Ферментные препараты в ресурсосберегающих технологиях получения пушно-мехового полуфабриката
Покупка
Тематика:
Меховая промышленность
Год издания: 2018
Кол-во страниц: 156
Дополнительно
Вид издания:
Монография
Уровень образования:
ВО - Магистратура
ISBN: 978-5-7882-2501-2
Артикул: 788927.01.99
Доступ онлайн
В корзину
Рассматриваются современные тенденции развития технологии обработки пушно-мехового сырья и полуфабриката, а также результаты исследований по их применению в производстве полуфабриката из шкур с плотной, утолщенной кожевой тканью и по совместном)' использованию плазменной обработки и предлагаемых ферментных препаратов.
Предназначена для широкого круга научных работников и специалистов, занимающихся вопросами технологии меха, а также для преподавателей, аспирантов и студентов вузов.
Подготовлена на кафедре плазмохнмических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Магистратура
- 18.04.01: Химическая технология
- 29.04.01: Технология изделий легкой промышленности
- 29.04.05: Конструирование изделий легкой промышленности
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет» Г. Г. Лутфуллина, М. Ю. Берселева ФЕРМЕНТНЫЕ ПРЕПАРАТЫ В РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЯХ ПОЛУЧЕНИЯ ПУШНО-МЕХОВОГО ПОЛУФАБРИКАТА Монография Казань Издательство КНИТУ 2018
УДК 675.6:663.15 ББК 37.257:36.87 Л86 Печатается по решению редакционно-издательского совета Казанского национального исследовательского технологического университета Рецензенты: канд. техн. наук Р. Р. Шагивалиева канд. техн. наук С. Ю. Грузкова Л68 Лутфуллина Г. Г. Ферментные препараты в ресурсосберегающих технологиях получения пушно-мехового полуфабриката : монография / Г. Г. Лутфуллина, М. Ю. Берселева; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2018. – 156 с. ISBN 978-5-7882-2501-2 Рассматриваются современные тенденции развития технологии обработки пушно-мехового сырья и полуфабриката, а также результаты исследований по их применению в производстве полуфабриката из шкур с плотной, утолщенной кожевой тканью и по совместному использованию плазменной обработки и предлагаемых ферментных препаратов. Предназначена для широкого круга научных работников и специалистов, занимающихся вопросами технологии меха, а также для преподавателей, аспирантов и студентов вузов. Подготовлена на кафедре плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов. ISBN 978-5-7882-2501-2 © Лутфуллина Г. Г., Берселева М. Ю., 2018 © Казанский национальный исследовательский технологический университет, 2018 УДК 675.6:663.15 ББК 37.257:36.87
ОГЛАВЛЕНИЕ Основные условные обозначения и сокращения...................................................... 4 Предисловие................................................................................................................. 5 Введение....................................................................................................................... 7 Глава 1. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ПУШНО-МЕХОВОГО СЫРЬЯ И ПОЛУФАБРИКАТА.............................................................................................. 11 1.1. Ассортимент различных химических материалов, используемых на стадиях подготовительных процессов, выделки и крашения меха ........................................................................................................ 11 1.2. Совершенствование процессов обработки мехового сырья с использованием ферментных препаратов ................................................. 34 1.3. Влияние плазменной обработки на свойства мехового сырья и полуфабриката............................................................................................. 44 Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ........................................... 51 2.1. Характеристика применяемых химических материалов ................................. 51 2.2. Выбор объектов исследований .......................................................................... 52 2.3. Методы исследований ....................................................................................... 53 2.4. Описание высокочастотной плазменной установки........................................ 65 2.5. Методы статистической обработки результатов экспериментов ........................................................................................................... 68 Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СВОЙСТВ МЕХА, ПОЛУЧЕННОГО С ПРИМЕНЕНИЕМ ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ И ВЧ ПЛАЗМЫ ПОНИЖЕННОГО ДАВЛЕНИЯ........................ 73 3.1. Исследование характеристик свойств ФП, используемых на различных стадиях обработки шкур бобра .............................. 