ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КИСЛОЙ ПРОТЕАЗЫ НА СВОЙСТВА КОЖИ СТРАУСА ХРОМОВОГО ДУБЛЕНИЯ

АННОТАЦИЯ

Одним из путей развития экономики Республики Узбекистан является переработка местного кожевенного сырья и выпуск широкого ассортимента высококачественной продукции, соответствующей нормативным требованиям. Создание конкурентоспособной и экологически безопасной технологии переработки кожевенного сырья страуса становится актуальной задачей. В статье представлены результаты, полученные при исследовании комбинированного процесса пикеливания-мягчения с целью совершенствования технологии переработки кожевенного сырья страуса. Использование ферментного препарата Elbro SR в предлагаемом способе обработки позволило сократить технологический цикл и снизить расход воды и химикатов в технологических процессах. За счёт применения ферментного препарата Elbro SR были улучшены качественные показатели кожевенного полуфабриката хромового дубления Wet blue. В данном исследовании были проанализированы влияние кислой протеазы на свойства одёжной кожи страуса. Определены физико-химические свойства, элементный состав и изучена морфологическая структура образцов одёжной кожи страуса. Комбинированный процесс пикеливание-мягчение также положительно влияет на физико-механические свойства получаемой кожи страуса и служит расширению ассортимента экзотических кож.

ABSTRACT

One of the ways to develop the economy of the Republic of Uzbekistan is the processing of local raw hides and the production of a wide range of high-quality products that meet regulatory requirements. The creation of a competitive and environmentally friendly technology for processing ostrich leather is becoming an urgent task. The article presents the results obtained in the study of a combined pickling- bating process in order to improve the technology for processing ostrich leather. The use of the enzyme preparation Elbro SR in the proposed processing method made it possible to shorten the technological cycle and reduce the consumption of water and chemicals in technological processes. Due to the use of the enzyme preparation Elbro SR, the quality indicators of the semi-finished chrome tanned leather product Wet blue were improved. In this study, the effect of acid protease on the properties of ostrich clothing leather was analyzed. The physicochemical properties, elemental composition and morphological structure of ostrich clothing leather samples were determined. The combined pickling- bating process also has a positive effect on the physical and mechanical properties of the resulting ostrich leather and serves to expand the range of exotic leathers.

Ключевые слова: шкура страуса, экзотическая кожа, одёжная кожа страуса, технология обработки, процесс, мягчение, пикеливание, дубление, физико-химические свойства, морфологическая структура, элементный анализ.

Keywords: ostrich skin, exotic leather, ostrich clothing leather, processing technology, process, bating, pickling, tanning, physical and chemical properties, morphological structure, elemental analysis.

Введение. В настоящее время производится различные виды экзотической кожи, в том числе кожа страуса, как материал для изготовления кожевенных изделий. Особую привлекательность для покупателя имеют изделия из экзотических видов кож, находящиеся чаще всего на пике моды и имеющие высокую стоимость на рынке, но востребованность их подразумевает долгий срок эксплуатации изделий из экзотической кожи [10, с.26].

Производство экзотической кожи страуса стремительно развивается во многих странах мира, в том числе, в ЮАР, Исламской Республике Иран и Пакистане, занимающих одно из ведущих мест по переработке кожевенного сырья из кожи страуса. В настоящее время во всем мире производится более
1 млн. экзотических кож страуса при производстве высококачественных экзотических кожаных изделий из кожевенного сырья страуса [14].

Cтраусоводство как отрасль птицеводства в Узбекистане развивается с 2016 года. В настоящее время страусоводство широко распространяется по многим регионам Республики, особенно в Ферганской области, в городе Риштане. Первой и крупнейшей в Узбекистане специализированной фермой с полным циклом разведения черных африканских страусов стала англо-узбекская ферма «Straus farm» [15].

Кожевенное сырьё страуса отличается от других видов кожевенного сырья по своему внешнему виду, химическому составу, микроструктуре, конфигурации, толщине, плотности, а их обработка требует специальной технологии. Предыдущие исследования были направлены на усовершенствование подготовительных процессов обработки кожевенного сырья страуса [3, с.9, 6, с.16.].

В последнее время на предприятиях кожевенного производства, большое значение придается на использование экологически безопасных и легко биоразлагаемых химических материалов. В отличие от традиционных технологий, с целью снижения отрицательного влияния на окружающую среду и объема производственных сточных вод, а также совершенствования технологии переработки кожевенного сырья страуса, были проведены исследования по совмещенному комбинированному процессу пикеливания – мягчения.

