизованными ферментами.

3. Разработана технология ферментативного обезволашивания в производстве кож для верха обуви из шкур крупного рогатого скота. Параметр:.: процесса: рН 8,5-9,0,1=36-38 "С, ж. к. 1, расход иммобилизованного ферментного препарата 0,5-0,7%, длительность воздействия 5-6 часов. Использование иммобилизованных препаратов позволяет сократить цикл отмочно-зольных процессов на 10-15 часов и исключить процесс мягчения из методики.

4. Показана возможность многократного использования ферментной обрабатывающей жидкости, в результате чего достигается экономия ферментного препарата и воды до 70% на каждой циклопар-тии.

5. Химический анализ отработанных жидкостей после ферментативного обезволашивания иммобилизованными ферментами показал качественное улучшение их состава: происходит существенное снижение содержания основных загрязняющих компонентов: взвешенных веществ в 3,7 раза, сульфида натрия в 6 раз, извести в 2,8 раза, ХПК в 4раза, БПК5 в 3,8 раз по сравнению с сульфидно-известковой технологией.

6.Установлено, что при четырехкратном использовании иммобилизованных ферментных препаратов, сброс вредных веществ в

сточные воды сокращается примерно в 2-2,5 раза даже по сравнению с обезволашиванием нативнь.ми ферментами,

7. Разработанная технология позволяет получить кожи, соответствующие требованиям ТУ 3630-012-05431555-93 «Кожа эластичная для вер}.а обуви. Технические условия», при этом увеличение выхода готовых кож, по сравнению с традиционной сульфидно-известковой технологией, составляет около 5% за счет улучшения разделения структуры дермы, повышения мягкости, эластичности.

8. Экономический эффект от применении данной технологии составил 500 руб. на 100 м2 готовых кож за счет уЕ.еличения выхода кож по площади, сохранения вел оса, многократного использования химических £.ещес7В и снижение платы за сброс менее загрязненных сточных вод.

9. Разработанная технология была испытана на кожевенном производстве и внедргна t а ЗАО «КОРС» г. Новосибирска, о чем получен акт внедрения.

10 Адаптированы и апробированы методики обезволашивания иммобилизованными ферментами разных видоз кожевенного сырья: свиных шкур, овчины, козлииы для выработки обувных кож.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

Статьи в издали six ш рекомендованного перечня ВАК:

1. Егина, Н. С. Влияние природы ПАВ на процесс отмоки кожевенного :ырья [Текст] / Н. С Егина, Н. И. Ларичкина, Е. В. Потушин-ская и др. // Кожевенно-обушая промышленность. - 2006. - № 2. -С.39-40

2. Потушииская, Е. Б. Изучение ферментативной способности ферментных препаратов [Текст] / Е. В. Потушииская, Т. И. Гурьянова, Е. И. Акопова // Дизайн и технологии. - 2010. - Na 17(59). - С.112-116. -ISSN 2076-4693.

3. Потушииская, Е. В. Современные ириблемы оырабиглп лож для верха обуви [Текст] / Дизайн и технологии. - 2010. - № 20(62). -С.38-40. - ISSN 2076-4693.

4. Лотушинская Б. В. Использование для обезволашивания кожевенного сырья дативных к иммобилизованных ферментных препаратов [Текст] / Е. В. Штущ-некая, Т. И. Гурьянова, Е. И. Акопова // Кожевен но-обувлая промышленность. -2011. ~ ЛЬ 1. - С. 43 - 44. -ISSN 0023-4354.

Статьи в сборниках трудов, материалов конференций:

5. Потушинская, Е. В. Влияние предварительных обработок кожевенного сырья на выплавление желатина [Текст] / Наука. Техника. Инновации: материалы докл. регион, научн. конф. 05-08 декабря 2002 г. - Новосибирск: НГТУ, 2002. - Ч. 2. - С. 107 - 109.

6. Потушинская, Е. В. Исследование возможности применения комплекса ферментных препаратов в кожевенном производстве / Е. В. Потушинская // Наука. Технологам. Инновации : материалы докл. Всерос. научн. конф. 04-07 декабря 2003 г. - Новосибирск : Н1ТУ,

2003.-Ч. 2.-С. 151-152.

