Изучение возможности проведения процесса обезжиривания I с применением ферментного препарата

 

Целью данного этапа эксперимента было получение ферментных препаратов на средах, содержащих в качестве источника углерода СПАВ (Превоцелл W-OF-7 с рН<7, рН~7, рН>7 и Wetter HAC с рН<7) и шерстный жир, с последующим их применением для проведения процесса обезжиривания I меховой овчины.

В результате выполненных ранее экспериментов были разработаны оптимальные условия культивирования культур рода Listeria sp I и 7 c целью получения комплексного ферментного препарата с заданными свойствами. Состав синтетических сред представлен в табл. 10.

 

Таблица 10. Состав синтетических сред

	Расход химматериалов, г/дм3
Компоненты	среда, содержащая
	Превоцелл W-OF-7	Wetter HAC
NaH2PO4	1,0	1,0
NH4NO3	1,0	1,0
KCl	0,5	0,5
MgCl2	0,1	0,1
Превоцелл W-OF-7	0,5	-
Wetter HAC	-	0,5
Шерстный жир	1,0	1,0

 

Среды культивировали в течение 72 ч при температуре (380,5)⁰С при переменном механическом воздействии на «Shaker Type» с частотой колебаний 250 об/мин и амплитуде 6.

В начале культивирования (0 ч) и через 72 часа (перед обезжириванием) снимали следующие показатели: рН, кислотность, мутность, концентрацию белка, КОЕ, липолитическую и протеолитическую активности, которые представлены в табл. 11.

Как видно из данных табл. 11, величина КОЕ во всех случаях возрастает, что подтверждается увеличением мутности (для Превоцелл W-OF-7 c рН=4,82 показатель мутности изменяется с 0,12 до 0,30). Увеличение КОЕ объясняется ростом числа микробных продуцентов за счет достаточного количества субстрата. Наблюдаемое уменьшение активной реакции среды и увеличением кислотности, вероятно, происходит за счет деструкции жировых веществ с образованием жирных кислот.

 

Таблица 11. Влияние вида СПАВ и активной реакции среды на свойства ферментного препарата, продуцированного культурами рода Listeria

		Синтетическая среда, содержащая
Показатели	Время культивирования, ч	Превоцелл W-OF-7 (рН<7)	Превоцелл W-OF-7 (рН=7)	Превоцелл W-OF-7 (рН>7)	Wetter HAC (рН<7)
рН	0 72	4,82 4,75	7,10 6,90	8,70 8,40	4,95 4,90
Кислотность, г/дм3	0 72	0,21 0,24	0,36 0,42	- -	0,24 0,30
Мутность, D2540	0 72	0,12 0,30	0,15 0,20	0,18 0,25	0,22 0,30
Lg КОЕ	0 72	3,25 3,43	2,95 3,76	3,15 4,02	3,12 3,98
Концентрация белка, г/дм3	0 72	0,45 0,86	0,62 0,84	0,15 0,36	0,68 0,92
Концентрация СПАВ, г/дм3	0 72	0,48 0,47	0,51 0,36	0,50 0,29	0,49 0,25
Липолитическая активность, ед/г	0 72	32,45 56,42	36,23 51,31	25,00 41,66	41,55 61,64
Протеолитическая активность, ед/г	0 72	10,22 11,15	9,56 10,38	12,09 12,98	8,85 9,38

 

Это связано с тем, что возрастает продуцирование ферментного препарата на промежутке времени 0–72 часа, так как данный промежуток времени соответствует логарифмической фазе развития прокариотических организмов. Возрастание липолитической и протеолитической активностей для всех составов связано с вовлечением СПАВ и жировых веществ в конструктивный и энергетический обмен.

