CC BY
30
Досліджено вплив пробіотичних бактерій Bacillus subtilis на процес відмочування-зоління шкурок кроля прісно-сухого консервування в технологічному процесі їх переробки в шкіру. Запропонована технологія характеризується прискоренням процесу відмочування шкурок вдвічі при підвищеному на 20 % об’ємному виході шкіряного матеріалу та екологічністю, завдяки зменшенню вмісту сполук хрому у відпрацьованих розчинах на 34 %
Ключові слова: пробіотичні
бактерії Bacillus subtilis, шкури кроля, відмочувально-зольні процеси
□------------------------------□
Исследовано влияние пробиотических бактерий Bacillus subtilis на процесс отмоки-золения шкурок кролика пресно-сухого консервирования в технологическом процессе их переработки в кожу. Предложенная технология характеризуется ускорением процесса отмоки шкурок вдвое при повышенном на 20 % объемном выходе кожаного материала и экологичностью, благодаря уменьшению содержания соединений хрома в отработанных растворах на 34 %
Ключевые слова: пробиотические бактерии Bacillus subtilis, шкуры кролика, отмочно-зольные процессы ----------------□ □-------------------
УДК 675.023.2/.32
ЗНЕВОЛОШУВАННЯ ШКУР ТВАРИН ІЗ ВИКОРИСТАННЯМ ПРОБІОТИЧНИХ БАКТЕРІЙ BACILLUS SUBTILIS
А. Г. Данилкович
Доктор технічних наук, професор* Е-mail: [email protected] П. І. Гвоздяк Доктор біологічних наук, професор Відділ сорбції та біології очищення води Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В.Думанського НАН України бул. Вернадського, 42, м. Київ, Україна, 03142 E-mail: [email protected] О. О. Роман юк Кандидат технічних наук, доцент Кафедра техногенної безпеки та тепломасообмінних процесів** E-mail: [email protected] О. В. Ковтунен ко Старший науковий співробітник* Е-mail: [email protected] *Кафедра технології шкіри та хутра **Київський національний університет технологій та дизайну вул. Немировича-Данченка, 2, м. Київ, Україна, 01011
1. Вступ
Фундаментальні дослідження останніх років у технологіях шкіряного і хутрового виробництва по вивченню структури та властивостей колагену сприяють поглибленню розуміння особливостей колоїдно-хімічних процесів, що дозволяє розробляти нові технології переробки натуральної сировини у шкіру та хутро [1]. Найбільш ефективним в таких технологіях є використання ферментних препаратів протеолітичної, глікозидної та ліполітичної дії у відмочувально-зольних процесах [2]. Це обумовлено їх підвищеною активністю при руйнуванні зв’язків неколагено-вих компонентів дерми з функціональними групами біополімеру, що прискорює їх видалення зі структури дерми [3]. При цьому в лужному середовищі одночасно відбувається руйнування мукополісахаридних сполук і міцних дисульфідних зв’язків у волосяних сумках, що прискорює процес зневолошування шкіряної сировини (рис. 1) [4].
Рис. 1. Бактеріальне зневолошування шкіряної сировини
2. Постановка проблеми
Використання ферментних препаратів у
технологічних обробках дозволяє зменшити витрати екологічно шкідливих реагентів, суттєво знизити їх вміст у стічних водах, а отже, зменшити техногенний вплив на довкілля. Тому доцільно розглянути можливість використання у технологічних процесах
виробництва шкіри бактеріальних препаратів, які безпосередньо продукують ферменти.
3. Аналіз літературних даних
Для очищення стічних вод шкіряного виробництва хромових шкір використовуються бактеріальні препарати [5, 6]. Тому при розробці ефективних технологій відмочувально-зольних процесів перспективними можна вважати бактеріальні препарати, які продукують ферменти різної функціональної дії [7]. Особливий науковий і технологічний інтерес становлять бактерії роду Bacillus, що є найбільш поширеними в природі. Вони відзначаються високою пристосованістю до зовнішніх умов. Зокрема, бактерії виду Bacillus subtilis (рис. 2) як продуценти ферментів, антибіотиків, інсектицидів [8 - 11] характеризуються здатністю існувати за умов відсутності кисню та в широкому діапазоні температур, використовуються для живлення органічних та неорганічних сполук тощо. Про високу деструктивну властивість бактерій роду Bacillus свідчить їх широке застосування в різних технологічних розробках [12 - 15].