Как известно, процесс мягчение является одним из наиболее важных процессов кожевенного производства. Процесс мягчение осуществляется при определенной температуре с применением ферментных препаратов, которые проявляют активность при нейтральной или слабощелочной среде. Этот процесс является кратковременным и в результате проведения этого процесса получаемая кожа становится мягкой и пластичной, а поверхность кожи – гладкой. Под воздействием ферментного препарата гольё шкуры очищается от остатков слоя эпидермиса и корней волос. В процессе мягчения из голья шкуры в рабочий раствор выделяются растворимые белки, мукополисахариды и продукты распада белков коллагена, наблюдается увеличение показателя пористости получаемой кожи. В этом процессе в результате охлаждения температуры рабочего раствора холодной водой эффективность ферментного препарата снижается. В процессе мягчения очень важно вовремя остановить действие ферментного препарата. Когда процесс продолжается длительное время из-за сильного воздействия ферментного препарата происходит эрозия, повреждение лицевой поверхности кожной ткани и негативные изменения в структуре волокнистых белков коллагена кожевой ткани, а также снижаются качественных показателей готовой кожи. При обработке голья шкур в процессе мягчения может происходить чрезмерное повреждение лицевого слоя и дермы шкуры, а недостаточное открытие и разрыхление волокнистой структуры дермы приведёт к некачественной обработки и получению кожи низкого качества [9, с. 63, 7, с.82].

Одним из важных преддубильным процессом в производстве кожи также является процесс пикеливания, который проводится в присутствии минеральных и органических кислот и нейтральной соли. В процессе пикеливания гольё шкуры подготавливается к процессу хромового дубления и кожевая ткань приобретает необходимую кислотность. Когда дубящие соединения хрома добавляют в пикельный рабочий раствор в конце процесса пикеливания, показатель основности соединений хрома снижается и создаются хорошие условия для диффузии дубящих веществ хрома. Это позволяет регулировать процесс хромового дубления. На практике в процессе пикеливания используются муравьиная, уксусная, серная и другие кислоты. Чтобы предотвратить кислотный нажор кожевой ткани голья в процессе пикеливания, в пикельный раствор добавляют поваренную соли (NaCl). В начале процесса пикеливания производят контроль плотность раствора с целью определения содержания хлорида натрия в рабочем растворе. При этом оптимальная концентрация поваренной соли в пикельном растворе должна составлять 50-60 г/дм³. В конце процесса пикеливания контролируется показатель рН рабочего раствора пикеля и кожевой ткани голья шкуры. При этом рН рабочего раствора пикеля составляет 2,8-3,0, что обусловливает равномерную диффузию дубящих соединений хрома и связывание их волокнистыми белками кожевой ткани [6, с. 65, 7, с.85].

Объекты и методы исследования. В экспериментальных исследованиях были обработаны 10 комплектов шкур страуса. Каждый комплект состоял из туловища и двух голеней страуса. Возраст птиц при забое составлял 12-14 месяцев. Шкуры страуса поступили на экспериментальную обработку в состоянии мокросоленого способа консервирования, средняя масса комплекта части шкур составляла 4-6 кг, а площадь 140-160 дм². Съем и первичная обработка шкур была проведена на совместной англо-узбекской фирме «Straus farm». Экспериментальные исследования были проведены в Ташкентском институте текстильной и легкой промышленности на кафедре «Конструирование и технология изделий из кожи», в частном предприятии «Улкан Лазиз», в совместном предприятии ООО «Оzbek-Turk Test Мarkazi» и в Центре передовых технологий при Министерстве высшего образования, науки и инноваций Республики Узбекистан.

В экспериментальных исследованиях были использованы муравьиная кислота, серная кислота, поверхностно-активное вещество (ПАВ), хлорид натрия (NаCl), муравьиная кислота (HCООH, 60%), серная кислота (H₂SО₄ , 60%), хромовой дубитель (CrОНSO₄, c основностю 33%), формиат натрия (HCООNа), бикарбонат натрия (NаHCО₃) [8, с.91]. В предлагаемом способе обработки был использован ферментный препарат американской компании «Lowenstein»  Elbro SR, обладающий высокой активностью в кислой среде
[12, с.3]. Ферментные препарат Letan BT был применён в контрольном опыте. Этот ферментный препарат выпускается турецкой компанией «ODAK» [16] . Для контроля процессов и состояния голья в процессах были применены органолептический и химические методы анализа [11, с. 19, 12, с.31]. Внешний вид образцов кожи страуса был исследован органолептическим методом контроля. Определена гидротермической устойчивость и показатель рН образцов «Wet blue» кож страуса. Для определения показателей гидротермической устойчивость и образцов «Wet blue» кож страуса были использованы методы определения физико-химических свойств [11, с. 21, 4, с.142 ].

Для анализа морфологических изменений, происходящих микроструктуре и на лицевой поверхности кожевой ткани дублёной кожи страуса был применён метод сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и метод элементного анализа [13, с.141, 5, с. 41].

