Изучение свойств бактериальной суспензии и ее применение в подготовительных процессах переработки мехового сырья

Из данных таблицы 2 видно, что при одновременном дозировании ферментных препаратов активность системы меньше суммарной активности отдельно взятых препаратов.

Рассматривая данное явление, можно предположить, что снижение протеолитической и липолитической активности является результатом изменения структурных особенностей обоих ферментных препаратов (гидролиз связей в цепях молекул ферментов, блокировка функциональных групп активного центра и т.д.), и, как следствие этого, их инактивированием.

Анализируя варианты введения ферментных препаратов в раствор, можно сделать вывод о том, что совместное использование липазы флюозим ГЗх и протеазы Прок возможно лишь при условии их поочередного введения. Данные таблицы 2 показывают также, что введение в субстрат липазы флюозим ГЗх, а затем протеазы Прок приводит к значительному снижению протеолитической активности полиферментной системы, что может объяснятся особенностями механизма каталитической реакции, при которой флюозим ГЗх, воздействуя на субстрат, затрудняет каталитическое действие протеазы Прок.

Результаты эксперимента показали, что применение композиции ферментных препаратов при одновременном их дозировании приводит к снижению протеолитической и липолитической активностей; в случае предварительного введения в обрабатывающую жидкость липазы увеличивается липолитическая активность системы и уменьшается протеолитическая, а в случае предварительного введения в обрабатывающую жидкость протеазы увеличивается протелитическая активность системы и уменьшается липолитическая.

Таким образом, для получения кож из шкур угря рекомендуется технология, предусматривающая отмоку-обезжиривание в водном растворе липазы флюозим ГЗх и протеазы Прок при их последовательном введении. Это позволит получить кожевенный полуфабрикат с сохранением специфического рисунка лицевой поверхности, хорошими прочностными и упруго-пластическими свойствами [11].

В работе С.П. Кочетовой и других использован фермент протакрин, представляющий собой комплексную щелочную протеазу. Для работы использовалось сырье КРС массой 25-30 кг.

Воздействие ферментов на сосочковый и сетчатый слои дермы зависит от глубины и скорости проникания в толщу дермы, поэтому представляют интерес методы, дающие возможность проследить за движением и локализацией ферментов в дерме.

Для исследования изменений, происходящих в дерме под действием ферментов был использован метод количественного анализа структуры по РЭМ- изображению.

Образцы КРС исследовали после отмоки, щелочной подготовки и ферментативного обезволашивания. Для каждого образца проводили послойный анализ изменений, происходящий в сосочковом, пограничном и в сетчатом слое.

На сосочковом слое дермы после отмоки были видны отдельные пучки волокон в плотной упаковке, после щелочной подготовки наблюдалось разделение отдельных пучков на волокна, после ферментативной обработки достигалось разделение отдельных пучков на волокна, становились видны отдельные тонкие волоконца, связующие пучки волокон. В пограничной области дермы между сетчатым и сосочковыми слоями после отмоки были видны плотно упакованные пучки волокон, после щелочной подготовки отдельные пучки в большей степени разделены на волокна, после ферментативной обработки видна система тонких волоконец, связывающих между собой отдельные пучки и более крупные волокна. Разделение же самих пучков на волокна в сетчатом слое практически не наблюдается, но следует отметить, что после ферментативной обработки образуется система тонких волоконец, связующих отдельные пучки.

Анализируя полученные результаты, можно сделать следующие предположения: в сосочковом слое после щелочной подготовки происходит разделение структуры, дополнительное освобождение от глобулярных белков и жировых образований. В пограничном слое (между сосочковым и сетчатым) в сырье после отмоки и после щелочной обработки наблюдается тенденция к увеличению количества мелких пор. Это происходит, видимо, за счет удаления неколлагеновых белков.

Сетчатый слой после щелочной подготовки сырья также характеризуется увеличением мелких пор, в то время как после ферментативной обработки возрастает число крупных пор. Это может быть связано с разделением структуры, образованием больших межпучковых пространств

На основании этого можно сделать вывод, что ферментный препарат проникает в толщу дермы и способствует частичному разделению структуры, выводу глобулярных белков. Изменений самой макроструктуры не происходит [12].