Рис. 2. Бактерії роду Bacillus subtilis
4. Мета і завдання дослідження
Метою роботи є дослідження впливу пробіотичних мікроорганізмів виду Bacillus subtilis на ефективність проведення відмочувально-зольних процесів при переробці шкурок кроля у шкіряний матеріал.
Об’єктом дослідження є процес відмочування-зоління шкурок кроля з використанням пробіотичних бактерій Bacillus subtilis
[7].
У роботі використані шкурки самців кроля прісно-сухого консервування товщиною 1,21,4 мм. Показники голини, напівфабрикату та готової шкіри визначали відповідно до методик, наведених у літературі [16 -1 7].
Для досягнення поставленої в роботі мети використовували бактерії виду Bacillus subtilis на процесах відмочування та зневолошування.
36-38 °С і рН робочого розчину 6,7-7. Тривалість процесу визначалась за ступенем поглинання технологічного розчину шкірною тканиною, який мав бути не меншим, ніж у зразка, обводненого за існуючою технологією [18].
Зневолошування шкурок кроля (крім варіанту 3) проводили намазним способом. У варіанті 3 волос видалявся механічним способом після витримки шкурок у відмочувальному розчині протягом 36-48 год.
Наступне зоління отриманої голини всіх варіантів виконували у сульфідно-вапняному розчині. За контрольною обробкою (варіант 4) витрати гідросульфіду і сульфіду натрію відповідно становлять 0,3 % і 0,6 %, а гідроксиду кальцію - 1,2 % маси голини. При цьому витрати хімічних реагентів у варіантах 1-3 зменшено на 20 % порівняно з контрольним.
Підшкірна клітковина видалялась при міздрінні дослідних зразків після зоління, а контрольного - перед зневолошуванням.
Наступні технологічні обробки отриманого напівфабрикату проводили за існуючою технологією [18]. Хімічний склад і властивості напівфабрикату та вміст оксиду хрому (III) у відпрацьованих розчинах визначали відповідно до методик [16].
У технологіях переробки консервованих шкур тварин процес обводнення пов’язаний з наближенням ступеня гідрофільності дерми шкур до стану «свіжої» чи парної шкури. Це обумовлено необхідністю збільшення міжмакромолекулярних проміжків для ефективної дифузії хімічних реагентів в об’єм дерми до центрів взаємодії. Ступінь обводнення шкурок кроля за розробленими технологіями був як у зразків контрольного варіанту, а тривалість процесу вдвічі меншою, тоді як при однаковій тривалості величина обводнення для варіанту 3 збільшилася на 3,6 %. Скорочення тривалості процесу відмочування зумовлене активною дією бактерій Bacillus subtilis при однаковому хімічному складі технологічних розчинів варіантів 2 і 3.
Таблиця 1
Варіанти технологій відмочування-зоління шкурок кроля
5. Експериментальні дані та їх обговорення
Склади технологічних розчинів наведено в табл. 1. Відмочування-зоління шкурок кроля проводили по чотирьох варіантах у лабораторному барабані при температурі відмочування
Варіант Відмочування Ступінь обвод-нення,% Міздрін- ня Зневоло- шування М’як- шення, год.
реагент, г/л тривалість, год.
1 NaCl - 5 Na2SOs - 5 ПАР - 1 бактерії Bacillus subtilis - 15 12-13 64,80 після зоління намазне 1,0-1,5
2 Na2SOs - 8 ПАР - 1 бактерії Bacill-lus subtilis - 15 12-13 65,79 після зоління намазне 1,0-1,5
3 Na2SOs - 8 ПАР -1 бактерії Bacili-lus subtilis - 15 24 68,51 після зоління у відмочувальному розчині 36-38 год. 0,9-1,0
4 NaCl - 10 ПАР - 1 24-26 64,87 після відмочу- вання намазне 1,0-1,5
З
Процес зневолошування у варіантах 1, 2 і 4 здійснюється із використанням сульфідно-вапняної намазної суміші при температурі 36-38 оС, а у варіанті 3 - завдяки дії екологічно безпечного бактеріального препарату.
6. Апробація результатів і досліджень
Після процесу м’якшення отримана голина за всіма варіантами мала на дотик шовковисту поверхню. Однак тривалість процесу м’якшення напівфабрикату варіанту 3 була зменшена на 0,5 год. (=30 %).
За даними хімічного аналізу (табл. 2) вміст сполук хрому в шкірах варіантів 1-3 не суттєво відрізняється від контрольного, однак концентрація оксиду хрому (III) у відпрацьованому розчині варіанту 3 на 33,8 % менша. Це свідчить про екологічну перевагу цієї технології порівняно з контрольною, тоді як у технологій 1 і 2 вона менша. За іншими показниками хімічного складу шкіри, отримані за розробленими технологіями, практично не відрізняються від контрольного варіанту.
