Изучение свойств бактериальной суспензии и ее применение в подготовительных процессах переработки мехового сырья

Фигуриным Ю. В. предложен метод обезжиривания свиных шкур с помощью действия комплекса липолитических и протеолитических ферментных препаратов. Установлено, что при ферментативном воздействии комплекса липолитических и протеолитических ферментных препаратов на шкуру происходит ее обезжиривание, уменьшение содержания в ней углеводных компонентов и как следствие этого - хорошее разделение структуры дермы, удаление значительной части неколлагеновых белков. Все это способствует получению кож высокого качества из свиного сырья.

Высокое содержание природного жира в свиных шкурах затрудняет выработку из них высококачественных кож, поэтому при производстве свиных кож необходимо максимальное удаление природного жира, а также хорошее разделение структуры дермы. Для выполнения данных условий наиболее целесообразным является использование комплекса липолитических и протеолитических ферментных препаратов.

Предварительное исследование, проведенные автором, показали, что при совместном использовании комплекса этих ферментных препаратов в подготовительных процессах производства свиных кож в первую очередь необходимо использование щелочной липазы.

В ходе эксперимента ферментные препараты использовались в процессах отмоки и мягчения. Концентрацию щелочных липаз в рабочих жидкостях при исследовании действия комплекса липолитических и протеолитических ферментных препаратов на природный жир свиных шкур определяли количество жира в сырье, сырье после отмоки, голье, полуфабрикате, отработанных жидкостях и в щетине. Полученные результаты, показывают, что используемые ферментные препараты хорошо обезжиривают свиные шкуры и щетину. Хорошее обезжиривающее действие щелочных липаз подтверждается высоким содержанием липидов в отработанных жидкостях в процессе отмоки и мягчения.

В результате проведенной работы установлено, что при ферментативном воздействии комплекса липолитических и протеолитических ферментых препаратов на шкуру происходит ее обезжиривание, уменьшение содержания в ней углеводных компонентов и, как следствие этого, хорошее разделение структуры дермы, удаление значительной части неколлагеновых белков. Все это способствует получению высокого кож качества из свиного сырья [17].

Применение ферментных препаратов при обработке кожевенного сырья является одним из перспективных методов совершенствования технологических процессов.

Целью работы Е.А. Пуртова, Т.Ф. Миронова и Л.М.Лупова являлось изучение возможности применения нейтральной протеазы протосубтилина Г10Х (штамм Bac. Subtilis) в производстве кожи для верха обуви из шкур крупного рогатого скота.

Оптимум действия нейтральной протеазы протосубтилина Г10Х находится в пределах рН 7-7,5, протеолитическая активность по казеину составляет 40 ед./г.

Исследования проводили на полукожнике средней (12 кг) массы мокросоленого способа консервирования.

Для выяснения характера и степени воздействия нейтральной протеазы на структуру дермы полукожника эксперимент осуществляли не препаратах дермы полукожника, приготовленных из отмоченного сырья и голья щелочно-солевой обработки и подвергнутых спирто-эфирной сушке.

Изменение структуры коллагена дермы, происходящие в процессе ферментативной обработки дермы в зависимости от ее продолжительности, концентрации ферментного препарата, предварительной обработки дермы, изучали путем исследования влияния продуктов распада и продуктов выплавления на содержание оксипролина.

В ходе эксперимента было установлено, что действие фермента на структуру коллагена дермы усиливается в случае предварительной щелочной обработки. Незначительное содержание оксипролина в продуктах распада при действие на препараты дермы (до 2,3% в зависимости от характера предварительной обработки и интенсивности ферментативной обработки) свидетельствует о том, что обработка нейтральной протеазой не приводит к распаду коллагена дермы. В продуктах выплавления препаратов дермы, подвергшихся ферментативному воздействию, наблюдается значительное содержание оксипролина, что указывает на появление в структуре дермы под действием ферментов фрагментов структурных элементов коллагена, которые могут перейти в раствор только при гидротермическом воздействии.

Таким образом исследуемая нейтральная протеаза способствует разделению структурных элементов дермы, не вызывая при этом распада коллагена.

Данные разведывательного эксперимента позволяют сделать вывод о возможности использования нейтральной протеазы протосубтилина Г10Х в процессах кожевенного производства.

Исходя из результатов разведывательного эксперимента, были разработаны варианты обработки полукожника, предусматривающие применение нейтральной протеазы протосубтилина Г10Х в процессе подготовки шкур к обезволашиванию и в процессе мягчения. В качестве контрольного варианта использовали типовую методику производства хромовых кож для верха обуви из опойка, выростка и полукожника, предусматирвающую применение в процессе мягчения панкреатина.