Г.А. Нестеровой и Л.П. Истрановым были проведены исследования закономерностей обезволашивания кожевенного, сырья. Обезволашивающего эффекта можно достигнуть, разрушая корень; волоса путем разрыва в щелочной среде прочных дисульфидных связей, а также разрушением веществ, выстилающих волосяную сумку, что способствует свободному выходу из нее волоса. Одной из составных частей ферментативного обезволашивания является воздействие ферментов на компоненты сложных белков, выстилающих волосяную сумку и белково-углеводистые комплексы.

Более поздние исследования подтвердили важную роль протеаз в разрушении белково-углеводистых комплексов. Для достижения эффекта обезволашивания целесообразно применение ферментов, действующих на различные классы соединений, присутствующих в дерме, белки, углеводы, жировые вещества, причем ведущее место принадлежит протеазам.

Все данные по изучению ферментативного обезволашивания показывают, что длительность процесса определяется скоростью проникания фермента к месту реакции -- волосяной сумке.

Основной фактор ускорения процесса - изменение структуры, дермы, способствующее увеличению ее проницаемости и пористости.

Подготовка сырья к действию ферментных препаратов, включающая удаление консервирующих веществ, механические операции удаления подкожно-жировой клетчатки способствуют наилучшему доступу ферментов к структурным элементам дермы и повышению проницаемости ее для больших молекул ферментов. Рекомендуется также обработка щелочами, кислотами, солями. В связи с этим ферментативному обезволашиванию, как правило, предшествует щелочная или ферментативная отмока [13].

Работа С.П. Кочетовой и других посвящена исследованию протеолитической активности собственных ферментов шкур крупного рогатого скота (КРС).

Активность протеолитических ферментов в процессе автолиза в шкуре КРС исследовали независимыми методами: по воздействию экстрактов из шкуры на гидролиз сывороточного альбумина человека и по увеличению аминного азота при расщеплении белков шкуры в процессе естественного автолиза.

Протеолитические ферменты катализируют расщепление белковых веществ до пептидов и дальнейший гидролиз этих пептидов до аминокислот. В связи с этим определение активности протеолитических ферментов шкуры КРС в процессе автолиза можно учитывать по количеству освобождающихся аминных или карбоксильных групп в пробе материала за определенный отрезок времени. Исходя из этого активность определяется по накоплению аминного азота.

Установлено, что в экстрактах при рН 3,6 и 5,6 содержатся ионы магния и цинка в значительном количестве. Ионы кобальта, марганца и меди присутствуют в виде следов. Полученные данные позволяют предположить, что экстракты шкур КРС содержат протеолитические металло-ферменты.

Полученные результаты позволяют предположить, что экстрагируемые из шкуры КРС ферменты можно отнести к классу металлосодержащих тиоловых и карбоксиамидгидролаз [14,15].

Целью работы Г.В. Плешанова, С.В. Янушевской, В.С. Мальцева и В.С. Духанина являлось изучение влияния ферментативной обработки на свойства связующих и пигментных концентратов в качестве связующего используют казеин низших сортов, который по данным, имеет повышенную кислотность, содержит посторонние примеси белкового происхождения, ухудшающие оптические характеристики казеиновых клеев [ 16].

Фигуриным Ю. В. предложен метод обезжиривания свиных шкур с помощью действия комплекса липолитических и протеолитических ферментных препаратов. Установлено, что при ферментативном воздействии комплекса липолитических и протеолитических ферментных препаратов на шкуру происходит ее обезжиривание, уменьшение содержания в ней углеводных компонентов и как следствие этого - хорошее разделение структуры дермы, удаление значительной части неколлагеновых белков. Все это способствует получению кож высокого качества из свиного сырья.

