Ферментные препараты в ресурсосберегающих технологиях получения пушно-мехового полуфабриката

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 обра
ботки 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 специали
стов, занимающихся вопросами технологии меха, а также для преподавателей, аспирантов и студентов вузов.

Подготовлена на кафедре плазмохимических и нанотехнологий высо
комолекулярных 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 синтетических материалов, одежда и обувь из натурального кожевенно-мехового 
полуфабриката остаются всегда актуальными благодаря экологичности, гигиеническим и эксплуатационным характеристикам.

Одной из задач отечественных и мировых производителей явля
ется повышение конкурентоспособности продукции. Повышение качества мехового полуфабриката может быть достигнуто за счет модернизации производства, применения новых технологий, обеспечивающих рациональное использование сырья, повышение экологичности производства и конечного продукта. Качественные показатели готового изделия зависят не только от вида и состояния сырья. Во многом они определяются средствами и методами его обработки, а также 
характеристиками используемых химических реагентов.

Ферментативная обработка пушно-мехового сырья – одно из

наиболее перспективных направлений совершенствования биотехнологических 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 сократить 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 эффективные и ресурсосберегающие. Перспективным методом модификации 
натуральных высокомолекулярных материалов является электрофизический метод обработки – воздействие потоком плазмы высокочастотного емкостного (ВЧЕ) разряда пониженного давления.

Совместное воздействие плазмы ВЧЕ-разряда пониженного дав
ления и ферментов, применяемых на подготовительных стадиях производства шкур, а именно в процессе отмоки, а также обработка шкур 
ВЧ-плазмой перед крашением положительно влияют на степень обводненности КТ, сокращение расхода химических материалов, снижение бактериальной зараженности сырья, уменьшение количества технологических 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 процессы посредством предварительной обработки материалов неравновесной 
низкотемпературной плазмой (ННТП).

Основные экспериментальные данные получены с помощью 

следующих методов анализа: ИК-спектроскопия, конфокальная микроскопия, растровая электронная микроскопия, термогравиметрический анализ, рентгеноструктурный анализ, применение ВЧ-плазменной установки; физико-химических методов контроля технологических процессов – определение бактериальной зараженности сырья, 
белка по методу Флореса, углеводов, массовой доли влаги, гравиметрический метод определения содержания несвязанных жировых веществ, определение содержания минеральных веществ, температуры 
сваривания, гигроскопичности, влагоотдачи, плотности и пористости 
КТ меха, растворимости волосяного покрова (ВП) в щелочах, оптической плотности раствора; а также физико-механических испытаний 
выделанного пушно-мехового полуфабриката – определение устойчивости окраски меха к сухому трению, предела прочности при растяжении, характеристик цвета, прочности окраски ВП к действию света. 
Результаты измерений и исследований получены с применением методов 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 наполняющего реагента позволяет добиться более качественного разволокнения 
структуры коллагена и сопровождается повышением структурной однородности дермы после дубления.

Установлено, что применение ФП в сочетании с плазменной об
работкой способствует интенсификации жидкостных процессов обработки меха. При этом продолжительность процесса второй отмоки сокращается на 2–4 ч, расход химматериалов – в 2 раза, достигается равномерная 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 экономические и экологические показатели производства.

Обоснованы принципы подбора ФП для проведения процессов 

отмоки и пикелевания пушно-мехового сырья на основе международной 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, мукополисахариды), что снижает трудоемкость проведения последующих технологических процессов и обеспечивает получение полуфабриката с высокими потребительскими и эксплуатационными показателями.

Определены режимы плазменной обработки в ВЧЕ-разряде по
ниженного давления, которые позволяют получать чистое, без нарушения связи волоса с дермой сырье после подготовительных процессов, а также полуфабрикат высокого качества крашения. При этом ис

ключается проведение дополнительной отмоки, промывки после крашения, сокращается расход химматериалов от 10 до 50 % и продолжительность 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 содействия целевой программе «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса 
России на 2007–2012 гг.» по теме «Развитие Центра коллективного 
пользования научным оборудованием в области получения и исследования 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 использованием различных химических материалов: поверхностно-активных веществ (ПАВ), ФП, антисептиков; приведен обзор современных методов интенсификации технологических процессов получения высококачественного 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 мехового и пушно-мехового полуфабриката с применением ФП, ПАВ показал, 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 веществ 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 наполняющего 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 исследования 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 основные параметры. 

В третьей главе представлены результаты исследования свойств 

ФП, используемых в меховом производстве. Приведена оценка влияния применяемых ФП на процессы отмоки, пикелевания шкур бобра. 
Приведены результаты определения физико-механических и химических показателей полуфабриката, полученного с использованием ФП 
и плазменной обработки. Определено место целевых ферментов исследуемых 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 сумме белковых и углеводных компонентов.

Обнаружено, что плазма отрицательно воздействует на микро
организмы шкуры: при проведении процесса отмоки даже в отсутствии антисептиков бактериальность в конце отмоки на порядок 
меньше, чем в опытах без ННТП, и составляет 26·108 КОЕ/см3. Выявлено, что обработка образцов шкур бобра перед отмокой ННТП способствует более интенсивному обводнению их по сравнению с контрольными. Предварительная обработка шкур бобра плазмой позволяет сократить концентрации ФП в 2 раза, а продолжительность отмоки – 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 полного и равномерного разволокнения структуры коллагена по сравне

нию с контрольным опытом. Показано, что образцы, обработанные с
участием Novaltan AL, приобретают новое сочетание свойств; значительно 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 термогравиметрический и малоугловой рентгеновский анализы контрольных и экспериментальных образцов ВП шкур бобра после крашения показали, что 
существенных структурных изменений не произошло. Результаты физико-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 технологические схемы и описание разработанных технологий получения полуфабриката с применением ФП и плазменной обработки, обеспечивающих получение шкур с заданными функциональными и эксплуатационными свойствами с одновременной интенсификацией жидкостных процессов в условиях промышленного производства меховых 
предприятий.

Основным объектом исследования выбраны шкуры североамери
канского бобра пресно-сухого способа консервирования в сырье и в полуфабрикате.

Авторы выражают искреннюю благодарность профессорам

В. А. Сысоеву, И. Ш. Абдуллину за консультации и помощь в подготовке материала. Замечания по монографии будут приняты авторами
с благодарностью.

10