CC BY
23
ИЗУЧЕНИЕ УСЛОВИЙ ПОЛУЧЕНИЯ БИОПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОК ИЗ ОТХОДОВ КОЖЕВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА
© Леонова Е.Г.*, Шалбуев Д.В.*, Титова И.И.*, Советкин Н.В.*
Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, г. Улан-Удэ
Сегодня во всем мире интерес вызывают экологически-чистые и ресурсосберегающие технологии. В кожевенно-меховом производстве к таким технологиям относят технологии переработки отходов, включающие стадии их сбора, частичное хранение и переработку. Авторами статьи предложена технология получения биополимерных пленок из коллагенсодержащих отходов и некондиционного кожевенного сырья, позволяющая снизить негативное воздействие на окружающую среду. Биополимерная пленка может быть использована для дальнейшего производства пищевых оболочек, косметических масок, медицинских нитей и губок, прокладочного материала для швейных изделий специального назначения и т.д. Современный рынок коллагенсодержащей продукции насыщен продукцией зарубежного производства из Японии, Китая, Польши, США, Канады, Франции, а продукция российского производства неконкурентоспособна. В работе приведены результаты исследования условий получения уникальных биополимерных пленок.
Кожевенно-меховые предприятия в результате своей деятельности образуют твердые и жидкие отходы, содержащие белок. Попадание данных отходов в окружающую среду приводит к загниванию с последующим поступлением продуктов их разложения и патогенной микрофлоры, в водные объекты. Поэтому, актуальным направлением для предприятий кожевенно-меховой отрасли является переработка отходов.
Твердые отходы (мездра, краевые участки, гольевая обрезь) образованы фибриллярным белком - коллагеном, для извлечения которого отходы подвергают термической и химической деструкции, получая при этом продукты денатурации, утратившие трехцепочечную спиральную структуру, или надмолекулярные агрегаты, сохранившие волокнистую структуру исходного
* Старший преподаватель кафедры «Технология кожи, меха. Водные ресурсы и товароведение», кандидат технических наук, старший научный сотрудник ЦКП «Прогресс».
* Профессор кафедры «Технология кожи, меха. Водные ресурсы и товароведение», доктор технических наук.
" Доцент кафедры «Технология кожи, меха. Водные ресурсы и товароведение», кандидат технических наук, директор ЦКП «Прогресс».
* Доцент кафедры «Технология кожи, меха. Водные ресурсы и товароведение», кандидат технических наук, директор ООО «МИП «ЭКОМ».
коллагена. Согласно исследованиям, проведенным А.И. Сапожниковой [1], выход коллагена зависимости от вида отходов составляет: кожа - 34-45 %, спилок - 9-12 %, краевые отходы - 7-11 %, мездра - 9-11 %, гольевая обрезь -7-13 %, стружка - 7-18 %, растворенные отходы 5 %, пыль 3 %.
Паукшто М.В., Мак Мартри Д.Х., Фуллер Джеральд Дж. (Ш), Бобров Ю.А., Кирквуд Джон И. [2] иллюстрируют на рис. 1, как происходит образование волокнистого коллагена за счет внутри- и межмолекулярных поперечных связей.
аминокислоты ~ !нм &
Рис. 1. Структура коллагена [2]
Авторами настоящей работы в предыдущих исследованиях [3, 4] разработан и запатентован способ получения продуктов растворения коллагена (ПРК) [5]. Технология включала многостадийную обработку некондиционного кожевенного сырья шкур крупного рогатого скота, мездры шкур овец и лап оленей в водных растворах химических веществ - щелочно-солевая и солевая обработки, кислотный гидролиз, гомогенизация, диализ. Для максимального выхода коллагена к кожевенным отходам предъявляли следующие требования - недубленые отходы или сырье конских, верблюжьих, козьих, овечьих, свиных или шкур крупного рогатого скота со степенью обводнения не менее 60 % и отсутствием волосяного покрова. Инновацией данной технологии являлось использование на стадии кислотного растворения в качестве растворителя отходов молочной промышленности. Готовый ПРК представлял собой выделенный из соединительной ткани животных фибриллярный белок в виде прозрачной однородной желеобразной массы.
