ПЕРЕРАБОТКА КОЛЛАГЕНСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ ТАННИДНОГО ДУБЛЕНИЯ

АННОТАЦИЯ

В работе изучены образующиеся на кожевенных заводах отходы, значительная часть которых не используется, а часто выбрасывается на свалку или сжигается, что приводит к загрязнению окружающей среды. Из этих отходов можно гидролизовать различные продукты на основе растворенного коллагена (желатин, клей) из отходов таннидного дубления кожевенного производства.

ABSTRACT

The paper studied the waste generated by tanneries, a significant part of which is not used, but often thrown into a landfill or burned, which leads to environmental pollution. From these wastes, various products based on dissolved collagen (gelatin, glue) can be hydrolyzed from tannide tanning waste from leather production.

Ключевые слова: отходы танидного дубление, модификация, коллаген, таннид, наномодификация, нанохимия, нанодубления.

Keywords: tannin tanning waste, modification, collagen, tannide, nanomodification, nanochemistry, nanotanning.

Ежегодно в мире  кожевенных заводах выделяется большое количество коллагенсодержащих отходов таннидного дубления. Утилизация и переработка их являются злободневной актуальной экологической проблемой [2]. Для ее решения необходимо создать экологически безопасные технологические процессы переработки кожевенных отходов и рационально использовать их в различных отраслях промышленности и народного хозяйства [9]. Полученный мездровый клей и желатин наряду с применением в пищевой промышленности также широко используется в производстве бетонов, фотоматериалов и продуктов бумажной, текстильной промышленности, медицины и ряда других отраслей народного хозяйства [4].

Химия трансформации коллагена в клей связана с гидролизом части полипептидных цепей, разрывом внутри- и межмолекулярных связей различной природы и прочности, стабилизирующих спиральную структуру коллагена. Это достигается обработкой коллагенсодержащего сырья в кислой или щелочной среде и при нагревании в водной среде [5].

В данной работе приведены результаты исследований влияния на физические показатели клея предварительной щелочной и последующей кислотной обработки на процесс сорбции и набухания коллагена. Кислотный способ производства клея позволяет исключить ионную нейтрализацию сырья химическими реагентами и, в отличие от способа известкования, позволяет проводить экстракцию клея в присутствии ионов кислоты, катализирующих процесс выплавления. Надо полагать, что получаемый таким способом клей будет обладать достаточно высокой изоэлектрической точкой [3; 8].

В статье изложено описание процессов предварительной щелочной обработки перед кислотной, которая была осуществлена весовым анализом. Для проведения экстракции коллагена кожи таннидного дубления обрабатывали 0,5–2,0%-ным едким натрием 10–24 часа, и далее сырье промывали в проточной холодной воде до рН=7,0. Затем отходы кожи таннидного дубления подвергали кислотной обработке. В качестве кислот были использованы до 2,0% серная, уксусная и акриловая кислота от массы коллагена с расходом воды 200% при температуре 19 °С.

На рис. 1 приведены кинетические кривые набухания образцов коллагенсодержащего сырья и сорбции растворов едкого натрия (а) различной концентрации серной (б), уксусной (в) и акриловой кислоты (г) в зависимости от длительности щелочно-кислотного процесса.

Из полученных результатов установлено, что при расходе малых количеств электролитов, т.е. до 2,0%, с увеличением продолжительности щелочно-кислотного процесса прямо пропорционально возрастают набухание, сорбция электролитов в коллагенсодержащем сырье. По-видимому, это связано с оптимальной ионизацией макромолекул аминокислот коллагена в щелочно-кислой среде.

С целью контроля процесса кислотной и щелочной обработки осуществлялись весовой анализ и кислотно-основное титрование опытных растворов. Для проведения экстракции сырье обрабатывали в течение 6 ч в растворах кислот при оптимальных концентрациях. Затем в течение 6–8 ч промывали проточной водопроводной водой до рН 6,5. Определение рН проводилось после гидротермической экстракции измельченной пробы (20–30 г). Экстракция осуществлялась в 2–3-кратном количестве воды и кипячении в течение 3–5 мин.

Полученные экстракты концентрацией 4–5% консервировали сернистой кислотой (0,15% от массы сухого вещества), фильтровали через несколько слоев капроновой сети при температуре 50–55 °С. После этого желатинизировали при температуре 4–8 °С в течение 5–6 ч. Студень разрезали, раскладывали на сетку и высушивали вначале при 30–34 °С, затем – 60–70 °С. В работе был использован промышленный ручной калорифер. Полученные пластины измельчали на стопке.

Опыты повторяли четырехкратно. Результаты исследования показали (рис. 1), что относительный максимум набухания коллагенсодержащего сырья таннидного дубления достигается при воздействии 0,25–0,5%-ных (0,07–0,1 н.) растворов акриловой, серной и соляной кислот. В щавелевой и лимонной кислоте при концентрации раствора 1,5% наблюдается относительный минимум набухания образцов коллагенсодержащего сырья. Это объясняется слабостью этих кислот.