Результаты и обсуждение. С целью совершенствования технологии одёжной кожи страуса были проведены исследования по процессу комбинированного пикеливания – мягчения. Как выше было изложено, процессы пикеливания и мягчения являются важными преддубильными процессами в технологии производства кожи. В традиционной технологии эти процессы осуществляются как отдельные процессы. В предлагаемой усовершенствованной технологии эти процессы осуществляются в комбинации.

Ниже приведены схемы последовательности технологических процессов и операций традиционного и предлагаемого способов обработки (рис.1).

 Рисунок 1. Схемы последовательности процессов и операций при обработке шкуры страуса.

На подготовительных процессах обработки шкуры страуса были приведены следующие процессы и операции: отмока, золение, обеззоливание, обезжиривание и мездрение (рис. 1). После процесса отмоки шкуры туловища страуса разделяли на две симметричные участки по линии хребта туловища страуса. Правые половинки шкуры страуса обрабатывали по контрольному варианту, а левые половинки - по опытному варианту. В контрольном варианте процессы мягчения и пикеливания были проведены по традиционной технологии, а параметры технологических процессов были взяты из научных источников, опубликованных зарубежными исследователями [2, с. 654, 1, с.137]. Ниже в рис.1 представлены схемы последовательности процессов и операций при обработки шкуры страуса. В отличие от традиционного способа обработки (контрольный вариант) в предлагаемом способе обработки (опытный вариант) был проведен комбинированный процесс пикеливания–мягчения. Технологические параметры преддубильных и дубильных процессов при обработке шкуры туловища страуса  представлены ниже в табл. 1.

Таблица 1.

Технологические параметры преддубильных и дубильных процессов при обработке шкуры туловища страуса

В опытном варианте расход муравьиной кислоты (НСООН, 60% -ный) составлял 1,0-1,2% от массы голья и pH рабочего раствора составил 2,8-3,0. Для определения оптимальной концентрации ферментного препарата Elbro SR концентрацию этого ферментного препарата варьировали  0,1; 0,2; 0,3; 0,4 и 0,5% от массы голья шкуры страуса. В комбинированном процессе пикеливание-мягчение продолжительность процесса составила 5 часов и температура рабочего раствора 30 ⁰С. После комбинированного процесса в этой же ванне был проведен процесс хромового дубления. Режимы проведения хромового дубления приведены выше в табл. 1. Установление определенной кислотности рабочего раствора приводило к ускорению процесса хромового дубления и равномерной диффузии дубящих соединений хрома по всей площади и толщине голья шкуры страуса. На основании предварительных испытаний в оптимальном режиме комбинированного процесса пикеливания-мягчения расход ферментного препарата Elbro SR составил 0,3-0,4%.

В табл. 2 приведены результаты определения физико-химических свойств кожи страуса "WET BLUE".

Таблица 2

Физико-химические свойства кожи страуса "WET BLUE"

Органолептический контроль образцов "WET BLUE" показал, что образцы, полученные в опытном варианте имели равномерный, ярко синий цвет. Применение комбинированного способа пикеливания-мягчения позволяет эффективно обработать гольё шкур в преддубильных и дубильных процессах. Показатель гидротермической устойчивости образцов дублёной кожи хромового дубления, в опытном варианте на 2,0±0,2 0С выше, чем в контрольном образце.

Для анализа морфологических изменений, происходящих микроструктуре и на лицевой поверхности кожевой ткани дублёной кожи страуса был применён метод сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). СЭМ микрофотографии образцов дублёной кожи страуса представлены на рис. 2.

а)  х100                                     б)  х100

Рисунок 2. Микрофотографии лицевой поверхности образцов кожи страуса хромового дубления: а) состояние фолликул и лицевой поверхности образцов wet blue полученных в опытном варианте; б) состояние фолликул и лицевой поверхности образцов wet blue полученных в контрольном варианте

СЭМ исследования показали, что на лицевой поверхности образцов контрольного варианта встречаются места эрозии от сильного воздействия протеазы в процессе мягчения (рис.2б), а на лицевой поверхности образцов опытного варианта не наблюдаются места эрозии и дефекты лицевой поверхности (рис.2а). Образцы Wet blue кожи страуса также были направлены на элементный анализа. Спектры элементного анализа представлены в рис. 3.

а)                                б)

Рисунок 3. Элементный анализ образцов Wet blue кожи страуса: а) контрольный вариант; б) опытный вариант.