Сегодня ПРК используют в медицине в качестве заживляющих мазей и губок, в виде пленок и гелей в косметологии, как пищевые пленки и добавки в пищевой промышленности и др. Пленка из ПРК имеет много преимуществ - удобна в нанесении, имеет более длительный срок годности, чем ма-
зи и гели, содержит ценные аминокислоты (аланин, валин, глицин, гистидин, лизин, аспаргин, аргинин, треонин, серин, глутамин, пролин, метионин, лейцин, изолейцин, тирозин, фенилаланин, гидроксипролин, гидроксилизин) и химические элементы (К, №, Ca, Fe, Zn, Л!, Cu, Мп, Ag, Co, Ni, Sn, V, Pb, Сг, В^ Мо, Mg, I), в зависимости от назначения могут содержать необходимые лекарственные и биохимически активные вещества.
Целью данной работы являлось исследование условий получения биополимерных пленок.
Для отлива пленок использовали ПРК, полученные вышеуказанным способом при разных температурных режимах (°С) и величине титруемой кислотности растворителя (°Т):
1. ПРК (4 °С / 160 °Т) и ПРК (4 °С / 380 °Т) - ПРК, полученный при температуре процесса кислотного растворения 4 °С и при величине титруемой кислотности КМК 160°Т и 380°Т;
2. ПРК (18 °С / 160 °Т) и (18 °С / 380 °Т) - ПРК, полученный при температуре процесса кислотного растворения 18 °С и при величине титруемой кислотности КМК 160 °Т и 380 °Т;
3. ПРК (24 °С / 160 °Т) и (24 °С / 380 °Т) - ПРК, полученный при температуре процесса кислотного растворения 24 °С и при величине титруемой кислотности КМК 160 °Т и 380 °Т.
Органолептические и физико-химические свойства исходного сырья и ПРК представлены в табл. 1. Для получения ПРК использовали коллагенсо-держащее сырье с влажностью 75,5 % и значением рН водной вытяжки ко-жевой ткани 7,2. Готовый ПРК имел среднее значение рН 6,5 и среднюю молекулярную массу 299226 угл.ед.
Таблица 1
Физико-химические свойства продуктов растворения коллагена
№ Наименование показателя Среднее значение показателей
Исходное сырье ПРК
1 Органолептические свойства Сырье и мездра во влажном состоянии без волосяного покрова, очищенное от посторонних включений, жира Продукт гелеобразной консистенции, молочного цвета, с запахом кислого молока
2 Водородный показатель водной вытяжки 7,2 ± 0,3 6,5
3 Массовая доля влаги, % 75,5 ± 2,3 96,80
4 Массовая доля минеральных веществ, % 2,1 ± 0,2 3,31
5 Плотность, г/см3 - 1,133
6 Динамическая вязкость, сПз - 109000
7 Молекулярная масса, угл.ед - 299226
Для отлива пленок ручным способом предварительно гомогенизированный ПРК с расходом 0,55 см3 на 1см2 пленки наносили на гладкую поверх-
ность парафинированной бумаги, равномерно распределяя по всей площади и высушивали при следующих технологических параметрах:
1. температура сушки 18 °С;
2. влажность окружающей среды 60-62 %;
3. продолжительность сушки - 24 ч.
Сушку пленок проводили до влажности 12-14 %, а окончание сушки определяли отсутствием избытка влаги и способностью пленок к растяжению без изменений их формы. Выбор комнатной температуры и влажности сушки объясняли необходимостью сохранить свойства биоматериала. Материал подложки имел гидрофобную поверхность с целью минимизации взаимодействия между пленкой и подложкой в процессе сушки.
Для того чтобы придать пленкам эластичность добавляли пластификатор, а для продления сроков их хранения - антисептик. В изготовлении косметики и мыл для смягчения и увлажнения кожи, для большей однородности косметики широко применяется глицерин, а наиболее распространенным биологическим антисептиком являются эфирные масла. Поэтому, при отливе пленок в раствор ПРК добавляли глицерин и эфирное масло эвкалипта в количестве 1 %.