За результатами фізико-механічних досліджень шкір, одержаних із шкурок кроля (табл. 3), їх гідротермічна стійкість досягає максимального значення при реалізації технології за варіантом 3. Це можна пояснити більш ефективним проходженням процесу де-фібрилізації колагену дерми у відмочувально-зольних процесах під дією бактеріального препарату Bacillus subtilis ще на стадії зневолошування.
Таблиця 2
Хімічний склад шкіри
№ п/п Вміст в шкірі, % Варіанти
1 2 3 4
1 Вологи 14,1 14,3 14,7 14,9
2 Оксиду хрому (III) 3,1 3,3 3,7 3,4
3 Речовин, що екстрагуються органічними розчинниками 7,0 7,1 6,9 6,2
4 Голинної речовини 87,7 86,4 87,2 87,5
5 Концентрація Cr2O3 у відпрацьованому розчині, г/л 1,52 1,47 1,31 1,98
Примітка. Оксид хрому (III) і речовини, що екстрагуються органічними розчинниками, наведено із розрахунку на абсолютно суху масу.
За результатами фізико-механічних досліджень шкір, одержаних із шкурок кроля (табл. 3), їх гідротермічна стійкість досягає максимального значення при реалізації технології за варіантом 3. Це можна пояснити більш ефективним проходженням процесу де-фібрилізації колагену дерми у відмочувально-зольних процесах під дією бактеріального препарату Bacillus subtilis ще на стадії зневолошування.
Згідно табл. З величини температур зварювання зразків шкіри, що одержані за різними технологіями, симбатно змінюються зі зміною вмісту оксиду хрому (III). При цьому структура дерми, що має значну пористість, є максимально сформованою порівняно з
іншими варіантами обробки. Аналогічним чином змінюється і об’ємний вихід шкіряного матеріалу, який досягає максимального значення для зразків варіанту 3.
Таблиця 3
Фізико-механічних властивості шкір дослідних технологій
п/п Показники фізико-механічних властивостей Варіанти
1 2 3 4
1 Температура зварювання, оС 102 103 104 102
2 Уявна питома маса, г/см3 0,64 0,61 0,59 0,71
3 Об’ємний вихід 174,2 185,4 190,0 157,4
4 Межа міцності при розриві, МПа 13,5 14,0 14,5 13,0
5 Видовження при 9,8 МПа, % 30,0 32,0 33,0 29,0
6 Видовження при розриві, % 48,0 50,0 53,0 47,0
7 Межа міцності лицьового шару, МПа 11,0 11,6 12,3 10,0
Відповідно до ступеня структурування і стабілізації колагену дерми спостерігається зміна як межі міцності шкіри та її лицьового шару, так і деформаційних властивостей зразків шкіри, отриманих за всіма дослідженими варіантами, при цьому найбільш високі значення міцностно-деформаційних показників мають шкіри, одержані за технологією варіанту 3. Особливо це стосується міцності лицьового шару, що свідчить про найбільшу рівномірність і рівноважність проходження процесу дублення, підготовленого ефективним проведенням попередніх обробок шкурок кроля завдяки дії бактерій Bacillus subtilis.
7. Висновки
1. Досліджено процеси відмочування-зоління шкурок кроля з використанням пробіотичних бактерій Bacillus subtilis. Встановлено скорочення тривалості технологічного процесу відмочування шкіряної сировини вдвічі і зменшення на 20 % витрати екологічно шкідливих реагентів для її зоління.
2. Показано, що процес зневолошування при використанні бактерій Bacillus subtilis реалізується без використання екологічно шкідливих реагентів, а процес м’якшення отриманої голини скорочується на 3033 % порівняно з використанням сульфідно-вапняної намазної суміші за трудомісткою технологією.
3. Запропонована технологія відмочування-зоління шкурок кроля дає можливість об’єднати відмочування, зневолошування, зоління і знезолю-вання в одностадійний технологічний процес. Такий варіант технології дає змогу одержувати еластичні шкіри для галантерейних виробів із комплексом високих фізико-механічних властивостей і підвищеним на 20 % об’ємним виходом порівняно з контрольним варіантом.
4. Технологія переробки шкур кроля на еластичну шкіру з використанням пробіотичних бактерій Bacillus subtilis забезпечує ефективне використання сполук хрому при дубленні і суттєве зменшення їх концентрації у стічних водах, що можна розглядати як екологічну перспективу.