Следующий этап эксперимента заключался в проведении обезжиривания с применением ферментных препаратов, полученных на жидких средах с Превоцелл W-OF-7 (при разных значениях рН) и с Wetter HAC (при рН<7). Овчину после процесса отмоки, проведенного по типовой методике отбирали методом асимметрической бахромы в соотвествии с п. 2.2.15. Обезжиривание проводили при жк=12, температуре (402)⁰С, продолжительности 45 мин и при непрерывном механическом воздействии на встряхивателе «Shaker Type-357» со скоростью 80 об/мин, амплитуде 7. В качестве контрольного варианта было проведено обезжиривание по типовой методике. Для проведения процесса обезжиривания с применением ферментного препарата, с каждым из исследуемых СПАВ с различными значениями активной реакции среды было приготовлено по 3 обезжиривающих ванны, содержащих культуральную жидкость, полученную после 72 ч инкубирования. Ванны под номерами 1,2,3 содержали ферментный препарат, продуцированный на среде, содержащей в качестве источника углерода шерстный и Превоцелл W-OF-7 с рН=4,75 с начальной концентрацией, разбавленный в 2 и 3 раза. Аналогично готовили ванны с Превоцелл W-OF-7 при рН=6,9 были обозначены номерами 4,5,6, при рН=8,40 – 7,8,9, а также с Wetter HAC (рН=4,90) 10,11,12. Ванну, приготовленную по типовой методике, обозначили номером 13.

 

Таблица 12. Состав обезжиривающих ванн

	Тип обезжиривающей ванны
Состав	Ферментный препарат, продуцированный
	Превоцелл W-OF-7 (рН<7)			Превоцелл W-OF-7 (рН=7)			Превоцелл W-OF-7 (рН>7)			Wetter HAC (рН<7)			Типовая методика
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
Ферментный препарат, г/дм3	1,84	0,92	0,61	2,85	1,43	0,95	1,57	0,79	0,52	0,55	0,28	0,18	-
СПАВ, г/дм3	0,27	0,14	0,09	0,36	0,18	0,12	0,29	0,15	0,10	0,25	0,13	0,08	8,0
Формальде-гид, см3/дм3	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	0,5
Карбонат натрия, г/дм3	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	0,5

 

До и после обезжиривания определяли концентрацию СПАВ (п. 2.2.12), рН (п. 2.2.13), кислотность, мутность (п. 2.2.7), КОЕ (п. 2.2.2), а также содержание жира в волосяном покрове и кожевой ткани (п. 2.2.16), связь волоса с кожевой тканью (п. 2.2.17), белизну (п. 2.2.18).

 

Таблица 13. Влияние состава обезжиривающей ванны, содержащей ферментный препарат, на свойства полуфабриката

Тип ванны	Содержание жировых веществ, %		Прочность связи волоса с кожевой тканью, Н	Белизна, %
	в волосяном покрове	в кожевой ткани
0*	15,22	22,64	19	65,5±3,9
1	3,32	17,26	26	79,7±2,5
2	4,12	17,88	45	70,9±4,9
3	5,65	18,24	50	74,9±3,4
4	3,05	17,15	25	79,5±2,6
5	3,91	17,34	40	79,4±5,8
6	4,49	18,02	50	74,2±2,9
7	2,89	15,36	36	76,6±6,1
8	3,32	15,89	42	71,5±2,5
9	3,98	16,17	54	70,8±2,2
10	2,58	13,26	12	81,0±3,0
11	3,16	13,73	23	78,4±2,5
12	3,72	14,25	32	80,1±3,6
13 **	2,85	10,22	36	83,5±3,1
ГОСТ 4661–67	Не более 2,0	10–20	-	-

 

Анализируя табл. 13 и рис. видно, что все ванны, в состав которых входил ферментный препарат, обладали обезжиривающим действием. До обезжиривания содержание жировых веществ в волосяном покрове составило 15,22%. После обезжиривания содержание остаточного жира в волосе находилось в пределах от 2,58% (для ванны, содержащей Wetter HAC без разбавления) до 5,65% (для ванны с Превоцелл W-OF-7 при рН<7 и разбавлении 1:3). По ГОСТу 4661–76 содержание жировых веществ в волосяном покрове должно составлять 1,5–2%. В связи с этим необходимо дополнительное обезжиривание для эффективного удаления жира.

В кожевой ткани содержание остаточного жира до обезжиривания составило 22,64%. После обезжиривания минимальное количество жира было характерно для состава с Wetter HAC при рН<7 и без разбавления (13,26%), а максимальное – для среды с Превоцелл W-OF-7 при рН<7 и разбавлении 1:2 (17,88%), по типовой методике – 10,22%. Все показатели содержания жировых веществ соответствует ГОСТ 4661–76 (10–20%). Со снижением концентрации ферментного препарата в обезжиривающей ванне, то есть при разбавлении в 2 и 3 раза, наблюдалось ухудшение обезжиривающей способности.