7. Потушинская, Е. В. Актуальные проблемы выработки кож для верха обуви [Текст] / Е. В. Потушинская, Т. Ф. Миронова, Т. И. Гурьянова // Актуальные проблемы науки, техники и экономики производ-'' ства изделий из кожи: сб. ст. межд. научн. конф. 04-05 ноября 2004 г. - Витебск, 2004. - С. 215-217.

8. Рашевская, А. В. Изучение свойств протеолитических ферментных препаратов, применяемых в кожевенном производстве / А. В. Рашевская, Е. В. Потушинская // Наука/Технологии. Инновации: материалы Всерос. научн. конф. 02-05 декабря 2004 г. - Новосибирск,

2004,-4.2.-С. 117-118.

9. Потушинская, Е. В. Разработка экологически чистой технологии для обезволашивания кожевенного сырья [Текст] / Е. В. Потушинская // XLII Международная научн. конф. «Студент и научно-технический прогресс» : материалы конф. - Новосибирск : НГУ, 2004. -С. 107-109.

10. Гурьянова, Т. И. Изучение протеолитической и амилолити-ческой способности некоторых ферментных препаратов [Текст] / Т. И. Гурьянова, Е. В. Потушинская, Е. И. Акопова // Образование для новой России: опыт, проблемы, перспективы: тез. Всеросс. научн.-нракт. конф. г. Юрга, 22 апреля 2005г. - Томск: STT, 2005. - С. 140-141.

11. Потушинская, Е. В. Разработка технологии обезволашивания кожевенного сырья с использованием различных ферментных препаратов [Текст] / Е. В. Потушинская, Т. Ф. Миронова, Т. И. Гурьянова // Новые технологии и материалы в производстве кожи и меха : сб. статей Межд. научн.-практ. конф. - Казань: КГТУ, 2005. - С.74-77.

12. Потушинская, Е. В. Использование для обезволашивания кожевенного сырья нативных и иммобилизованных ферментных препаратов [Текст] / Е. В. Потушинская, Т. И. Гурьяова, Т. Ф. Миронова // Инновационные технологии как инструмент повышения конкурентоспособности продукции и услуг: сб. материалов международной на-

учв.-практ. конф. 15-16 Mas .2006 г. - г. Алма-Аты: Академия бизнеса Моды, 2D06.-С. 24-27.

13 Потушинская, Е. II, Изучение возможности обезволашива-ния коже-венного сырья с использованием различных ферментных препаратов [Текст] / Е. В. По1ушинская, А. Ю. Суходолов, Д. С. Ддута и др. // Новые технологии л материалы легкой промышленности: сб. сг. межд. научн-практ. кош}. - Казань: КГТУ, 2006. - С. 150 - 152,

14. Писоцкая, Ю. В. Базработка методики выработки кожи с сохраненным волосяным покровом [Текст] /, Ю. El. Писоцкая, Е. В. Потушинская, П. С. Рябов // Экономика и управление деятельностью в сфере успуг; материалы мезсзуз. научн. копф. "Интеллектуальный потенциал Сибири" - Новосибирск: СибУПК, 2006. - С. 10.

15. Суходолов, А. Ю, Исследование новых иммобилизованных ферментных препаратов в кзкевенной технологии [Текст] / А. Ю. Суходолов, Е. В. Потушкнскгя // Современные проблемы технических наук : сб. тез. докл. Новосибирской межвуз. науч. конф. "Интеллекту-<шьный готенциал Сибири". - Новосибирск, МТУ 2006. - С. 49-50.

16. Потушинская, Е. В. Исследование ферментных препаратов, используемых в экологически чистых кожезенных технологиях [Текст] / Е. В. Потушинская, Д. С. Ядута // Современные проблемы технических наук : сб. тез. цэкл. Новосибирской: межвуз. науч. конф. "Интеллектуальный потенциал Сибири" 17-18 мая 2006 г. - Новосибирск, 2С06. - С. 47.

17. Коровина, О. С Использование ферментных препаратов для выработк и кож современного ассортимента [Текст] / О. С. Коровина, Е. В. По- тушинская, Е. И. Акопова // Наука. Технологии. Инновации: материалы Всерос. научн. конф. 06-09 декабря 2007 г. - Новосибирск, 2007.-Ч. 2.-С. 156-158.