73 3.2. Влияние ФП на характер протекания подготовительных процессов и выделки меха ................................... 77 3.3. Подготовительные процессы и выделка шкур бобра с участием ферментных препаратов и плазменной обработки.............................. 99 Глава 4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУФАБРИКАТА ШКУР БОБРА С ПРИМЕНЕНИЕМ ФЕРМЕНТНОГО ПРЕПАРАТА ELBRO 100-C И ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ.............................................................................................................117 4.1. Оборудование, применяемое при высокочастотной плазменной обработке..............................................................................................117 4.2. Разработка технологии проведения подготовительных процессов и крашения шкур бобра с применением Elbro100-С...........................121 4.3. Разработка технологии проведения подготовительных процессов и крашения шкур бобра с использованием плазменной обработки и Elbro 100-С......................................................................124 Выводы......................................................................................................................128 Литература ................................................................................................................130 Приложение ..............................................................................................................153
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ ПАВ – поверхностно-активные вещества; кПАВ – катионактивные поверхностно-активные вещества; нПАВ – неиногенные поверхностно-активные вещества; аПАВ – анионактивные поверхностно-активные вещества; ФП – ферментный препарат; КТ – кожевая ткань; ВП – волосяной покров; п/c – пресно-сухое сырье; п/ф – полуфабрикат; Ж.К. – жидкостной коэффициент; Т – температура; СВ – растворенные мукополисахариды; КОЕ – концентрация активности микробных клеток; ВЧЕ – высокочастотный емкостной разряд пониженного давления; ННТП – неравновесная низкотемпературная плазма; СПЗ – слой положительного заряда; W – массовая доля влаги; Х – массовая доля золы; ГЧ – гигроскопичность; ВЧ – влагоотдача; S – пористость; σр – предел прочности; Р –растворимость ВП в щелочах; dк – кажущаяся плотность; dн – истинная плотность; G – расход газа; Wp – мощность ВЧЕ-разряда; Р – давление в разрядной камере; Τ – продолжительность обработки; UА – напряжение на аноде; IА – анодный ток; Ji – плотность тока ионов; D – оптическая плотность.
ПРЕДИСЛОВИЕ Продукция меховой промышленности является популярным и удобным видом одежды. Несмотря на появление новых синтетиче- ских материалов, одежда и обувь из натурального кожевенно-мехового полуфабриката остаются всегда актуальными благодаря экологично- сти, гигиеническим и эксплуатационным характеристикам. Одной из задач отечественных и мировых производителей явля- ется повышение конкурентоспособности продукции. Повышение ка- чества мехового полуфабриката может быть достигнуто за счет мо- дернизации производства, применения новых технологий, обеспечи- вающих рациональное использование сырья, повышение экологично- сти производства и конечного продукта. Качественные показатели го- тового изделия зависят не только от вида и состояния сырья. Во мно- гом они определяются средствами и методами его обработки, а также характеристиками используемых химических реагентов. Ферментативная обработка пушно-мехового сырья – одно из наиболее перспективных направлений совершенствования биотехно- логических процессов в производстве меха. Применение ферментов позволяет: – интенсифицировать технологические процессы, снижая дли- тельность производственного цикла и повышая производительность труда; – повышать качество готового продукта и улучшать его товар- ный вид, способствуя увеличению выхода полуфабриката по площади и придавая кожевой ткани (КТ) мягкость, пластичность и легкость; – снижать себестоимость производства, расширять сырьевые ре- сурсы. Кроме того, обработку шкур с участием ферментов традиционно относят к «чистым технологиям», позволяющим значительно сокра- тить степень загрязнения сточных вод. Ферментные препараты (ФП) обеспечивают более качественное вымывание из структуры коллагена КТ углеводов, а также растворимых белков и липидов. В настоящее время все большее применение получают электро- физические методы модификации материалов как наиболее эффектив- ные и ресурсосберегающие. Перспективным методом модификации натуральных высокомолекулярных материалов является электрофизи- ческий метод обработки – воздействие потоком плазмы высокочастот- ного емкостного (ВЧЕ) разряда пониженного давления.