До обезжиривания прочность связи волоса с кожевой тканью составила 19 Н. После обезжиривания при снижении концентрации ферментного препарата и поверхностно-активного вещества, в обезжиривающих ваннах наблюдалось увеличение прочности связи. Так минимальное значение величины прочности было характерно для ванны с Wetter HAC при рН<7 и без разбавления и составило 12 Н, а максимальное значение – для ванны с Превоцелл W-OF-7 при рН>7 и разбавлении 1:3 (54 Н). Контрольной являлась величина, измеренная после процесса обезжиривания I по типовой методике, которая составила 36 Н. Увеличение прочности связи волоса и кожевой ткани в процессе обезжиривания, вероятно, объясняется развитием и метаболизмом микроорганизмов.

Для меховой овчины после обезжиривания была характерна достаточно высокая степень белизны волосяного покрова. Максимальная белизна составила для волоса по типовой методике (83,5±3,1%). Это объясняется высоким содержанием концентрации СПАВ – 8 г/л в обезжиривающей ванне. При обезжиривании в составе, содержащем ферментный и Wetter HAC без разбавления, значение белизны составило 81,0±3,021%. Минимальная степень белизны характерна для составов с Превоцелл W-OF-7 при рН<7 и разбавлении 1:2 (70,9±4,9%) и разбавлении 1:2 (70,9±2,2%).

Таким образом, было установлено, что применение ферментного препарата с концентрацией 2–3 г./см³ при расходе СПАВ 0,4–0,5 г/дм³ обеспечивало оптимальное удаление жировых веществ с поверхности кожевой ткани. Но применение данного метода не обеспечивало достаточного удаления жировых веществ с волосяного покрова за один прием, поэтому для полного обезжиривания необходимо дополнительное проведение данного процесса.

После процесса обезжиривания определяли некоторые показатели сточных вод (табл. 14). рН обезжиривающих сточных вод находился в пределах 4,8–7,8, что соответствует ПДК для рыбохозяйственных водоемов (не более 4,5–8,5). Снижение величины рН наблюдалось с уменьшением концентрации ферментного препарата в рабочес растворе. После обезжиривания по типовой методике наблюдалась резко щелочная реакция (рН=9,5–10,0). В процессе обезжиривания увеличивается количество микроорганизмов, то есть lg КОЕ, но с разбавлением оно уменьшается. Так, для Превоцелл W-OF-7 при рН<7 без разбавления lg КОЕ =4,85; с разбавлением 1:2 lg КОЕ=3,64, а при разбавлении 1:3 lg КОЕ=3,02. В связи с этим увеличивается мутность. Максимальное значение мутности наблюдалось для ванны с Wetter HAC (рН<7) и составила D=6,0.

Также в процессе обезжиривания наблюдается уменьшение концентрации СПАВ. Максимальная остаточная концентрация СПАВ – 4,63 г./дм³ была характерна для процесса обезжиривания по типовой методике, что превышает нормы ПДК (0,1 г/дм³) в 46 раз. Это объясняется высокой начальной концентрацией – 8 г/дм³. Остаточная концентрация СПАВ после обезжиривания с Превоцелл W-OF-7 (рН<7) во всех 3-х ваннах немного превышает нормы ПДК и составила 0,15; 0,123; 0,105 г./дм³. Остальные составы соответствуют нормам ПДК.

Для оценки уровня токсического загрязнения (УТЗ) было проведено исследование токсичности вод после ферментативного обезжиривания I и обезжиривания по типовой методике. В качестве тест-объекта использовали рачков Daphnia magna Straus. Результаты оценки приведены в табл. 15.

Как видно из табл. 15, все сточные воды, включая стоки по типовой методике относились к 3 и 4 классу опасности, т.е. b-М-Т (токсичные) и a-М-Т (малотоксичные). Исключением являлись сточные воды, содержащие в своем составе Превоцелл W-OF-7 при рН=7 и разбавлении 1:3, при объеме вод 0,1 см³, которая относилась к олиготоксичным, т.е. условно нетоксичным (100% выживаемость организмов).