18. Гурьянова, Т. И. Исследование разрушения структуры коллагена при использовании различных ферментных препаратов [Текст] / Т. И. Гурьянова, Е. В Потушинская, Е. И. Акопова // Непрерывное профессиональное образование и карьера - XXIa : сб. тр. регион, на-уч:.-практ. конф. 20 апреля 2007 г, г. Юрга,- Томск: STT, 2007. - С. 202.

19. Гурьянова, Т. И. Решение экологических проблем при проведении подготовительных процессов кожевенного производства [Текст] / Т. И. Гурьянова, Е. В. Потушинская // Техническое регулирование: базовая основа качес тва товаров и услуг : межд. сб. науч. тр. -Шахты: Юргус, 2008. C45--ÍC.

20. Румянцев, В. Д. Экологические аспгкгы применения ферментных препаратов [Текст / В. Д. Румянцев, II. В. Потушинская //

Современные проблемы технических наук : сб. тез. докл. Новосибирской межвуз. науч. конф. "Интеллектуальный потенциал Сибири" 2021 мая 2009 г. - Новосибирск, 2009. - С. 46-47.

21. Скуратова, Т. М. Перспектива применений-ферментных препаратов с целлюлолитической способностью [Текст] / Т. М. Скуратова, Я. А. Подоба, Е. В. Потушинская // Современные проблемы технических наук : сб. тез. докл. Новосибирской межвуз. науч. конф. "Интеллектуальный потенциал Сибири" 20-21 мая 2009 г. - Новосибирск, 2009.-С. 47-48.

22. Потушинская Е. В. Применение новых материалов в технологии кожи [Текст] / Е. В. Потушинская // Наука. Технологии. Инновации: материалы Всерос. научн. конф. 04-05 декабря 2009 г. - Новосибирск, 2009. - Ч. 2. -- С. 219-220.

23. Бедарева, В. В. Экологические проблемы подготовительных процессов кожевенного производства [Текст] / В. В. Бедарева, Д. В. Люмицкая, Е. В. Потушинская // Современные проблемы технических наук : сб. тез. докл. Новосибирской межвуз. науч. конф. "Интеллектуальный потенциал Сибири" 19-20мая 2011 г. - Новосибирск, 2011. -С.29.

24. Бедарева, В. В. Изучение структуры дермы шкуры животного в технологии кожевенного производства [Текст] / В. В. Бедарева, Д. В. Люмицкая, Е. В. Потушинская // Современные проблемы технических наук : сб. тез. докл. Новосибирской межвуз. науч. конф. "Интеллектуальный потенциал Сибири" 19 20м ая 2011 г. Новосибирск, 2011.-С.45.

Потушинская Елена Валерьевна

Разработка технологии обезиолашивания кожевенного сырья с использованием иммобилизованных ферменных препаратов Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандида та технических наук

Усл.-леч. 1,0 н.л. Тираж 80 экз. Заказ; X» 003-12 Редакционно-издательский отдел МГУДТ 117997, г. Моссва, ул. Садовническая, 33 Отпечатано в РИО МГУДТ

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

1 ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИММОБИЛИЗОВАННЫХ ФЕРМЕНТОВ.

1.1 Облает и применения иммобилизованных ферментов.

1.1.1 Иммобилизованные ферменты в медицине и ветеринарии.

1.1.2 Иммобилизованные ферменты в промышленности.

1.2 Использование фермешов в іехнологии кожевенного производства.

1.3 Катализ иммобилизованными ферментами.

1.3.1 Кинетические параметры ферменгашвных реакций.

1.3.2 Зависимость скорости ферментативной реакции от различных факторов.

1.4 Постановка задач исследований.

2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1 Объекты исследования.

2.2 Методы исследования.

2.2.1 Исследование фермешиых препаратов.

2.2.2 Исследование с і рук туры дермы.

2.2.3 Исследование характеристик готовой кожи.

2.2.4 Исследование рабочих жидкостей.

3 ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ИММОБИЛИЗОВАННЫХ ФЕРМЕНТОВ И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ ВЛИЯНИЯ НА ШКУРУ ЖИВОТНОГО.