Е
Література
1. Шноваційні технології виробництва шкіряних і хутрових матеріалів та виробів [Текст] : монографія / А. Г. Данилкович, I. М. Грищенко, В. I. Ліщук та ін. ; за ред. А. Г. Данилковича. - К. : Фенікс, 2G12. - 344 с.
2. Шестакова, И. С. Ферменты в кожевенном и меховом производстве [Текст] / И. С. Шестакова, Л. В. Моисеева, Т. Ф. Миронова. - М. : Легпромбытиздат, 199G. - 128 с.
3. Чюрлис, Т. К. Химия протеолитических ферментов [Текст] / Т. К. Чюрлис, А. П. Ужкуренас. - Вильнюс, 1983. - 133 с.
4. Verfahren zur rachen enzymatischen Enthaarung von Hanten [Текст] // Leder. -1997. - 48, № 6-7. - 145 с.
5. Саблій, Л. А. Нова ефективна та маловідходна технологія біологічного очищення стічних вод шкіряних заводів [Текст] /
Л. А. Саблій, О. М. Бунчак, П. I. Гвоздяк // Вісник КНУТД. - 2G1G. - № 6. - С. 77-8G.
6. Ротмистров, М. Н. Микробиология очистки воды [Текст] / М. Н. Ротмистров, П. И. Гвоздяк, С. С. Ставская. - К. : Наукова думка, 1978. - 268 с.
7. Широбоков, В. П. Мікробна екологія людини з кольоровим атласом [Текст] : навч. посібник / В. П. Широбоков, Д. С. Яновський, Р. С. Димент. - К. : ТОВ «Червона Рута - Турс», 2GG9. - 312 с.
8. Сорокулова, И. Б. Сравнительное изучение биологических свойств био-спорина и других коммерческих препаратов на основе бацилл [Текст] / И. Б. Сорокулова // Микробиологический журнал. - 1997. - Т. 69, № 6. - С. 43-49.
9. Антагонистическая активность свежевыделенных штаммов бактерий рода Bacillus [Текст] / Л. П. Блинкова, С. А. Семенов, Л. Г. Бутова [и др.] // ЖМЭИ. - 1994. - № 5. - С. 71-72.
1G. Новые сферы применения микробных биопрепаратов для коррекции бактериоценоза организма человека [Текст] / В. В. Поспелова, Н. Г. Рахимова, М. П. Халенева [и др.] // Иммунобиол. препараты. - 1989. - С. 142-152.
11. Buchell M. E. A phisiological model for the control of erytromycin production in batch and cyclic fed batch culture [Текст] /
M. E. Buchell, J. Smith, H. C. Lynch // Microbiology. - 1997. - V. 143, № 2. - P. 475-48G.
12. Bacillus thuringiensis critic, protein toxic to coleopteran insects [Текст] : пат. 5378625 США : МПК A61K 31/00 / Donovan W. P.,
Rupar M. J., Slanei A. C. ; опубл. G3.G1.95.
13. Pure culture of Bacillus subtilis FERM BP-3418 [Текст] : пат. 5364738 США : МПК AG1N 25/00 / Kubo Kazuhiro ; опубл. 15.11.94.
14. Su Li. Ziran kexue ban [Текст] / Su Li, Zhang Zhihong, Xiao Xianzhi, Wang Xiaomin // J. Wuhan Univ. Natur. Sci. Ed. 1996. -V. 42, № 4. - Р. 516-518.
15. Tsuge Kenji. Characterization of Bacillus subtilis YB8, coproducer of lipopeptides surfactin and plipastatin B1 [Текст] / Tsuge Kenji, Ano Takashi, Shoda Macoto // J. Gen. and Appl. Microbiol. - 1995. - V. 41, № 6. - P. 541-545.
16. Данилкович, А.Г. Практикум з хімії і технології шкіри та хутра [Текст] : навч, посібник / А. Г. Данилкович. - 2-е вид., пере-
роб. і доп. - К. : Фенікс, 2GG6. - 34G с.
17. Хренников, Н. С. Химико-технологический контроль в кожевенном производстве [Текст] / Н. С. Хренников, Н. А. Крыса-нова. - М. : Легкая индустрия, 1967. - 333 c.
18. Данилкович, А. Г. Технологія і матеріали виробництва шкіри [Текст] : навч, посібник / А. Г. Данилкович, О. Р. Мокроусова,
О. А. Охмат ; під ред. А. Г. Данилковича. - К. : Фенікс, 2009. - 580 с.
З