Совместное воздействие плазмы ВЧЕ-разряда пониженного дав- ления и ферментов, применяемых на подготовительных стадиях про- изводства шкур, а именно в процессе отмоки, а также обработка шкур ВЧ-плазмой перед крашением положительно влияют на степень об- водненности КТ, сокращение расхода химических материалов, сниже- ние бактериальной зараженности сырья, уменьшение количества тех- нологических операций, интенсификацию жидкостных процессов и получение полуфабриката с улучшенными эксплуатационными и потребительскими характеристиками. Монография посвящена вопросам создания ресурсосберегающих технологий получения пушно-мехового полуфабриката, позволяющих интенсифицировать подготовительные процессы за счет применения ФП и плазменной обработки, а также красильно-жировальные процес- сы посредством предварительной обработки материалов неравновесной низкотемпературной плазмой (ННТП). Основные экспериментальные данные получены с помощью следующих методов анализа: ИК-спектроскопия, конфокальная мик- роскопия, растровая электронная микроскопия, термогравиметриче- ский анализ, рентгеноструктурный анализ, применение ВЧ-плаз- менной установки; физико-химических методов контроля технологи- ческих процессов – определение бактериальной зараженности сырья, белка по методу Флореса, углеводов, массовой доли влаги, гравимет- рический метод определения содержания несвязанных жировых ве- ществ, определение содержания минеральных веществ, температуры сваривания, гигроскопичности, влагоотдачи, плотности и пористости КТ меха, растворимости волосяного покрова (ВП) в щелочах, оптиче- ской плотности раствора; а также физико-механических испытаний выделанного пушно-мехового полуфабриката – определение устойчи- вости окраски меха к сухому трению, предела прочности при растяже- нии, характеристик цвета, прочности окраски ВП к действию света. Результаты измерений и исследований получены с применением мето- дов математической статистики. 6
ВВЕДЕНИЕ Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены необходимые концентрации ФП для наилучшего протекания процесса отмоки шкур бобра. Впервые доказано, что применение в процессе пикелевания мно- гокомпонентного состава из смеси органических кислот и наполняю- щего реагента позволяет добиться более качественного разволокнения структуры коллагена и сопровождается повышением структурной од- нородности дермы после дубления. Установлено, что применение ФП в сочетании с плазменной об- работкой способствует интенсификации жидкостных процессов обра- ботки меха. При этом продолжительность процесса второй отмоки со- кращается на 2–4 ч, расход химматериалов – в 2 раза, достигается рав- номерная обводненность сырья по всем топографическим участкам. Экспериментально установлено, что предварительная обработка ННТП меха перед красильно-жировальными процессами позволяет получить пушно-меховой полуфабрикат с интенсивной и равномерной окраской ВП без эффекта деструкции. Разработаны и теоретически обоснованы ресурсосберегающие технологии получения пушно-мехового полуфабриката с применением плазменной обработки, ФП, позволяющие регулировать экономиче- ские и экологические показатели производства. Обоснованы принципы подбора ФП для проведения процессов отмоки и пикелевания пушно-мехового сырья на основе международ- ной классификации. Исследовано влияние ФП на количество удаляемых веществ: по сумме белковых и углеводных компонентов в процессе второй отмоки наилучшие результаты получены при расходе ФП 1,0 г/дм3. Разработана технология производства шкур бобра с применени- ем современных ФП на стадии отмоки, позволяющая наиболее полно удалить из КТ балластные вещества (растворимые белки, мукополиса- хариды), что снижает трудоемкость проведения последующих техно- логических процессов и обеспечивает получение полуфабриката с вы- сокими потребительскими и эксплуатационными показателями. Определены режимы плазменной обработки в ВЧЕ-разряде по- ниженного давления, которые позволяют получать чистое, без нару- шения связи волоса с дермой сырье после подготовительных процес- сов, а также полуфабрикат высокого качества крашения. При этом ис-