3.1 Выбор ферментных препаратов для иммобилизации.

3.2 Изучение свойств иммобилизованных ферментных препаратов.

3.3 Влияние обезволашивания иммобилизованными ферментами на кожевенное сырье.

Актуальность темы. В кожевенном производстве ферменты используются в подготовительных процессах обработки кож: для отмоки, обезволаши-вания сырья, мягчения [1-4]. Ферменты являются биокатализаторами, интенсифицирующими различные процессы. Для кожевенного производства пригодны ферменты, которые катализируют разрушение белков, т. е. обладают протеоли-тической способностью. При этом возможности применения ферментов осложнены малой устойчивостью к различным воздействиям, в том числе и к хранению, трудностью многократного использования, потенциальной опасностью повреждения дермы, высокой стоимостью. Решением этих проблем может стать использование иммобилизованных фермепшых препаратов в кожевенном производстве, в частности, для обезволашивания шкур животных. Поскольку, сточные воды процессов обезволашивания и золения относятся к сильно загрязненным, концентрированным, токсичным, то применение ферментативного обезволашивания позволяет улучшить экологическую обстановку за счет снижения концентрации сульфида натрия и извести в процессах обезволашивания-золения, а также за счет снижения количеспза продуктов распада волоса в сточных водах.

Известно, что иммобилизованные ферменты с успехом применяются во многих областях деятельности человека: в фармакологии, в микробиологии, в генной инженерии, в аналитической химии, в сельском хозяйстве, в пищевой, легкой промышленности, для очистки сточных вод и т. д. [5-12]. Благодаря устойчивости во времени и стабильности свойств они вытесняют своих нативных аналогов.

Иммобилизованные ферменты обладаю! следующими преимуществами по сравнению с их нативными предшественниками:

- повышенной устойчивостью к различным воздействиям;

- возможностью целенаправленного изменения свойств катализатора, в том числе расширение диапазона активности ферментов, повышению его стабильности к денатурирующим воздействиям [6];

- возможностью повторного использования катализатора.

Поэтому разработка технологии обезволашивания кожевенного сырья с использованием иммобилизованных ферментных препаратов является актуальной задачей.

Цель работы - совершенствование ферментативного способа обезволашивания кожевенного сырья с использованием иммобилизованных ферментных препаратов, чго позволит повысить эффективность производства, снизить возможность появления технологических дефектов готовых кож, сократить производственный цикл, сохранить волос и улучшить экологическую обстановку кожевенного производства.

Для реализации этой цели необходимо было решить следующие задачи:

- подобрать фермент и носитель для иммобилизации;

- изучить свойства иммобилизованных ферментных препаратов (активность, изменение активности от рН, температуры, обезволашивающую способность);

- исследовать изменения структуры шкуры животного под воздействием иммобилизованных ферментных препаратов;

- исследовать рабочие жидкости отмочно-зольных процессов и возможность их повторного использования, а также качество сточных вод;

- изучить свойства готовых кож, выработанных с использованием иммоб-лизованных ферментных препаратов;

- провести расчет экономической эффективности разработанной технологии.

Объектами исследования являлись нагивные и иммобилизованные ферментные препараты, кожевенное сырье (шкуры различных видов животных), полуфабрикат и готовые кожи, рабочие жидкости до и после обезволашивания ферментными препаратами, после золения, сточные воды.

Методы исследования. Теоретической и методологической основой исследования послужили: химическая технология и технология кожи. В работе для решения поставленных задач использовали стандартные и современные методы исследования химических и физико-механических свойств дермы. Многообразие явлений, происходящих при ферментативной обработке кожевенного сырья, предполагает привлечение широкого спектра физико-химических методов исследования. Поэтому в работе использовались: гистологический анализ, рентгенофазовый анализ, термический анализ (термогравиметрия, дифференциальный термический анализ), инфракрасная спектроскопия, спектроскопия комбинационного рассеяния, физико-механический, химический анализ. Полученные результаты сравнивали с теоретическими представлениями и сведениями, имеющимися в литературе. Результаты экспериментов обрабатывали с помощью методов математической статистики с использованием стандартных программ.

