Способ обезжиривания овчинно-мехового сырья
Владельцы патента RU 2287590:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Восточно-Сибирский государственный технологический университет (RU)
Способ касается обезжиривания овчинно-мехового сырья. Обработку сырья проводят в бактериальной суспензии, обладающей липолитической активностью - 20-30 ед/г и протеолитической активностью - 2,5-3,5 ед/г, содержащей суммарный продукт жизнедеятельности микроорганизмов в количестве 4-8 г/дм3, синтетическое поверхностно-активное вещество 0,25-0,5 г/дм3 и прокариотическую культуру рода Pseudomonas sp. в количестве 107-109 клеток/см3, остальное вода. При этом обработку проводят при температуре 40±2°С, продолжительности 45 мин, переменном механическом воздействии и жидкостном коэффициенте - 7-10. Техническим результатом является повышение качества обезжиривания овчин, улучшение их упругопластических свойств и снижение уровня токсичного загрязнения сточных вод. 4 табл.
Изобретение относится к легкой промышленности и может быть использовано в меховом производстве при проведении процесса обезжиривания овчинно-шубного и мехового сырья.
Известен способ обезжиривания с использованием анионактивного ПАВ (натриевая соль моноэфира серной кислоты и смесь цетилового и олеинового спиртов), формалина, карбоната натрия, пероксида водорода, неионогенного ПАВ и воду (SU, авторское свидетельство, 1002358, 07.03.83, кл. С. 14 С 1/08).
Недостатком указанного способа с использованием известного состава является то, что он обладает низкой обезжиривающей способностью по отношению к овчинам, содержащим высокое содержание жировых веществ в волосяном покрове и кожевой ткани, что приводит к снижению качества готовых овчин.
Известен способ обезжиривания и ослабления щетины свиных шкур, заключающийся в том, что после обработки известью и промывки шкуры обрабатывают в ванне, содержащей препарат плесневого грибка Aspergillus oryzae и сернокислый аммоний. Под действием выделяемого препарата молочной кислоты наблюдается деструкция жировых веществ. В результате чего известковый нажор сырья опадает в ванне, где одновременно происходит дальнейшее разрыхление связи между щетиной и волосяной сумкой. Этим достигается необходимое ослабление щетины (см. а.с. SU 61614, кл. С 14 С 1/08. Способ обезжиривания и ослабления щетины свиных шкур. Опубл. 31.08.1942).
Недостатком известного способа является ослабление связи щетины свиных шкур с кожевой тканью, что неприемлемо при обработке овчинно-мехового сырья.
Известен способ обезжиривания меховой овчины, в котором удаление органически вымываемых веществ осуществляется с помощью ферментных препаратов липолитического действия (липозин и/или липаза), выделенных из свиной поджелудочной железы, а также из культур Pseudomonas acrudinase с добавлением различных активирующих добавок (желчи, хлорида кальция). В случае применения этих ферментных препаратов качественные реакции на зажиренность отрицательные (см. Фомина Л.А., Рохваргер О.Д., Зубин А.М. и др. Исследование процесса ферментативного обезжиривания меховой овчины. - Сб. научных трудов ВНИИМП - М., 1980, с.3-7). Однако при обезжиривании липазами животного происхождения происходит некоторое ослабление связи волоса с кожевой тканью, что является нежелательным для меховых шкурок.
Основным недостатком вышеописанных способов является образование токсичных сточных вод, содержащих трудноокисляемые органические соединения, такие как синтетические поверхностно-активные вещества и формальдегид.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ обезжиривания овчинно-шубного и мехового сырья, заключающийся в обработке сырья ферментной культурой и бактериальным препаратом, где в качестве ферментной культуры используют Pseudomonas sp. в количестве 106 клеток/см3 и бактериальный препарат, продуцируемый этой культурой, при следующих параметрах: бактериальный препарат (БП) - 1-2 г/дм3, СПАВ - 0,5-1,0 г/дм3, температура - 40-42°С и постоянное механическое перемешивание рабочих ванн, активность липолитическая - 21,42 ед/г и протеолитическая - 212,00 ед/г (см. патент на изобретение №2216596 от 20.11.2003 г. Способ обезжиривания овчинно-мехового сырья /Шалбуев Дм.В., Думнов B.C., Инешина Е.Г., Цыренов В.Ж.).