ключается проведение дополнительной отмоки, промывки после кра- шения, сокращается расход химматериалов от 10 до 50 % и про- должительность процесса отмоки II на 2–4 ч. Разработана ресурсосберегающая технология получения полу- фабриката из шкур бобра с использованием протеолитического ФП Elbro 100-C, сочетающая плазменную обработку с последующим крашением кислотными красителями. Разработанные технологии производства шкур бобра прошли опытно-производственные испытания на ООО «Меховщик», ООО «Руно» (г. Казань) и рекомендованы к внедрению. Исследование выполнено в Казанском национальном исследова- тельском технологическом университете при поддержке Фонда содей- ствия целевой программе «Исследования и разработки по приори- тетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007–2012 гг.» по теме «Развитие Центра коллективного пользования научным оборудованием в области получения и исследо- вания наночастиц оксидов металлов, металлов и полимеров с заданными химическим составом и формой» (2008–2013 гг.). Монография состоит из 4 глав. В первой главе описаны суще- ствующие методы интенсификации производства меха с использова- нием различных химических материалов: поверхностно-активных ве- ществ (ПАВ), ФП, антисептиков; приведен обзор современных мето- дов интенсификации технологических процессов получения высоко- качественного меха. На сегодняшний день ассортимент используемых химических материалов, применяемых на подготовительных стадиях производства меха, а также на стадиях выделки и крашения постоянно обновляется и совершенствуется. Проведенный анализ способов получения мехо- вого и пушно-мехового полуфабриката с применением ФП, ПАВ пока- зал, что работа с этими веществами требует особого внимания, так как при неправильном проведении обработки могут возникнуть теклость ВП, расслаивание КТ, может произойти значительное снижение прочности. Недостатком применяемых импортных химических ве- ществ является высокая цена, оказывающая влияние на себестоимость готовой продукции и ее конкурентоспособность. Разработка более эффективных технологий, основанных на сов- местном использовании ФП при относительно низких концентрациях, ступенчатого пикелевания с дополнительным использованием напол- няющего реагента, улучшающего свойства полуфабриката, и более
экологичных электрофизических методов обработки представляет научный и практический интерес. Во второй главе представлено описание характеристик исход- ных материалов, а также материалов отечественного и импортного производства, применяемых в технологических процессах обработки (отмоки, пикелевания, дубления, крашения); описание методик иссле- дования сырья и пушно-мехового полуфабриката. Описаны методы анализа жидкостных процессов, исследования используемого объекта и статистическая обработка прямых и косвенных измерений. Показана схема опытно-промышленной ВЧЕ-плазменной установки, ее основ- ные параметры. В третьей главе представлены результаты исследования свойств ФП, используемых в меховом производстве. Приведена оценка влия- ния применяемых ФП на процессы отмоки, пикелевания шкур бобра. Приведены результаты определения физико-механических и химиче- ских показателей полуфабриката, полученного с использованием ФП и плазменной обработки. Определено место целевых ферментов ис- следуемых ФП в международной классификации. Установлено, что оптимальными параметрами процесса отмоки шкур бобра являются следующие: концентрация фермента 1,0 г/дм3; Т = 25 °С, продолжительность процесса отмоки 16–18 ч; рН раствора 6,39. Подтверждено, что использование ФП с концентрацией 1,0 г/дм3 при второй отмоке позволяет достичь наилучших результатов по сум- ме белковых и углеводных компонентов. Обнаружено, что плазма отрицательно воздействует на микро- организмы шкуры: при проведении процесса отмоки даже в отсут- ствии антисептиков бактериальность в конце отмоки на порядок меньше, чем в опытах без ННТП, и составляет 26·108 КОЕ/см3. Выяв- лено, что обработка образцов шкур бобра перед отмокой ННТП спо- собствует более интенсивному обводнению их по сравнению с кон- трольными. Предварительная обработка шкур бобра плазмой позволя- ет сократить концентрации ФП в 2 раза, а продолжительность от- моки – на 2–4 ч. Доказано, что использование ННТП и ФП на стадии отмоки спо- собствует более глубокому и равномерному разделению структурных элементов дермы после пикелевания. Результатами экспериментов подтверждено, что использование смеси кислот (муравьиной и молочной) позволяет добиться более пол- ного и равномерного разволокнения структуры коллагена по сравне-