Таким образом, качество меховых овчин после обезжиривания с ферментными препаратами и минимальной концентрацией СПАВ максимально приближается к качеству овчин, обезжиренных по типовой методике. В результате оценки некоторых показателей сточных вод после процесса обезжиривания I видно, что технология, основанная на применении ферментного препарата, продуцируемого культурой рода Listeria sp при минимальном расходе СПАВ позволяет несколько улучшить параметры сточных вод. Из проведенных исследований УТЗ следует, что токсичность сточных вод при проведении обезжиривания с ферментным препаратом и по типовой методике одинакова, за исключением состава Превоцелл W-OF-7 при рН=7 и разбавлении 1:3, токсичноcть которого составила О-Т (олиготоксичные).

 

Таблица 15. Оценка УТЗ на дафниях

Тип ван-ны		Объем сточ-ной воды, см3		Выживаемость Daphnia magna, %															УТЗ
				1 ч		2 ч		3 ч		24 ч	48 ч		72 ч				96 ч
1		1,0 0,5 0,1		100 100 100		100 100 100		100 100 100		100 100 100	60 80 80		40 60 80				40 60 80		b-М-Т b-М-Т b-М-Т
2		1,0 0,5 0,1		100 100 100		100 100 100		100 100 100		100 100 100		60 80 100	20 60 80			20 60 80			a-М-Т b-М-Т b-М-Т
3	1,0 0,5 0,1		100 100 100		100 100 100		100 100 100		100 100 100			40 60 80		20 40 60	0 20 60			a-М-Т a-М-Т b-М-Т
4	1,0 0,5 0,1		100 100 100		100 100 100		100 100 100		100 100 100			60 60 60		40 60 60	20 40 40			a-М-Т b-М-Т b-М-Т
5	1,0 0,5 0,1		100 100 100		100 100 100		100 100 100		100 100 100			60 100 100		40 80 60	0 80 60			a-М-Т b-М-Т b-М-Т
6	1,0 0,5 0,1		100 100 100		100 100 100		100 100 100		100 100 100			40 60 100		20 40 100	0 20 100			a-М-Т a-М-Т О-Т
7	1,0 0,5 0,1		100 100 100		100 100 100		60 60 80		20 20 40			0 0 20		0 0 0	0 0 0			a-М-Т a-М-Т a-М-Т
8	1,0 0,5 0,1		100 100 100		100 100 100		80 80 100		60 60 80			20 40 80		0 40 80	0 20 60			a-М-Т a-М-Т b-М-Т
9	1,0 0,5 0,1		100 100 100		100 100 100		60 60 100		40 40 60			20 20 60		0 0 0	0 0 0			a-М-Т a-М-Т a-М-Т
10	1,0 0,5 0,1		80 100 100		80 100 100		80 100 100		60 60 80			0 20 20		0 0 20	0 0 0			a-М-Т a-М-Т a-М-Т
11	1,0 0,5 0,1		60 100 100		60 100 100		60 100 100		40 60 60			0 20 20		0 0 0	0 0 0			a-М-Т a-М-Т a-М-Т
12	1,0 0,5 0,1		100 100 100		100 100 100		100 100 100		40 60 100			0 20 60		0 20 40	0 20 40			a-М-Т a-М-Т b-М-Т
13		1,0 0,5 0,1		100 100 100		80 100 100		80 100 100		80 100 100		40 100 100	0 20 60			0 0 40				a-М-Т a-М-Т b-М-Т

 

 

Экономическая часть

 

Одной из экологических проблем мехового производства является снижение загрязнения сточных вод синтетическими поверхностно-активными веществами (СПАВ), которые применяются при выполнении обезжиривания. Наиболее перспективным является совершенствование технологических процессов на основе биотехнологических методов, позволяющих уменьшить расход химических материалов, используемых в производстве, что ведет к снижению уровня техногенного воздействия на окружающую среду.

Одним из способов, позволяющих сохранить качество обезжиривания мехового полуфабриката при снижении степени загрязнения сточных вод, является проведение совмещенного эмульсионного и микробиологических методов обезжиривания. Применение предложенного метода обезжиривания меховой овчины позволит уменьшить расход СПАВ с 8 до 0,5 г/дм³, исключить введение в обезжиривающую ванну карбоната натрия и формальдегида. Все это позволит сократить расходы на выполнение технологического процесса, а также уменьшить плату за сброс сточных вод в городские канализационные сети.