Высокое содержание природного жира в свиных шкурах затрудняет выработку из них высококачественных кож, поэтому при производстве свиных кож необходимо максимальное удаление природного жира, а также хорошее разделение структуры дермы. Для выполнения данных условий наиболее целесообразным является использование комплекса липолитических и протеолитических ферментных препаратов.

Предварительное исследование, проведенные автором, показали, что при совместном использовании комплекса этих ферментных препаратов в подготовительных процессах производства свиных кож в первую очередь необходимо использование щелочной липазы.

В ходе эксперимента ферментные препараты использовались в процессах отмоки и мягчения. Концентрацию щелочных липаз в рабочих жидкостях при исследовании действия комплекса липолитических и протеолитических ферментных препаратов на природный жир свиных шкур определяли количество жира в сырье, сырье после отмоки, голье, полуфабрикате, отработанных жидкостях и в щетине. Полученные результаты, показывают, что используемые ферментные препараты хорошо обезжиривают свиные шкуры и щетину. Хорошее обезжиривающее действие щелочных липаз подтверждается высоким содержанием липидов в отработанных жидкостях в процессе отмоки и мягчения.

В результате проведенной работы установлено, что при ферментативном воздействии комплекса липолитических и протеолитических ферментых препаратов на шкуру происходит ее обезжиривание, уменьшение содержания в ней углеводных компонентов и, как следствие этого, хорошее разделение структуры дермы, удаление значительной части неколлагеновых белков. Все это способствует получению высокого кож качества из свиного сырья [17].

Применение ферментных препаратов при обработке кожевенного сырья является одним из перспективных методов совершенствования технологических процессов.

Целью работы Е.А. Пуртова, Т.Ф. Миронова и Л.М.Лупова являлось изучение возможности применения нейтральной протеазы протосубтилина Г10Х (штамм Bac. Subtilis) в производстве кожи для верха обуви из шкур крупного рогатого скота.

Оптимум действия нейтральной протеазы протосубтилина Г10Х находится в пределах рН 7-7,5, протеолитическая активность по казеину составляет 40 ед./г.

Исследования проводили на полукожнике средней (12 кг) массы мокросоленого способа консервирования.

Для выяснения характера и степени воздействия нейтральной протеазы на структуру дермы полукожника эксперимент осуществляли не препаратах дермы полукожника, приготовленных из отмоченного сырья и голья щелочно-солевой обработки и подвергнутых спирто-эфирной сушке.

Изменение структуры коллагена дермы, происходящие в процессе ферментативной обработки дермы в зависимости от ее продолжительности, концентрации ферментного препарата, предварительной обработки дермы, изучали путем исследования влияния продуктов распада и продуктов выплавления на содержание оксипролина.

В ходе эксперимента было установлено, что действие фермента на структуру коллагена дермы усиливается в случае предварительной щелочной обработки. Незначительное содержание оксипролина в продуктах распада при действие на препараты дермы (до 2,3% в зависимости от характера предварительной обработки и интенсивности ферментативной обработки) свидетельствует о том, что обработка нейтральной протеазой не приводит к распаду коллагена дермы. В продуктах выплавления препаратов дермы, подвергшихся ферментативному воздействию, наблюдается значительное содержание оксипролина, что указывает на появление в структуре дермы под действием ферментов фрагментов структурных элементов коллагена, которые могут перейти в раствор только при гидротермическом воздействии.

Таким образом исследуемая нейтральная протеаза способствует разделению структурных элементов дермы, не вызывая при этом распада коллагена.

Данные разведывательного эксперимента позволяют сделать вывод о возможности использования нейтральной протеазы протосубтилина Г10Х в процессах кожевенного производства.

Исходя из результатов разведывательного эксперимента, были разработаны варианты обработки полукожника, предусматривающие применение нейтральной протеазы протосубтилина Г10Х в процессе подготовки шкур к обезволашиванию и в процессе мягчения. В качестве контрольного варианта использовали типовую методику производства хромовых кож для верха обуви из опойка, выростка и полукожника, предусматирвающую применение в процессе мягчения панкреатина.