При проведении эксперимента в лабораторных условиях исследовали изменение основных структурных элементов шкуры под действием ферментативных обработок по содержанию в отработанных жидкостях оксипролина и общего азота, которое выражалось в процентах от содержания данных компонентов в абсолютно сухой, обезжиренной и обеззоленной шкуре.

Результаты проведенного эксперимента показали, что применение нейтральной протеазы протосубтилина Г10Х в процессе отмоки и мягчения способствует хорошему разделению структурных элементов дермы. Введение обработок данным ферментным препаратом позволяет сократить продолжительность отмоки, уменьшить загрязненность сточных вод благодаря снижению количества сульфида натрия, применяемого в процессе мягчение ферментного препарата животного происхождения панкреатина [18].

1.2 Применение ферментов в производстве меха

В технологии меха ферменты могут применяться и в других процессах, например, при обезжиривании, крашении, отбеливании.

Процесс обезжиривания необходим при обработке многих видов мехового сырья. Так, при обработке меховых и шубных овчин, шкур морского зверя, ондатры, сурка, обезжиривают как волосяной покров, так и кожевую ткань. Учитывая различие в составе жира, находящегося на волосе или в кожевой ткани, используют различные способы обезжиривания. По существующей технологии волосяной покров обезжиривают в водно-щелочных растворах поверхностно-активных веществ, кожевую ткань - в жирорастворителях. Оба эти способа довольно продолжительны и трудоемки, требуют большого расхода воды (первый способ) или специального оборудования (второй способ). Применение липолитических ферментов будет способствовать рационализации процесса, снижению трудоемкости, уменьшению производственного цикла и может быть экономически выгодно, особенно при повторном использовании растворов [19].

Ферменты могут быть также использованы при оксидационном крашении и отбеливании. В обоих случаях необходимо применение окислителей. Известно, что пергидроль - наиболее употребляемый окислитель - резко снижает прочность волоса и кожевой ткани шкур. При использовании оксидаз, которые могут направленно действовать на требуемый агент, прочность волоса не должна снижаться.

Использовать ферменты можно также и для предотвращения пожелтения волоса шкур морских животных. Шкуры морских животных быстро желтеют, что является следствием окисления кислородом воздуха непредельных жиров морских животных. Для защиты шкур от пожелтения их либо упаковывают в герметичные мешки, либо покрывают смазкой, в которую добавлены антиокислители [ 20].

При выделке меховых шкур нельзя применять сильные щелочные воздействия, так как это резко снижает качество волоса. Использование же протеолитических ферментов без предварительной щелоченной обработки малоэффективно, хотя и несколько улучшает качество кожевой ткани. Основным препятствием для использования протеолитических ферментов является их обезволашивающее действие [21].

Наиболее распространен технический панкреатин из поджелудочной железы. В состав этой вытяжки входят следующие ферменты: протеиназа (трипсин), протаминаза (карбоксилпептидаза В), пролиназа, аминопептидаза, карбоксилпептидаза А и дипептидаза, также липаза и амилаза. При обезволашивании и мягчении применяют препараты, получаемые путем выращивания микроорганизмов на питательной среде, например протосубтилин Г3х, липогаетрин Г3х и др., а так же их смеси. Для мягчения в меховом производстве используют препараты микробного происхождения - мальтававморин Г10х, оболадающий гликозидазной активностью. Квашение - сложный процесс, где основную роль играют ферменты, как амилаза, расщепляющая крахмал мальтаза и протеолитические. Таким образом, в кожевенном и меховом производстве важной значение имеют гидролазы: протеазы, эстеразы и эфиразы [2].

Ферментативная обработка меховых шкур является более рациональным способом по сравнению с квашением, обеспечивает высокое качество кожевой ткани - мягкость, легкость, пластичность и, кроме того, способствует повышению производительности труда и увеличению выхода площади мехового полуфабриката. [22].

Казалось бы, не может быть и речи об использовании протеолитических ферментов для обработки меховых шкур вследствие их обезволашивающего действия. Несмотря на это, во многих исследованиях по технологии меха испытывали протеолитические препараты. Так, А. В. Раевский, Н. В. Сергеев, И. П. Стефанович показали, что мягчение меховых и шубных овчин трипсином при предварительной известковой обработке дает весьма высокий технологический эффект: происходит разрыхление кожевой ткани, что придает ей мягкость и пластичность. Но при такой обработке уменьшается прочность волоса, нарушается фиксация его в кожевой ткани. Поэтому данный метод не нашел практического применения.