Научная новизна.

Показана принципиальная возможность применения иммобилизованных ферментных препаратов (ИФП) на водорастворимом носителе для обезволаши-вания кожевенного сырья. Результатом иммобилизации является повышение стабильности ИФП к инактивирующим факторам (рН среды, присутствию различных химикатов, повышению температуры) при сохранении реакционной способности.

С помощью химических и физических методов исследования найдены общие закономерности обезволашивания иммобилизованными ферментами.

Изучено воздействие иммобилизованных ферментов на компоненты шкуры животного, заключающееся в ускорении проникновения иммобилизованного фермента к месту реакции за счет эгализирующей способности носителя (полиэтиленоксида). Показано, что в результате ферментативной обработки иммобилизованными ферментами сохраняется основная волокнистая структура дермы, разрушаются и выводятся глобулярные белки.

Волос остается неповрежденным, а механизм обезволашивания шкур сводится к разрушению соединительных тканей, выстилающих волосяную сумку.

Определены основные параметры обезволашивания разных видов шкур животных иммобилизованными ферментами. Установлены оптимальные параметры исследуемого процесса: концентрации ферментов, температура, рН, время воздействия. Показана возможность многократного использования ИФП.

Защищаемые положения.

• Иммобилизованный фермент проявляет устойчивость к изменению рН, температуре, химическим веществам по сравнению с нативным предшественником благодаря образованной новой структурной форме фермента при стабилизации его полиэтилеиоксидом.

В результате фермент сохраняет все свойства нативного препарата, но приобретает дополнительную устойчивость, конформационную стабильность.

•Воздействие иммобилизованных ферментов на дерму шкуры направлено на извлечение глобулярных белков, межволоконных веществ, при этом незначительно изменяется волокнистая структура коллагена, а кератин волоса остается неизменным.

• Разработанная технология обезволашивания шкур животных иммобилизованными ферментами позволяет получить кожи для верха обуви стандартного качества, интенсифицировать процесс обезволашивания шкур за счет сокращения длительности процесса, сохранить неповрежденный волос, пригодный для дальнейшей промышленной переработки, значительно сократить объем сточных вод и снизить в них содержание загрязняющих веществ, улучшая тем самым экологическую обстановку кожевенного производства. Практическая значимость полученных результатов состоит:

- в разработке и апробации технологии обезволашивания кожевенного сырья (шкур крупного рогатого скота) иммобилизованными ферментами в цикле кожевенного производства Новосибирского ЗАО «КОРС»;

- в установлении возможности использования иммобилизованных ферментных препаратов в отмочно-зольных процессах других видов кожевенного сырья с соответствующей корректировкой параметров их обезволашивания и золения;

- в улучшении экологической обстановки при использовании предлагаемой технологии обезволашивания, выражающемся в сокращении сброса сточных вод и снижении содержания в них сульфида натрия и других загрязнителей.

Апробация работы. Результаты, изложенные в диссертационной работе, обсуждались и получили положительную оценку на конференциях:

• региональной научной конференции «Наука. Техника. Инновации», Новосибирск, 2002 (II место);

• Всероссийской научной конференции «Наука. Технологии. Инновации», Новосибирск, 2003 (III место), 2004, 2009;

• ХЫ1 международной научной конференции «Молекулярный дизайн и экологические безопасные технологии», Новосибирск, 2004 (II место);

• Межвузовской научной конференции «Интеллектуальный потенциал Сибири», Новосибирск, 2006, 2011 (II место).

Публикации. Основные результат диссертационной работы изложены в 4 статьях, коюрые соответствуют требованиям ВАК, и в 20 работах, опубликованных в сборниках тезисов и материалов конференций.

Личный вклад соискателя заключается в общей постановке задачи, в выборе методов проведения экспериментальных исследований и интерпретации полученных результатов, проведении лабораюрпых, полупроизводственных и производственных испытаний, оформлении статей, выступлении на конференциях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключений, выводов, списка используемой литературы, включающего 142 наименования, и приложений. Работа изложена на 139 страницах основного текста, иллюстрирована 53 рисунками и 11 таблицами.