Недостатком известного способа является значительная величина протеолитической активности, что при нарушении режима обработки может вызвать некоторое ослабление связи волоса с кожевой тканью мехового сырья, что будет являться причиной такого дефекта как теклость волоса, что неприемлемо при обработке овчинно-мехового сырья.
Задача, решаемая в предлагаемом изобретении, заключается в разработке технологии, проводимой при минимальном значении протеолитической активности, что позволит оптимально провести разрушение белковой оболочки жировых веществ, находящихся в дерме овчинно-мехового сырья, при сохранении достаточной связи волоса с кожевой тканью, при минимальном расходе синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ) и исключении формальдегида и карбоната натрия при проведении данного способа обезжиривания.
Техническим результатом изобретения является повышение качества обезжиривания овчин, улучшение их упругопластических свойств, при снижении расхода СПАВ в обезжиривающей ванне с 8 до 0,25-0,5 г/дм3, и исключении из нее карбоната натрия и формальдегида, что позволяет значительно снизить уровень токсического загрязнения сточных вод после выполнения данного технологического процесса. При этом сточные воды, образующиеся после процесса микробиологического обезжиривания, могут быть направлены в отмочный барабан. Также, процесс обезжиривания по предлагаемому способу предлагается проводить при минимальном значении протеолитической активности 2,5-3,5 ед/г и при повышенной величине липолитической - 20-30 ед/г, что обеспечивает оптимальное удаление жировых веществ как с поверхности волосяного покрова, так и из кожевой ткани, при сохранении связи волоса с ней.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в способе обезжиривания овчинно-мехового сырья, заключающемся в его обработке суспензией, согласно изобретению, обработку овчинно-мехового сырья проводят бактериальной суспензией, обладающей как липолитической - 20-30 ед/г, так и протеолитической - 2,5-3,5 ед/г активностями, содержащей суммарный продукт жизнедеятельности микроорганизмов в количестве 4-8 г/дм3, синтетическое поверхностно-активное вещество 0,25-0,5 г/дм3 и прокариотическую культуру рода Pseudomonas sp. в количестве 107-109 клеток/см3 и остальное - воду, при этом обработку проводят при температуре 40±2°С, продолжительности 45 мин, переменном механическом воздействии и жидкостном коэффициенте 7-10.
Отличительной особенностью предлагаемого способа микробиологического обезжиривания овчинно-мехового сырья является его обработка в бактериальной суспензии, обладающей максимальной липолитической и минимальной протеолитической активностями, включающей меньшее количество синтетического поверхностно-активного вещества (до 0,25 г/дм3), суммарный продукт жизнедеятельности микроорганизмов в количестве 4-8 г/дм3 и прокариотическую культуру рода Pseudomonas sp. в количестве 107-109 клеток/см3. Эффект обезжиривания обусловлен тем, что после расщепления белковой оболочки жировых клеток наблюдается распад липидов микроорганизмами, который происходит биокаталитически под действием фермента липазы. При этом бактериальная суспензия характеризуется высоким значением липолитической активности, при минимальной протеолитической, что обеспечивает сохранение связи волоса с кожевой тканью меховой овчины при оптимальном удалении жировых веществ с поверхности волосяного покрова и из кожевой ткани. Наличие в бактериальной суспензии СПАВ обеспечивает удаление минеральной примеси с поверхности волосяного покрова, а присутствие в ней предлагаемой культуры микроорганизмов Pseudomonas sp. позволяет утилизировать жировые вещества без повторного их осаждения на поверхности волосяного покрова и кожевой ткани. Обработку проводят при температуре 40±2°С, продолжительности 45 мин, переменном механическом воздействии и величине жидкостного коэффициента (ЖК) 7-10.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного способа обезжиривания овчинно-мехового сырья. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как более близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков, изложенных в формуле изобретения.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условиям "новизна" и "изобретательский уровень".