нию с контрольным опытом. Показано, что образцы, обработанные с участием Novaltan AL, приобретают новое сочетание свойств; значи- тельно улучшаются показатели структуры КТ при одновременном увеличении прочности и пластических свойств. Установлено, что интенсивность и равномерность крашения ВП выше у образцов, модифицированных плазмой с использованием плазмообразующего газа аргона. Проведенные термогравиметричес- кий и малоугловой рентгеновский анализы контрольных и экспери- ментальных образцов ВП шкур бобра после крашения показали, что существенных структурных изменений не произошло. Результаты фи- зико-механических испытаний крашеного полуфабриката подтвердили факт влияния ВЧ-плазмы пониженного давления на такие показатели, как устойчивость к сухому трению, свету, нагрузке при разрыве целой шкурки. Четвертая глава посвящена разработке ресурсосберегающих технологий производства шкур бобра, включающих применение ННТП обработки сырья и полуфабриката. Приведены технологиче- ские схемы и описание разработанных технологий получения полу- фабриката с применением ФП и плазменной обработки, обеспечиваю- щих получение шкур с заданными функциональными и эксплуата- ционными свойствами с одновременной интенсификацией жидкост- ных процессов в условиях промышленного производства меховых предприятий. Основным объектом исследования выбраны шкуры североамери- канского бобра пресно-сухого способа консервирования в сырье и в по- луфабрикате. Авторы выражают искреннюю благодарность профессорам В. А. Сысоеву, И. Ш. Абдуллину за консультации и помощь в подго- товке материала. Замечания по монографии будут приняты авторами с благодарностью. 10
Глава 1 СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ПУШНО-МЕХОВОГО СЫРЬЯ И ПОЛУФАБРИКАТА 1.1. Ассортимент химических материалов, используемых на стадиях подготовительных процессов, выделки и крашения меха Современная технология производства пушно-мехового сырья и полуфабриката связана с осуществлением многочисленных химиче- ских процессов и невозможна без применения основных и вспомога- тельных химических материалов. Их перечень велик и разнообразен. В зависимости от вида сырья технологии проведения обработки, включающие подготовительные процессы и операции, выделку, кра- сильно-жировальные и отделочные процессы и операции, имеют неко- торые различия [1–16]. Сложившийся рынок химикатов для меховой промышленности отечественного и зарубежного производства предлагает потребителю огромное количество препаратов под различными фирменными торго- выми названиями (не всегда отражающими химический состав и их назначение). Их классификацию можно представить следующим обра- зом: консервирующие вещества и антисептические средства, ПАВ, ФП, дубящие соединения, жирующие вещества, красители и отбелива- тели, другие вспомогательные материалы. При этом некоторые из хи- мических веществ применяются на нескольких стадиях обработки. Например, ПАВ используют в процессах отмоки, промывки, мойки, обезжиривания, нейтрализации, крашения, а ФП – для ускорения от- моки, при обезжиривании, мягчении и пикелевании. Большинство жидкостных процессов проводят с использованием неорганических солей, в основном, хлорида натрия, кислот. Причем на одних стадиях процесса эти вещества могут быть основными, а на других – вспомо- гательными [17]. Роль антисептиков заключается в предотвращении и подавлении развития гнилостных микроорганизмов. В жидкостных процессах об- работки бактериальная микрофлора быстро развивается и может при- вести к теклости ВП. Ассортимент антисептических препаратов доста- точно широк. В основном это многокомпонентные системы, содержа-
Доступ онлайн
В корзину