CC BY
20Е.Л. Малачевская, Ю.В. Хребтова
РЕЗУЛЬТАТЫ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЫ «ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЗИМОВ ДЛЯ УДАЛЕНИЯ КРАХМАЛЬНЫХ КЛЕЁВ ПРИ РЕСТАВРАЦИИ МУЗЕЙНЫХ ТКАНЕЙ»
Крахмальные клеи широко использовались и используются по сей день как при изготовлении предметов ДПИ, так и при их реставрации. Они глубоко проникают в волокна ткани, которые из-за этого со временем теряют эластичность, становятся хрупкими и разрушаются. Поэтому в процессе реставрации часто возникает необходимость удаления такого клея. Механическая и водная очистка не могут полностью решить эту задачу, к тому же не ко всем экспонатам их можно применить в полной мере. Правильно подобранные энзимы могут помочь решить эту проблему. Ферменты как катализаторы могут ускорить химическую реакцию разложения молекул клея, полностью исключив или минимизировав механическое воздействие на экспонат, удалить клей из структуры ткани и даже частично вернуть эластичность волокон. В статье описаны результаты исследований воздействия энзима альфа-амилазы на состаренные проклеенные крахмальным клеем ткани из льна, хлопка, шерсти и шелка. Для каждого вида ткани была определена сохранность прочности и эластичности, что необходимо для сохранности музейного текстиля. Кроме того, проведены исследования на предмет возможных изменений в структуре тканей. Подобраны параметры технологического процесса удаления состаренного крахмального клея. Прежде всего, это конкретные препараты альфа-амилазы, а также концентрация рабочего раствора, время экспозиции и температура обработки. По результатам исследований разработана методика повторной реставрации музейных тканей с целью удаления старого клея.
Ключевые слова: энзимы, ферменты, удаление старого клея, повторная реставрация, исторический текстиль, крахмальный клей, альфа-амилаза, а-амилаза.
E. Malachevskaya, Y. Khrebtova
RESULTS OF SCIENTIFIC RESEARCH WORK "APPLYING OF ENZYMES FOR REMOVING STARCH ADHESIVES IN MUSEUM TEXTILE RESTORATION"
Starch adhesives have been widely used and are still used today both in the manufacture of arts and crafts and in their restoration. They penetrate deep into the fibers of the fabric, which, because of this, eventually lose their elasticity, become brittle and collapse. Therefore, during the restoration process, it often becomes necessary to remove such glue. Mechanical and water cleaning cannot completely solve this problem, besides, they cannot be applied to all exhibits to the full extent. Properly selected enzymes can help solve this problem. Enzymes as catalysts can accelerate the chemical reaction of the decomposition of glue molecules, completely eliminating or minimizing the mechanical impact on the exhibit, remove glue from the fabric structure and even partially restore the elasticity of the fibers. The article describes the results of studies on the effect of the а-amylase enzyme on aged fabrics made of linen, cotton, wool and silk glued with starch glue. For each type of fabric, the preservation of strength and elasticity was determined which is necessary for the preservation of museum textiles. In addition, studies were carried out for possible changes in fabrics structure. The parameters of the technological process for removing aged starch glue are selected. First of all, these are specific preparations of alpha-amylase, as well as the concentration of the working solution, exposure time and processing temperature. Based on the results of the research, a technique of removal the aged starch glue in the re-restoration of museum fabrics has been developed.
Keywords: enzymes, removal of aged glue, re-restoration, historical textiles, starch glue, а-amylase.
Крахмальные клеи широко использовались и используются по сей день как при изготовлении предметов ДПИ, так и при их реставрации. Они глубоко проникают в волокна ткани, которые из-за этого со временем теряют эластичность, становятся хрупкими и разрушаются1. Механическая и водная очистка не могут полностью решить задачу удаления такого клея, к тому же не ко всем экспонатам их можно применить в полной мере. С целью исследования возможности удаления таких клеёв щадящими методами был проанализирован метод воздействия энзимами на состаренный крахмальный клей.