Для выполнения предлагаемого изобретения - способа обезжиривания овчинно-мехового сырья - были проведены полупроизводственные исследования, в ходе которых были установлены условия культивирования прокариотического организма рода Pseudomonas sp., оптимальные соотношения липолитической и протеолитической активностей, концентрации суммарного продукта жизнедеятельности микроорганизмов, синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ), продолжительность культивирования, температурные параметры, количество вводимого инокулянта.
Бактериальную суспензию готовят на основе синтетической среды, включающей воду, минеральную и органическую компоненты, СПАВ и культуру рода Pseudomonas sp. Продолжительность культивирования составляет 24 ч, при температуре (37±0,5)°С и периодическом механическом воздействии. По окончании культивирования проводят оценку содержания суммарного продукта жизнедеятельности микроорганизмов, липолитической и протеолитической активностей бактериальной суспензии, остаточной концентрации СПАВ и активной реакции среды (рН). Параметры готовой бактериальной суспензии представлены в таблице 1.
| Таблица 1 | |
| Наименование параметра | Количественное выражение |
| 1. Общее микробное число, кл/см3 | 107-109 |
| 2. Липолитическая активность, ед/г | 20-30 |
| 3. Протеолитическая активность, ед/г | 2,5-3,5 |
| 4. Концентрация суммарного продукта жизнедеятельности микроорганизмов, г/дм3 | 4-8 |
| 5. Концентрация СПАВ, г/дм3 | 0,25-0,5 |
| 6. Активная реакция среды (рН) | 7,0-8,5 |
Как видно из таблицы 1, готовая бактериальная суспензия обладает минимальной протеолитической активностью (2,5-3,5 ед/г) с преобладанием липолитической (20-30 ед/г), что, на наш взгляд, обеспечит оптимальное удаление жировых веществ с поверхности волосяного покрова и кожевой ткани. Низкое значение протеолитической активности позволяет вести процесс обезжиривания не только в достаточно широком временном диапазоне, но и значительно снизить воздействие на белки мальпигиевого слоя - внутреннего слоя волосяной сумки, тем самым, снижая вероятность возникновения теклости волоса.
После проведенного анализа в баркас наливают воду, добавляют расчетное количество от объема воды бактериальной суспензии, затем в баркас помещают овчину меховую в расправленном виде. Процесс проводят при температуре (40±2)°С с переменным механическим воздействием в течение 45 мин, при величине ЖК=7-10. После биотехнологического обезжиривания проводят промывку овчины проточной водой при температуре 40-42°С в течение 30 мин.
Полученный готовый полуфабрикат характеризуется белым, чистым, рассыпчатым волосяным покровом. Кроме того, симбиотическое воздействие ферментов протеазы и липазы, присутствующих в бактериальной суспензии, обеспечивает дополнительное мягчение кожевой ткани, чем и обуславливается улучшение качества полуфабриката.
Предлагаемый способ обезжиривания овчинно-мехового сырья осуществляют следующим образом. При подготовке сырья к обработке предварительно подбирают партию шкур овчины меховой одного способа консервирования, взвешивают. Сырье подвергают отмоке, согласно Единой технологии обработки меховых овчин (1988 г.). Затем сырье отжимают и подвергают его биотехнологическому обезжириванию. Наливают воду, подогретую до 40-42°С, добавляют расчетное количество бактериальной суспензии с температурой 40±2°С. Характеристика бактериальной суспензии представлена в таблице 1. Приготовленный таким образом рабочий раствор перемешивают и загружают сырье. Продолжительность 45 мин при переменном механическом воздействии. Окончание обезжиривания оценивают по реакции Либермана. После чего проводят сток. Промывку сырья осуществляют проточной водой, при температуре 40-42°С в течение 30 мин. Дальнейшую обработку проводят согласно Единой технологии обработки меховых овчин (1988 г.). В контрольном варианте (см. Единая технология обработки меховых овчин, 1988 г.) использовали состав, включающий: пасту "Новость" - 8 г/дм3, карбонат натрия - 0,5 г/дм3 и формальдегид - 0,5 см3/дм3.