Заключение

В данной главе обоснован выбор ферментов для иммобилизации, приведена характеристика комплекса фермента с носителем. Изучены свойства иммобилизованных ферментных препаратов - иммобилизованного протосубтили-на и иммобилизованной алкалазы РО. Показано, что протеолитическая активность ферментных препаратов в результате иммобилизации снижается примерно на 20%. Однако, результатом иммобилизации является увеличение стабильности ферментных препаратов по отношению к повышенным температурам и расширение области рР1 оптимума действия ферментов в щелочную сторону.

Кроме того, изучено влияние хлорида натрия и ПАВ (анионоактивных и неионогенных) на активность ферментных препаратов. Показано, что концентрация хлорида натрия до 50 г/л практически не влияет на активность ферментных препаратов. ПАВ несколько снижают активность ферментов, однако, способствуют извлечению глобулярных белков и потому, должны быть использованы для обезволашивания кожевенного сырья. Установлено, отсутствие отрицательного инактивирующего влияния компонентов зольника на активность иммобилизованных ферментов. Это позволит в производстве реализовать си-нергетическое действие иммобилизованного фермента с сульфидом натрия и известью с целью уменьшения длительности цикла отмочно-зольных процессов. Показано, что иммобилизованные ферменты сохраняют все специфические свойства нативного предшественника, но выгодно отличаются от него стабильностью, проникающей способностью, направленностью действия, меньшей подверженностью действию веществ, инактивирующих их.

Предположено, что механизм действия иммобилизованного ферментного препарата заключается в диффузии защищенной формы фермента в дерму, т. е. к месту реакции с гидролизуемыми связями и исчерпывании фермента при его реакции с субстратом. На основании обширного экспериментального материала, полученного с помощью современных методов исследования структуры дермы, предположили механизм обезволашивания сырья иммобилизованными ферментами. Показано с помощью гистологических исследований сырья и голья, что в результате обезволашивания и последующего золения происходит разволокнение коллагеновых волокон и очистка дермы от неколлагеновых белков, что подтверждают данные определения температуры сваривания. Установлено разрушение поперечных связей, скрепляющих структуру коллагена и по термоанализу образцов дермы. Кроме этого, установлено образование гидро-ксильных групп, что возможно связано с разрушением белково-углеводных комплексов. Установлено, что шерсть, снятая после воздействия иммобилизованных ферментных препаратов, сохраняет свою нативную природу. С помощью метода гель-хроматографии определено, что иммобилизованный фермент извлекает в основном вещества с молекулярной массой менее 10 КДа, т. е. глобулярные белки, полипептиды. Исследование продуктов гидролиза показало, что они содержат оксипролин, но его концентрация небольшая [105].Таким образом, иммобилизованный фермент не разрушает волокнистую структуру коллагена. В результате рентгенофазового анализа установлено межплоскостное расстояние коллагеновых волокон при перпендикулярном направлении луча. Оно составило 4,53 А, что хорошо согласуется с литературными данными и еще раз подтверждает сохранность структуры коллагена. Экспериментальные данные, представленные в этой главе, были опубликованы [107-116].

Для проверки достоверности данных, их обрабатывали с помощью методов математической статистики на основе корреляционного и регрессионного анализов [89; 117-119] приложение В.

4 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОБЕЗВОЛАШИВАНИЯ КОЖЕВЕННОГО СЫРЬЯ ИММОБИЛИЗОВАННЫМИ ФЕРМЕНТАМИ

4.1 Методика процесса обезволашивания иммобилизованными ферментами

Для разработки технологии обезволашивания кожевенного сырья [120124] сначала нами были определены оптимальные концентрации ферментных препаратов с учетом эффекта обезволашивания и сохранности структуры лицевой поверхности. Степень разрушения структуры устанавливали по выплавлению желатина, этот показатель позволяет судить о разрушении коллагена, являющегося основным белком шкуры. Лабораторные исследования проводили на полукожнике, КРС, овчине, козлине, свином сырье. Обработку ферментами осуществляли в растворе в динамических условиях и в статических, т.е. при нанесении обезволашивающего раствора на бахтармяную сторону образцов и выдерживании образцов при температуре 36-38 °С. Методика эксперимента представлена в таблице 4.1