Известно, что для разрушения крахмала пригодна а-амилаза, и есть положительный опыт применения ее в музейной реставрации. Наша задача состояла в том, чтобы подобрать оптимальные энзимные препараты для каждого из вида тканей: шелк, шерсть, лен и хлопок, а также отработать технологический процесс удаления клея. Кроме того, представлялось важным проверить, как меняются после такой обработки прочность и эластичность тканей.
Энзимные препараты, отобранные для эксперимента, должны, во-первых, быть доступными на российском рынке и, во-вторых, работать при низких температурах, а также при значениях водородного показателя (рН), близких к нейтральному. Выбор препаратов был осуществлен при участии сотрудников Всероссийского научно-исследовательского института пищевой биотехнологии - филиала Федерального исследовательского центра питания, биотехнологии и безопасности пищи (ВНИИПБТ - филиал ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии»).
В эксперимент были взяты 2 препарата, содержащие бактериальную а-ами-лазу (АЛЬФАЛАД БН производства Торговый дом «Биопрепарат» и BAN 480 LS производства Novozymes, Дания), а также 2 препарата, содержащие грибную а-амилазу (Амилоризин производства Торговый дом «Биопрепарат» и Фунгамил производства Novozymes, Дания).
Кроме того, было проверено воздействие на клеевую композицию указанных препаратов при добавлении к ним моющего средства «Ландыш», производства АО «Объединение Бытовой Химии» г. Новомосковск Тульской обл., изготовленного с указанными нами изменениями (без добавления в рецептуру отдушки и отбеливателя). Водородный показатель (pH) водопроводной воды, используемой в эксперименте, составлял 6-6,5, добавление «Ландыша» повышало его до 7.
Модельные образцы готовились из новых тканей: шелка, шерсти, хлопка и льна. На них был нанесен слой крахмального клея (густой клейстер №3), приготовленного по методике Н. Н. Семеновича2. Данная методика была выбрана как наиболее популярная среди отечественных реставраторов второй половины ХХ века. Большинство экспонатов, нуждающихся сегодня в повторной реставрации, ранее были отреставрированы именно по ней. Далее, проклеенные тканевые образцы подверглись процедуре старения в климатической камере. Время экспозиции в камере составляло 500 часов, температура: 6o+5°C, относительная влажность: 98+2%. Состаренная ткань была нарезана на кусочки 5x5 см., а затем образцы были обработаны вышеперечисленными энзимными препаратами. Препараты применялись в концентрациях 0,05% и 0,1%, с моющим средством «Ландыш» (в специальном приготовлении) и без него, время экспозиции препарата на образце составляло 30 или 60 минут. Готовилось по 2 параллельных образца на каждый из перечисленных вариантов. Обработка проводилась при постоянной температуре 40+2°C
в термостате. Таким образом, в эксперименте были обработаны 256 образцов. Затем проводилась трехкратная промывка образцов дистиллированной водой и просушка в слоях фильтровальной бумаги при комнатной температуре. По литературным данным3 такая обработка достаточна для удаления следов используемых ферментов, что подтверждают и специалисты из ВНИИПБТ, специализирующиеся на работе с энзимными препаратами. Далее, таким же образом были изготовлены модельные образцы для испытания тканей на определение изменения прочности и эластичности в результате обработки энзимами, если таковое происходит. Размер этих образцов составлял 12x5 см. Обработка также проводилась четырьмя энзимными препаратами без добавления моющего средства, концентрация их составляла 1%, а время экспозиции - 60 минут (при постоянной температуре 40+2°C). Для этого этапа эксперимента было изготовлено 8 образцов.