В дальнейшем был проведен процесс пикелевания, дубления-жирования и отделочные операции согласно Единой технологии обработки меховых овчин (1988 г.). После проведения отделочных операций проводят оценку физико-механических и химических свойств готовой продукции. Результаты представлены в таблице 2.
| Таблица 2 | |||
| Наименование показателя | ГОСТ 4661-76 | Опытный вариант | Контрольный вариант |
| Для кожевой ткани | |||
| Температура сваривания, °С | Не ниже 70 | 72; 73; 73 | 71; 71; 72 |
| Содержание влаги, % | Не более 14 | 12 | 13 |
| Содержание окиси хрома, % | 0,8-1,8 | 1,5 | 1,7 |
| Содержание золы, % | Не более 8 | 6,7 | 7,8 |
| Содержание несвязанных жировых веществ, % | 10-20 | 15 | 18 |
| рН водной вытяжки | 4,0-7,5 | 6,0 | 7,2 |
| Нагрузка при разрыве целой овчины, Н | Не менее 200 | >200 | >200 |
| Для волосяного покрова | |||
| Содержание несвязанных жировых веществ, % | Не более 2 | 1,8 | 1,5 |
| Предел прочности связи волоса с дермой, МПа | - | 4,8 | 4,8 |
Как видно из полученных результатов, физико-механические и химические свойства меховой овчины, выделанной по заявленной технологии, соответствуют требования ГОСТ 4661-76 "Овчина меховая выделанная. Технические условия". Оценка прочности связи волоса меховой овчины с дермой показала, что величина данного параметра для опытного и контрольного вариантов составила 4,8 МПа. Одинаковое значение исследуемого показателя для всех различных вариантов указывает на то, что ослабления связи волоса с кожевой тканью не происходит.
После проведения опытного обезжиривания по предлагаемому способу и контрольному варианту проводят отбор проб сточных вод с целью оценки их качества и уровня токсического загрязнения. Оценку качества сточных вод осуществляют по следующим показателям: активная реакция среды (рН); химическое потребление кислорода (ХПК), биологическое потребление кислорода (БПК5), концентрация взвешенных веществ, синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ), формальдегида, жировых веществ и уровня токсического загрязнения (УТЗ). В качестве тест-объекта для определения уровня токсического загрязнения сточных вод используют Daphnia magna Straus. Критерий токсичности - выживаемость тест-объекта. Характеристика сточных вод представлена в таблице 3.
| Таблица 3 | ||
| Показатели качества воды | Опытное обезжиривание | Контрольное обезжиривание |
| Концентрация взвешенных веществ, мг/дм3 | 4340 | 4750 |
| ХПК, мгО2/дм3 | 954 | 1982 |
| БПК5, мгО2/дм3 | 155 | 244 |
| Активная реакция среды (рН) | 6,96 | 8,8 |
| Концентрация СПАВ, г/дм3 | 0,36 | 4,8 |
| Концентрация формальдегида, г/дм3 | 0,0 | 0,45 |
| Концентрация жировых веществ, мг/дм3 | 95 | 2200 |
| Уровень токсического загрязнения (УТЗ), класс | Олиготоксичность | Гипертоксичность |
| Классификация воды по классификации Госкомгидромета | Чистая | Очень грязная |
Анализ отработанных сточных вод после опытного и контрольного обезжиривания показал, что менее токсичные стоки образуются на основе использования бактериальной суспензии. Значительное снижение содержания жировых веществ в отработанной воде для опытного варианта до 95 мг/дм3, тогда как для прототипа - 2200 мг/дм3, обусловлено деструктирующим действием микроорганизмов, содержащихся в бактериальной суспензии. Снижение данного показателя свидетельствует о том, что деструкция жирового материала протекает не только в кожевой ткани и волосяном покрове, но и в отработанном растворе.