При проведении эксперимента в лабораторных условиях исследовали изменение основных структурных элементов шкуры под действием ферментативных обработок по содержанию в отработанных жидкостях оксипролина и общего азота, которое выражалось в процентах от содержания данных компонентов в абсолютно сухой, обезжиренной и обеззоленной шкуре.

Результаты проведенного эксперимента показали, что применение нейтральной протеазы протосубтилина Г10Х в процессе отмоки и мягчения способствует хорошему разделению структурных элементов дермы. Введение обработок данным ферментным препаратом позволяет сократить продолжительность отмоки, уменьшить загрязненность сточных вод благодаря снижению количества сульфида натрия, применяемого в процессе мягчение ферментного препарата животного происхождения панкреатина [18].

1.2 Применение ферментов в производстве меха

В технологии меха ферменты могут применяться и в других процессах, например, при обезжиривании, крашении, отбеливании.

Процесс обезжиривания необходим при обработке многих видов мехового сырья. Так, при обработке меховых и шубных овчин, шкур морского зверя, ондатры, сурка, обезжиривают как волосяной покров, так и кожевую ткань. Учитывая различие в составе жира, находящегося на волосе или в кожевой ткани, используют различные способы обезжиривания. По существующей технологии волосяной покров обезжиривают в водно-щелочных растворах поверхностно-активных веществ, кожевую ткань - в жирорастворителях. Оба эти способа довольно продолжительны и трудоемки, требуют большого расхода воды (первый способ) или специального оборудования (второй способ). Применение липолитических ферментов будет способствовать рационализации процесса, снижению трудоемкости, уменьшению производственного цикла и может быть экономически выгодно, особенно при повторном использовании растворов [19].

Ферменты могут быть также использованы при оксидационном крашении и отбеливании. В обоих случаях необходимо применение окислителей. Известно, что пергидроль - наиболее употребляемый окислитель - резко снижает прочность волоса и кожевой ткани шкур. При использовании оксидаз, которые могут направленно действовать на требуемый агент, прочность волоса не должна снижаться.

Использовать ферменты можно также и для предотвращения пожелтения волоса шкур морских животных. Шкуры морских животных быстро желтеют, что является следствием окисления кислородом воздуха непредельных жиров морских животных. Для защиты шкур от пожелтения их либо упаковывают в герметичные мешки, либо покрывают смазкой, в которую добавлены антиокислители [ 20].

При выделке меховых шкур нельзя применять сильные щелочные воздействия, так как это резко снижает качество волоса. Использование же протеолитических ферментов без предварительной щелоченной обработки малоэффективно, хотя и несколько улучшает качество кожевой ткани. Основным препятствием для использования протеолитических ферментов является их обезволашивающее действие [21].

Наиболее распространен технический панкреатин из поджелудочной железы. В состав этой вытяжки входят следующие ферменты: протеиназа (трипсин), протаминаза (карбоксилпептидаза В), пролиназа, аминопептидаза, карбоксилпептидаза А и дипептидаза, также липаза и амилаза. При обезволашивании и мягчении применяют препараты, получаемые путем выращивания микроорганизмов на питательной среде, например протосубтилин Г3х, липогаетрин Г3х и др., а так же их смеси. Для мягчения в меховом производстве используют препараты микробного происхождения - мальтававморин Г10х, оболадающий гликозидазной активностью. Квашение - сложный процесс, где основную роль играют ферменты, как амилаза, расщепляющая крахмал мальтаза и протеолитические. Таким образом, в кожевенном и меховом производстве важной значение имеют гидролазы: протеазы, эстеразы и эфиразы [2].

Ферментативная обработка меховых шкур является более рациональным способом по сравнению с квашением, обеспечивает высокое качество кожевой ткани - мягкость, легкость, пластичность и, кроме того, способствует повышению производительности труда и увеличению выхода площади мехового полуфабриката. [22].