Прежде всего, следовало убедиться, что данная обработка не нарушает целостности нитей и их элементного состава, а также не ухудшает прочность и эластичность тканей. Для этого с помощью электронного микроскопа были проведены визуальные исследования нитей образцов шелка и сделаны замеры толщины их пучков у новой ткани (после старения) и у той же ткани после обработки энзимными препаратами. Определено, что этот параметр остается неизменным в результате указанной обработки. Результаты замеров таковы (в мкм):
• состаренный шелк - 123, 132, 137, 140;
• обработка BAN 480 LS - 93, 99, 115;
• обработка Альфаладом - 93, 96, 113, 118;
• обработка Амилоризином - 108, 125, 140, 99;
• обработка Фунгамилом - 105, 111, 125, 126.
Как видно из приведенных данных, с учетом неравномерности волокон шелка можно сделать вывод, что толщина их не меняется в результате указанной процедуры.
Замер изменений элементного состава показал, что количество углерода и кислорода , основных элементов, входящих в состав шелковых нитей, до и после очистки остался неизменным (табл. 1).
Таблица 1. Замер элементного состава образцов шелка
Образец С O
Исходный 55,08 43,95
54,09 44,84
BAN 480 LS 61,5 35,9
60,22 36,23
Альфалад 64,68 34,27
65,01 33,82
Амилоризин 58,16 40,88
57,87 40,94
Фунгамил 62,9 35,53
63,49 35,68
Затем модельные образцы шерсти, шелка, льна и хлопка, прошедшие ферментное удаление клеевого слоя, были исследованы на изменение прочности и эластичности в результате данной процедуры. Испытания образцов проводились на разрывной машине FP 10/1 (Германия). В качестве примера приведены результаты испытаний образцов шелка (табл. 2).
Таблица 2. Результаты испытаний образцов шелка на прочность и относительное удлинение
Прочность на разрыв, H Относительное удлинение, %
Новая ткань Образец 1 55 31,5
Образец 2 42,5 31,5
Среднее 48,5 31,5
Состаренная ткань Образец 1 5 14,3
Образец 2 5,2 14,3
Среднее 5,1 14,3
Амилоризин Образец 1 14 47,2
Образец 2 15 37,2
Среднее 14,5 42,2
BAN 480 LS Образец 1 13,6 28,6
Образец 2 8,4 31,5
Среднее 11 30
Альфалад БН Образец 1 9 30
Образец 2 8,6 21,5
Среднее 8,8 25,8
Фунгамил Образец 1 12,2 25,8
Образец 2 8,8 25,8
Среднее 10,5 25,8
Результаты, полученные и для трех остальных тканей, позволяют сделать следующие выводы.
1. Состаренный шелк с клеевым покрытием значительно теряет в прочности (примерно в 9 раз) и эластичности (в 2 раза);
2. Прочность шелковой ткани после расчистки всеми препаратами увеличилась примерно в 2 раза;
3. Относительное удлинение шелка после расчистки всеми энзимами увеличилось и достигло значения этого показателя для новой ткани при обработке препаратами BAN 480 LS и Амилорезин;
4. Прочность состаренного хлопка с клеевой пленкой снизилась после ускоренного старения в 1,5 раза;
5. Эластичность состаренных образцов хлопка снизилась незначительно;
6. После обработки всеми энзимами прочность хлопковой ткани возросла, а для препарата BAN 480 LS достигла прочности исходной ткани;
7. Относительное удлинение хлопка после очистки энзимами мало изменилось и практически достигло значений эластичности исходной ткани после обработки препаратами Амилоризин и Фунгамил;
8. Относительное удлинение образцов льна практически осталось неизменным как в результате ускоренного старения, так и после обработки энзимами;
9. Прочность модельных образцов льна выросла в результате всех проведенных процедур, особенно ее увеличила обработка препаратом BAN 480 LS;
10. В результате старения прочность шерсти с клеевым покрытием увеличилась примерно в 3 раза;
11. Относительное удлинение шерсти несколько снизилось в результате старения, а после очистки ферментами уже практически не меняло значений и только препарат Амилоризин немного увеличил его;
12. Прочность шерсти после расчистки тремя препаратами осталась неизменной, а BAN 489 LS увеличил ее почти в 2 раза.