Примеры реализации предлагаемого способа обезжиривания овчинно-мехового сырья
Пример 1. Партию меховой овчины пресносухого способа консервирования после отмоки, отжима, выполненных согласно Единой технологии обработки меховой овчины (1988 г.), подвергают микробиологическому обезжириванию при ЖК-7, температуре 40-42°С в течение 45 мин, при переменном механическом воздействии.
Состав бактериальной суспензии: суммарный продукт жизнедеятельности микроорганизмов - 8,0 г/дм3, липолитическая активность - 30,0 ед/г, протеолитическая активность - 3,5 ед/г, кислотность раствора - 3,5 г/дм3, оптическая плотность среды, D540 - 0,26, концентрация СПАВ - 0,25 г/дм3, прокариотическая культура рода Pseudomonas sp. в количестве 107 клеток/см3.
Количество вводимой бактериальной суспензии в рабочую ванну - 100%.
В обезжиривающую ванну вносят 100% бактериальной суспензии, затем помещают овчину меховую после процесса отмоки в развернутом виде в баркас, содержащий бактериальную суспензию. Продолжительность обработки 45 мин, при переменном механическом воздействии, ЖК-7, температура раствора - 40°С. После обезжиривания проводят промывку овчины проточной водой при температуре 40-42°С в течение 30 мин.
Пример 2. Партию меховой овчины мокросоленного способа консервирования после отмоки, отжима, выполненных согласно Единой технологии обработки меховой овчины (1988 г.), подвергают микробиологическому обезжириванию при ЖК-10, температуре 40-42°С в течение 45 мин, при переменном механическом воздействии.
Состав бактериальной суспензии: суммарный продукт жизнедеятельности микроорганизмов - 8,0 г/дм3, липолитическая активность - 30,0 ед/г, протеолитическая активность - 3,5 ед/г, кислотность раствора - 3,5 г/дм3, оптическая плотность среды, D540 - 0,26, концентрация СПАВ - 0,25 г/дм3, прокариотическая культура рода Pseudomonas sp. в количестве 107 клеток/см3.
Количество вводимой бактериальной суспензии в рабочую ванну - 50%.
В обезжиривающую ванну наливают воду и вносят 50% бактериальной суспензии от объема рабочей ванны, после чего помещают овчину меховую после процесса отмоки в развернутом виде в баркас, содержащий бактериальную суспензию. Продолжительность обработки 45 мин, при переменном механическом воздействии, ЖК-10, температура раствора - 40°С. После обезжиривания проводят промывку овчины проточной водой при температуре 40-42°С в течение 30 мин.
Пример 3. Партию меховой овчины пресно-сухого способа консервирования после отмоки, отжима, выполненных согласно Единой технологии обработки меховой овчины (1988 г.), подвергают микробиологическому обезжириванию при ЖК-8, температуре 40-42°С в течение 45 мин, при переменном механическом воздействии.
Состав бактериальной суспензии: суммарный продукт жизнедеятельности микроорганизмов - 4,0 г/дм3, липолитическая активность - 20,0 ед/г, протеолитическая активность - 2,5 ед/г, кислотность раствора - 4,6 г/дм, оптическая плотность среды, D540 - 0,20, прокариотическая культура рода Pseudomonas sp. в количестве 109 клеток/см3.
Количество вводимой бактериальной суспензии в рабочую ванну - 100%.
В обезжиривающую ванну вносят 100% бактериальной суспензии от объема рабочей ванны и СПАВ 0,5 г/дм3, после чего помещают овчину меховую после процесса отмоки в развернутом виде в баркас, содержащий бактериальную суспензию. Продолжительность обработки 45 мин, при переменном механическом воздействии, ЖК-8, температура раствора - 40°С. После обезжиривания проводят промывку овчины проточной водой при температуре 40-42°С в течение 30 мин.