Готовые пленки из ПРК имели серовато-белый цвет, характеризовались запахом эвкалипта, обладали жесткостью, прочностью, эластичностью. Толщина пленок составляла 0,15-0,35 мм при ширине пленки 30 мм, пленки после кондиционирования выдерживали нагрузку при разрыве 33-55 Н и удлинение 20-22 %.
В результате исследований установлено, что кислотность растворителя, используемого на стадии кислотного растворения, оказывала влияние на орга-нолептические свойства отливаемых пленок. Биополимерные пленки на основе ПРК, полученных с использованием КМК с величиной титруемой кислотности 160 °Т (ПРК 4 °С / 160 °Т, ПРК 18 °С / 160°Т, ПРК 24 °С / 160 °Т) имели неоднородную поверхность. Это объяснялось наличием в ПРК волокнистого коллагена, оставшегося в результате неполного гидролиза пептидных связей на стадии кислотного растворения из-за низкой кислотности растворителя. При использовании растворов ПРК, полученных с использованием КМК с величиной титруемой кислотности 380°Т (ПРК 4 °С / 380 °Т, ПРК 18 °С / 380 °Т, ПРК 24 °С / 380 °Т), получали ровные гладкие пленки без включений.
Температурный режим получения ПРК также влиял на однородность биополимерных пленок. Пленки из ПРК, полученного при температуре обработки 18 °С и 24 °С, имели ровную, гладкую, однородную по толщине поверхность без включений, тогда как снижение температуры кислотного растворения до 4 °С приводило к замедлению гидролиза пептидных связей и неполному растворению волокон до фибрилл.
Таким образом, для формирования устойчивых структур биополимерных пленок необходимо соблюдать следующие технологические параметры сушки: температура - 18 °С, влажность окружающей среды - 60-62 %, про-
должительность - 24 ч, материал подложки - парафинированная поверхность, а в качестве сырья использовать ПРК однородной гомогенной структуры, полученный при температуре 18 °С или 24 °С и величине титруемой кислотности КМК 380 °Т.
Список литературы:
1. Сапожникова А.И. Классификация отходов кожевенного производства / А.И. Сапожникова // Официальный сайт ВитаРИНО. - 04.2009.
2. Патент № 2455322. Коллагеновые материалы, пленки и способы их изготовления. Паукшто М. В. (Ш), Бобров Ю. А. (Ш), Мак Мартри Дэвид Харвуд (Ш), Фуллер Джеральд Дж. (Ш), Кирквуд Джон И. (US). 05.12.2007.
3. Исследование технологических и потребительских свойств продуктов растворения коллагена и материалов на их основе / Е.Г. Леонова, Д.В. Шал-буев, И.И. Титова, С.Б. Цыренова, В.Д. Раднаева, Н.В. Советкин // Современные проблемы развития текстильной и легкой промышленности: Материалы конференции. - М.: ФГБОУ ВПО МГУТУ им. К.Г. Разумовского; Институт легкой промышленности, 2012. - Кн. 5. - С. 56-59.
4. О возможности получения биополимерных пленок из коллагенсодер-жащих отходов ООО «Малое инновационное предприятие «ЭКОМ» / Е.Г. Леонова, Д.В. Шалбуев, Н.В. Советкин // Кожа и мех в XXI веке: Материалы конференции. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГУТУ 2013. - С. 328-333.
5. Патент № 2486258. Получение продуктов растворения коллагена. Жарникова Е.В., Шалбуев Д.В. Опубл.27.06.2013.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА БИОГАЗА - АЛЬТЕРНАТИВНОГО ВОССТАНАВЛИВАЕМОГО ЗАМЕНИТЕЛЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА
© Максишко Л.М.*, Малык О.Г.*
Львовский национальный университет ветеринарной медицины и биотехнологий им. С.З. Гжицкого, Украина, г. Львов Государственный научно-исследовательский контрольный институт ветеринарных препаратов и кормовых добавок, Украина, г. Львов
Усовершенствование лабораторной биогазовой установки устройством удаления воздуха из реактора улучшило качество получаемого
* Соискатель кафедры Экологии и биологии Львовского национального университета ветеринарной медицины и биотехнологий им. С.З. Гжицького.
* Профессор Государственного научно-исследовательского контрольного института ветеринарных препаратов и кормовых добавок, доктор биологических наук.