Из полученных кривых видно, что набухание коллагенсодержащего сырья возрастает с увеличением концентрации растворов. Установлено, что относительный максимум наблюдается только в растворах акриловой, серной и соляной кислот.

Рисунок 3. Кинетические кривые набухания коллагена кожи таннидного дубления и сорбция растворов едкого натрия (а) различной концентрации серной (б), в зависимости от длительности щелочно-кислотного процесса: 1 – 0,5; 2 – 1,0; 3 – 1,5; 4 – 2,0

Химическое качество этого типа клея позволяет потребителю снижать его расход по сравнению с клеем, выработанным из других видов сырья. В водных растворах органических кислот отходы кожи растительного дубления максимально набухают при более высоких концентрациях и в большей степени, чем в водных растворах минеральных кислот.

В растворе едкого натрия их набухание более интенсивно, чем в растворах кислот, однако при этом имеет место чрезмерное растворение элементов структуры. Вид электролита, использованного для обработки дермы, оказывает влияние на скорость превращения коллагена в клей и реологические свойства продуктов выплавления. Величина выплавляемости при этом не связана с максимальной степенью набухания коллагена кожи таннидного дубления в кислой среде, что свидетельствует о специфическом (лиотропном) действии электролитов на внутри- и межмолекулярные связи, стабилизирующие спиральную структуру коллагена.

Таким образом, химия экстракции коллагена кожи таннидного дубления растворами кислот слабой и средней силы позволяет получить более высокомолекулярную массу клея. Это объясняется, вероятно, тем, что сильные электролиты интенсивнее разрушают пептидные связи молекулярных цепей коллагена; влияние же на коллаген слабых и средней силы электролитов проявляется в большей мере в разрыхлении структуры коллагена, то есть связано с разрывом его межмолекулярных межцепных связей. Такими методами переработка коллагена кожи таннидного дубления является экологически и экономически выгодной. Представленным химическим методом можно максимально переработать коллаген кожи таннидного дубления.

Список литературы:

1. Деструкция коллагена некоторыми ферментами / У.О. Худанов, А.Ю. Тошев, Т.Ж. Кадиров, М. Султанов [и др.] // Тезисы докладов Международной конференции по химической технологии, посвященной 100-летию Н.М. Жаворонкова. – М., 2007. – Т. 5. – С. 124–126.
2. Изменение морфологии поверхности натуральной кожи при воздействии лазерного излучения / А.Г. Анисович, Т.Ж. Кодиров, М.И. Маркевич, У.О. Худанов [и др.] // Электроника плюс. – 2022. – № 1. – С. 55–58.
3. Исследование свойств коллагена и создание эффективного способа его получения / У.О. Худанов, А.Ю. Тошев, Т.Ж. Кадиров, А.А. Хайитов // Современные проблемы науки о полимерах. Третья Санкт-Петербургская конференция молодых ученых с международным участием (г. Санкт-Петербург, 17–19 апреля 2007 г.). – С. 351.
4. Способ обработки коллагенсодержащего сырья // Предварительный патент РУз. № IDP04912. 2000. Бюл. № 5 // Кадиров Т.Ж., Рузиев Р.Р., Амирсаидов Т.Е.
5. Способ обработки нестандартного кожевенного сырья // Предварительный патент РУз № IDP 04694. 2001. Бюл. № 5 // Кадиров Т.Ж., Рузиев Р.Р., Хайитов А.А.
6. Худанов У.О., Кадиров Т.Ж., Тошев А.Ю. Получение реконституционного коллагена глубокой очистки из биомассы и его модификация // Сб. трудов респ. научно-технической конференции «Современные технологии переработки местного сырья и продуктов» ТКТИ. – Ташкент, 2007. – С. 135–136.
7. Худанов У.О., Тошев А.Ю. Получение и свойства гидролизата коллагена из отходов кож и его модификация // Сб. мат. Межд. научно-практической конференции «Перспективы развития инновационных и интеграционных процессов хлопкоочистительной, текстильной, легкой и полиграфической промышленностей». ТИТЛП. – 2007. – Т. 1. – С. 445–449.
8. Худанов У.О., Тошев А.Ю., Кадиров Т.Ж. Альтернативный метод получения коллагена // Третьи Курдюмовские чтения: Синергетика в естественных науках. Международная междисциплинарная научная конференция (г. Тверь, 19–22 апреля 2007 г.). – С. 282–284.
9. Kadirov T.Z., Khudanov U.O., Ummatova D. New technologies for skin impregnation using collagen-polymer systems // International Journal of Psychosocial Rehabilitation. – 2020. – Vol. 29, № 8. – P. 3303–3307.