Итак, полученные в итоге исследований результаты показали, что очистка от крахмального клея шелка, хлопка, льна и шерсти с помощью энзимных препаратов, взятых в эксперимент, не только не ухудшают, а, в основном, улучшают их механические свойства.
Далее все модельные образцы были исследованы под электронным микроскопом с целью определения полноты отмывания всеми препаратами каждого вида ткани. Были просмотрены 144 образца. Полнота очистки образца от клея, наблюдаемая под микроскопом, оценивалась по 5-балльной системе следующим образом:
• 5 баллов - нити чистые, видна четкая фактура ткани, никаких следов клея;
• 4 балла - образец чистый, но отдельные мелкие частицы клея встречаются;
• 3 балла - присутствуют отдельные частицы клеевого покрытия, нити частично склеены;
• 2 балла - ткань почти сплошь покрыта клеевой пленкой.
По итогам изучения микрофотографий четырех видов очищенных экспериментальными препаратами тканей была произведена оценка эффективности этих препаратов. Использовалось время обработки 30 и 60 минут, концентрация препаратов: 0,05% и 0,1%, а также добавление к ферментам моющего препарата, о котором сказано выше (1% от общего объема). Данные по каждой ткани сводились в таблицу. Для наглядности приводим таблицу по очистке образцов льна (табл. 3).
Как видно из данных Таблицы 3, наилучшими препаратами для очистки образцов льна оказались BAN 480 LS с добавкой специального моющего средства «Ландыш» и Альфалад. Для обоих препаратов оптимальная концентрация - 0,05% при времени обработки 1 час, а для BAN 480 LS с добавкой - еще и концентрация 0,1% при времени обработки 30 мин.
При концентрации 0,05% всех примененных составов за время экспозиции 30 мин не происходит очистки льна. При увеличении времени в два раза начинают работать Альфалад в чистом виде, а также Амилоризин и BAN 480 LS с добавками «Ландыша».
Таблица 3. Оценка степени очистки образцов льна
Конц. (%) - время (мин.) 0,05-30 0,05-60 0,1-30 0,1-60
Альфалад 2 5 4 4
Альфалад + «Ландыш» 2 2 3
Амилоризин 2 2 2 4
Амилоризин + «Ландыш» 2 4 5 2
BAN 480 LS 2 2 2
BAN 480 LS + «Ландыш» 2 5 5 4
Фунгамил 2 2 2
Фунгамил + «Ландыш» 2 3 3
Получение подобных результатов для всех видов ткани вместе с вышеописанными исследованиями дало возможность сделать следующие выводы.
1. Очистка тканей (шелк, хлопок, лен и шерсть), проклеенных ранее крахмальными клеями (с добавками) от этих состаренных проклеек с помощью энзимов исследованных 4-х марок увеличивает их прочность;
2. Эластичность тканей, определяемая их относительным удлинением, не снижается в результате такой очистки. Ее значения остаются на том же уровне для льна и шерсти и увеличиваются до значений эластичности новой ткани у хлопка и шелка;
3. По итогам исследования проклеенных образцов шелка, льна, хлопка и шерсти под электронным микроскопом на полноту их очистки от клеевой композиции на основе крахмала были выбраны энзимные препараты, содержащие а-ами-лазу, для каждого вида ткани, а также параметры технологического процесса -концентрация и время обработки (табл. 4).