Пример 4. Партию меховой овчины мокросоленного способа консервирования после отмоки, отжима, выполненных согласно Единой технологии обработки меховой овчины (1988 г.), подвергают микробиологическому обезжириванию при ЖК-9, температуре 42°С в течение 45 мин, при переменном механическом воздействии.
Состав бактериальной суспензии: суммарный продукт жизнедеятельности микроорганизмов - 4,0 г/дм3, липолитическая активность - 20,0 ед/г, протеолитическая активность - 2,8 ед/г, кислотность раствора - 4,6 г/дм3, оптическая плотность среды, D540 - 0,20, прокариотическая культура рода Pseudomonas sp. в количестве 109 клеток/см3.
Количество вводимой бактериальной суспензии в рабочую ванну - 50%.
В обезжиривающую ванну наливают воду, вносят 50% бактериальной суспензии от объема рабочей ванны и СПАВ 0,5 г/дм3, после чего помещают овчину меховую после процесса отмоки в развернутом виде в баркас, содержащий бактериальную суспензию. Продолжительность обработки 45 мин, при переменном механическом воздействии, ЖК-9, температура раствора - 42°С. После обезжиривания проводят промывку овчины проточной водой при температуре 40-42°С в течение 30 мин.
Остаточное содержание жировых веществ в кожевой ткани и волосяном покрове по примерам 1-4 и контрольному варианту приведены в таблице 4.
| Таблица 4 | |||
| Пример | Тип консервирования сырья | Содержание жировых веществ, % | |
| В волосяном покрове | В кожевой ткани | ||
| Контрольный вариант | Мокросоленный | 1,93 | 16,89 |
| Пример | Тип консервирования сырья | Содержание жировых веществ, % | |
| В волосяном покрове | В кожевой ткани | ||
| Пример 1 | Пресно-сухой | 2,05 | 17,12 |
| Пример 2 | Мокросоленный | 2,14 | 17,35 |
| Пример 3 | Пресно-сухой | 1,85 | 16,86 |
| Пример 4 | Мокросоленный | 1,90 | 16,88 |
Результаты, представленные в таблице 4, показывают, что все способы микробиологического обезжиривания обеспечивают оптимальное удаление жировых веществ как с поверхности волосяного покрова, так и из кожевой ткани меховой овчины.
После проведения указанных операций овчины подвергают отжиму волосяного покрова, стрижке, пикелеванию и дублению-жированию с расходом необходимых ингредиентов согласно Единой технологии обработки меховой овчины (1988 г.).
Как видно из примеров, предложенный способ обезжиривания овчинно-мехового сырья позволяет проводить оптимальное удаление жировых веществ с поверхности волосяного покрова и кожевой ткани меховой овчины. При этом образующиеся сточные воды после биотехнологического обезжиривания можно отнести к условно чистым за счет уменьшения расхода СПАВ, исключения карбоната натрия и формальдегида из опытного состава.
Показатели свойств овчины меховой выделанной соответствуют требованиям, предъявляемым по ГОСТ 4661-76 "Овчина меховая выделанная. Технические условия".
На основании вышеизложенного следует, что заявленный способ обезжиривания овчинно-мехового сырья соответствует условию "промышленная применимость".
Способ обезжиривания овчинно-мехового сырья, заключающийся в его обработке суспензией, отличающийся тем, что обработку овчинно-мехового сырья проводят в бактериальной суспензии, обладающей как липолитической - 20-30 ед/г, так и протеолитической - 2,5-3,5 ед/г активностями, содержащей суммарный продукт жизнедеятельности микроорганизмов в количестве 4-8 г/дм3, синтетическое поверхностно-активное вещество - 0,25-0,5 г/дм3 и прокариотическую культуру рода Pseudomonas sp в количестве 107-109 клеток/см3, вода - остальное, при этом обработку проводят при температуре 40±2°С, продолжительности 45 мин, переменном механическом воздействии и жидкостном коэффициенте 7-10.