Анализ полученных результатов позволили установить, что количество элемента хрома в опытных образцах кожи страуса больше, чем в контрольных образцах. Содержание элемента хрома в опытных образцах составляет 4,6 %, а в контрольных образцах 3,0 % (рис. 3 (а) и (б)). Это свидетельствует о том, что предложенный способ комбинированного процесса пикеливания-мягчения положительно влияет на процесс хромового дубления и на показатель использования дубящих соединений хрома из рабочего раствора.

После проведения процесса хромового дубления образцы кожи страуса укладывают на пролёжку на специальных поддонах, при комнатной температуре в течение 2-3 дней. Далее их можно будет направить в красильно-жировальные процессы.

Заключение. Предлагаемый способ обработки является сопоставимым и даже превосходит обычный способ обработки. Глубокое и равномерное проникновение ферментного препарата Elbro SR в волокнистую структуру шкуры позволяет получить кожу с улучшенными физико-механическими и органолептическими свойствами по сравнению с образцами кож, полученными традиционным способом обработки с проведением процесса мягчения отдельно. Усовершенствованная технология обработки шкуры страуса позволяет сократить цикл обработки, снизить расход химических материалов и сократить объем образующихся вредных производственных сточных вод. В то же время усовершенствованная технология способствует расширению ассортимента экзотической кожи страуса и имеет большое значение в создании научно обоснованной конкурентоспособной технологии переработки кожевенного сырья страуса.

Список литературы:

1. Afşar, A., Gülümser, G., Özgünay, H. ve Akyüz, F. (2002). Devekuşu derilerinin işlentisi ve mamul deri özelliklerinin belirlenmesi üzerine bir araştırma// Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Deri Mühendisliği Dergisi, 39 (3): 137–144.
2. Bitlisli B.O. Some physical and chemical properties of ostrich skins and leathers // B.Başaran, Ö.Sari, A.Aslan, G.Zengin. Indian Journal of Chemical Technology.-September 2004, Vol.11, pp. 654-658.
3. Бегалиев Х.Х., Улуғмуратов Ж.Ф. Применение композиций поверхностно – активных веществ для обезжиривания шкур страуса // «Universum: технические науки». – Москва. №10(79)/2020, с. 9-12.
4. Данилкович А.Г. Аналитический контроль в производстве кожи и меха. Лабораторный практикум : Учебное пособие / А.Г. Данилкович, В.И. Чурсин. - Москва : ИНФРА-М, 2020. - 176 с. - (Высшее образование: Бакалавриат). - DOI 10.12737/17702.
5. Денисова А.А., Зурабян К.М., Сумина Е.Б., Типтева Г.Н. Изучение структуры кожевенных полуфабрикатов методом световой и растровой микроскопии // Кожевенно-обувная промышленность. 1977, № 5. с. 41-44.
6. Исматуллаев И.Н., Улугмуратов Ж.Ф., Кенжаев А.С., Гарибян И.И., Бегалиев Х.Х. Исследование отмочно-зольных процессов переработки шкур страуса // «Universum: технические науки». – Москва. №11(104)/2022, с. 16-20. (02.00.00; №1).
7. Островская А.В. Химия и технология кожи и меха: теоретические основи: учебное пособие для вузов / А.В.Островская, Г.Г.Лутфуллина, И.Ш. Абдуллин. - 2-е изд., перераб. и доп. - Москва: Издателство Юрайт, 2022. – 162 с.
8. Справочник кожевника (сырье и материалы) //Под ред. проф. К. М. Зурабяна - М.: Легкая и пищевая промышленность. 1984. –С.384.
9. Страхов И.П. Химия и технология кожи и меха: Учебник / И.П.Страхов, И.С.Шестакова, Д.А.Куциди и др. – М.:Легпромбитиздат, 1985, - 486 с.
10. Сухинина Т.В. Полуфабрикат из шкур страуса как материал для кожевенно-обувной промышленности// М.В. Горбачева, М.В. Новиков. Кожевенно-обувная промышленность, 2014, №4, С.26-30.
11. Херд Х., Херд Н. Основи виделки, крашения и отбелования меха с химическими материалами компании «Lowenstein». Новосибирск, 2004, 227 с.
12. Чурсин В.И. Химия и технология кожи и меха. Лабораторный практикум: Учебное пособие - М.:МГУДТ, 2013.- 72с.
13. Чурсин В. И. Современные аналитические методы исследования свойств и строения кожи и меха. Лабороторный практикум: учебное пособие для вузов / В. И. Чурсин. - 2е изд., испр. - Санкт-Петербург:Лань, 2021.-160 с.
14. https://www.Worldostrich.org/download/woaleathergrade.pd. (WORLD OSTRICH ASSOCIATION).
15. Оффициальный канал «Straus Farm» @strausfarm, @straustuyaqush, www.facebook.com/strausfarm, www.straus.uz/ru
16. ODAK kimyevi maddeler http://www.odakkimya.net.