Таблица 4. Энзимные препараты и параметры их применения
Альфалад Альфалад + «Ландыш» Амилоризин Амилоризин + «Ландыш» BAN 480 LS
Шелк 0,05% 60 мин; 0,1% 30 мин
Лён 0,05% 60 мин 0,05% 60 мин; 0,1% 30 мин
Хлопок 0,1% 30 мин 0,1% 30 мин 0,1% 30 мин 0,1% 30 мин 0,1% 30 мин
Шерсть 0,05% 60 мин; 0,1% 30 мин 0,05% 60 мин; 0,1% 30 мин 0,1% 30 мин
На основе проведенной работы были написаны «Методические рекомендации по удалению крахмальных клеёв препаратами, содержащими а-амилазу», а по этим рекомендациям отреставрированы 2 знамени из шелка начала XIX века. Методика с применением разработанной процедуры энзимной очистки была применена также при реставрации бархатного плата Господской плащаницы Синодального периода4. Были успешно удалены бумажные проклейки на оборотной стороне и фрагменты мучного клея из волокон бархата.
Примечания
1. Голиков В. П., Лантратова О. Б. Комплексное экспериментальное исследование влияния реставрационного мучного клея на текстиль // «VI Грабарёвские чтения». Международ. науч. конф. Доклады, сообщения. М.: СканРус, 2005. С. 184-198.
2. СеменовичН. Н. Реставрация музейных тканей. Теория и технология. Л.: Изд-во Гос. Эрмитажа, 1961. С. 59-65.
3. AhmedH. E., Kolisis F. N. An investigation into the removal of starch paste adhesives from historical textiles by using the enzyme a-amylase // Journal of cultural heritage. Vol. 12. № 2. 2011. P. 169-179.
4. СмоленчукЕ. В., Хребтова Ю. В. Методы очистки исторических тканей на примере реставрации предметов церковного искусства Синодального периода // Возвращение к истокам: сб. науч. статей: материалы международ. науч. конф. III Покровские академич. чтения «Древнерусское шитье - история и современность». Вып. 3. СПб.: НИЦ АРТ, 2021. С. 74-81.
1. Golikov V. P., Lantratova O. B. Kompleksnoe e'ksperimental'noe issledovanie vliyaniya restavracionnogo muchnogo kleya na tekstil' // «VI Grabaryovskie chteniya». Mezhdunarod. nauch. konf. Doklady', soobshheniya. M.: SkanRus, 2005. S. 184-198.
2. Semenovich N. N. Restavraciya muzejny'x tkanej. Teoriya i texnologiya. L.: Izd-vo Gos. E'rmitazha, 1961. S. 59-65.
3. AhmedH. E., Kolisis F. N. An investigation into the removal of starch paste adhesives from historical textiles by using the enzyme a-amylase // Journal of cultural heritage. Vol. 12. № 2. 2011. P. 169-179.
4. SmolenchukE. V., Xrebtova Yu. V. Metody' ochistki istoricheskix tkanej na primere restavracii predmetov cerkovnogo iskusstva Sinodal'nogo perioda // Vozvrashhenie k istokam: sb. nauch. statej: materialy' mezhdunarod. nauch. konf. III Pokrovskie akademich. chteniya «Drevnerusskoe shite - istoriya i sovremennost'». Vy'p. 3. SPb.: NICz ART, 2021. S. 74-81.
Сведения об авторах
Малачевская Елена Львовна - ФГБНИУ «ГОСНИИР», заведующая лабораторией химико-технологических исследований. 107014, Москва, ул. Гастелло, 44, стр. 1. E-mail: [email protected]
Хребтова Юлия Викторовна - ФГБНИУ «ГОСНИИР», заведующая отделом научной реставрации произведений прикладного искусства. 107014, Москва, ул. Гастелло, 44, стр. 1. E-mail: [email protected]
MaLachevskaya Elena - The State Research Institute for Restoration, head of the Laboratory of chemical and technological research. 44-1, Gastello St., Moscow, Russia, 107014. E-mail: [email protected]
Khrebtova Yuliya - The State Research Institute for Restoration, Head of the Department of Scientific Restoration of Works of Applied Art. 44-1, Gastello St., Moscow, Russia, 107014. E-mail: [email protected]