Казалось бы, не может быть и речи об использовании протеолитических ферментов для обработки меховых шкур вследствие их обезволашивающего действия. Несмотря на это, во многих исследованиях по технологии меха испытывали протеолитические препараты. Так, А. В. Раевский, Н. В. Сергеев, И. П. Стефанович показали, что мягчение меховых и шубных овчин трипсином при предварительной известковой обработке дает весьма высокий технологический эффект: происходит разрыхление кожевой ткани, что придает ей мягкость и пластичность. Но при такой обработке уменьшается прочность волоса, нарушается фиксация его в кожевой ткани. Поэтому данный метод не нашел практического применения.

При обработке меховых шкурок пепсином -- ферментом, способным воздействовать на белки кожевой ткани в кислой среде, происходит резкая потеря кожевого вещества в результате перехода его в растворимое состояние и снижается прочность шкуры. Пластические свойства кожевой ткани при этом существенно не изменяются [23].

Постоянно растущий спрос на высококачественную шерсть, а также санитарные требования к сточным водам было стимулом того, что в последние годы многие кожевенные заводы Франции, а также предприятия, занимающееся съемкой шерсти с овчин не пригодных для кожевенного и мехового производства, стали применять ферментные препараты, изготовленные фирмой Рапидаз.

На фирме Рапидаз, находящейся в г. Секлен (Societe Rapidase, Seklin Nord France) ферментные препараты для кожевенного производства изготавливают на базе бактериальной протезы, получаемой путем глубинного выращивания бактериальной культуры на жидкой питательной среде, в состав которой входит картофельный крахмал.

Препараты, изготовленные из бактериальной протезы, довольно стойки при хранении, только после 10-12 месячного хранения заметно незначительное уменьшение активности [24].

Способы выполнения ферментной обработки зависит от имеющегося оборудования, производственных площадей и перерабатываемого сырья. Возможно как приспособление используемого оборудования, так и создание высокомеханизированных проходных линий ферментной обработки, особенно сырья овчины [25].

Сынкова А.В., Миронова Т.Ф., Талянского О.В. исследовали влияние температуры и рН обрабатывающей жидкости, а так же механических воздействий на каталитическую способность нейтральной протеазы в процессе обезволашивания овчины.

Отмоку овчины пресно-сухого консервирования осуществляли по известной технологии в течение 24 часов при температуре 18-200С в присутствие сульфита натрия (5 г/л), гексафторсиликата натрия (3 г/л) и ПАВ (1 г/л).

Последующее обезволашивание проводили при различных значениях температуры (18-20 0С; 30-32 0С; 38-40 0С) и рН обрабатывающей жидкости (6; 7; 8; 9) с использованием механических воздействий и в состоянии покоя.

Анализ полученных результатов позволил сделать выводы: при всех вариантах температурного режима и режима механического воздействия эффект полного обезволашивания наиболее быстро достигается при рН 7, таким образом зависимость от рН обезволашивающей способности ферментного препарата коррелирует с данными зависимостями протеолитической активности протеазы Прок.

Наибольшее количество ионогенных групп в дерме наблюдается в случае обезволашивания при рН 7, при данном рН среды протеаза Прок обеспечивает состояние дермы, близкое к изоэлектрическому, в котором набухание коллагена минимально, что облегчает удаление волоса с волосяной сумки.

При температуре обезволашивающей жидкости 30-320С обезволашивание различных топографических участков протекает более равномерно, в течение более длительного периода времени, чем мездреной, что указывает на диффузию протеазы прок в дерму с бахтармяной стороны, наличие мездры на которой препятствует протеканию этого процесса и замедляет достижение обезволашивающего эффекта.

Увеличение температуры обрабатывающей жидкости от 30-320С до 38-400С приводит лишь к незначительному сокращению продолжительности обезволашивания.

Процесс ферментативного обезволашивания протекает медленнее в случае отсутствия механических воздействий [26].

При выполнении ферментативного обезволашивания необходимо строго соблюдать температурный режим обработки не допуская снижения температуры, поскольку резкое изменение температуры обрабатывающей жидкости в сторону уменьшения может привести к инактивации ферментного препарата, в результате требуемый эффект обезволашивания может быть так и недостигнут.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8