При обработке меховых шкурок пепсином -- ферментом, способным воздействовать на белки кожевой ткани в кислой среде, происходит резкая потеря кожевого вещества в результате перехода его в растворимое состояние и снижается прочность шкуры. Пластические свойства кожевой ткани при этом существенно не изменяются [23].

Постоянно растущий спрос на высококачественную шерсть, а также санитарные требования к сточным водам было стимулом того, что в последние годы многие кожевенные заводы Франции, а также предприятия, занимающееся съемкой шерсти с овчин не пригодных для кожевенного и мехового производства, стали применять ферментные препараты, изготовленные фирмой Рапидаз.

На фирме Рапидаз, находящейся в г. Секлен (Societe Rapidase, Seklin Nord France) ферментные препараты для кожевенного производства изготавливают на базе бактериальной протезы, получаемой путем глубинного выращивания бактериальной культуры на жидкой питательной среде, в состав которой входит картофельный крахмал.

Препараты, изготовленные из бактериальной протезы, довольно стойки при хранении, только после 10-12 месячного хранения заметно незначительное уменьшение активности [24].

Способы выполнения ферментной обработки зависит от имеющегося оборудования, производственных площадей и перерабатываемого сырья. Возможно как приспособление используемого оборудования, так и создание высокомеханизированных проходных линий ферментной обработки, особенно сырья овчины [25].

Сынкова А.В., Миронова Т.Ф., Талянского О.В. исследовали влияние температуры и рН обрабатывающей жидкости, а так же механических воздействий на каталитическую способность нейтральной протеазы в процессе обезволашивания овчины.

Отмоку овчины пресно-сухого консервирования осуществляли по известной технологии в течение 24 часов при температуре 18-200С в присутствие сульфита натрия (5 г/л), гексафторсиликата натрия (3 г/л) и ПАВ (1 г/л).

Последующее обезволашивание проводили при различных значениях температуры (18-20 0С; 30-32 0С; 38-40 0С) и рН обрабатывающей жидкости (6; 7; 8; 9) с использованием механических воздействий и в состоянии покоя.

Анализ полученных результатов позволил сделать выводы: при всех вариантах температурного режима и режима механического воздействия эффект полного обезволашивания наиболее быстро достигается при рН 7, таким образом зависимость от рН обезволашивающей способности ферментного препарата коррелирует с данными зависимостями протеолитической активности протеазы Прок.

Наибольшее количество ионогенных групп в дерме наблюдается в случае обезволашивания при рН 7, при данном рН среды протеаза Прок обеспечивает состояние дермы, близкое к изоэлектрическому, в котором набухание коллагена минимально, что облегчает удаление волоса с волосяной сумки.

При температуре обезволашивающей жидкости 30-320С обезволашивание различных топографических участков протекает более равномерно, в течение более длительного периода времени, чем мездреной, что указывает на диффузию протеазы прок в дерму с бахтармяной стороны, наличие мездры на которой препятствует протеканию этого процесса и замедляет достижение обезволашивающего эффекта.

Увеличение температуры обрабатывающей жидкости от 30-320С до 38-400С приводит лишь к незначительному сокращению продолжительности обезволашивания.

Процесс ферментативного обезволашивания протекает медленнее в случае отсутствия механических воздействий [26].

При выполнении ферментативного обезволашивания необходимо строго соблюдать температурный режим обработки не допуская снижения температуры, поскольку резкое изменение температуры обрабатывающей жидкости в сторону уменьшения может привести к инактивации ферментного препарата, в результате требуемый эффект обезволашивания может быть так и недостигнут.

Таким образом, полученные результаты будут способствовать разработке оптимальных параметров процесса ферментативного обезволашивания кожевенного сырья [27].

Целью исследования Г.И Ярецкас, Н.М. Шибаковской, О.Н. Мацевичене, А.К. Струмскене явились разработки технологии применения нового ферментного препарата мальтавоморина Г10Х для обработки шкурок кролика, определение изменений основных структурных элементов кожевой ткани шкурок после обработки ферментом и определение качественных, физико-механических и химических свойств готовых шкурок.

Исследование проводили на шкурках кролика пресно-сухого способа консервирования с толщиной кожевой ткани более 0,7 мм, одинаковых по площади, сортности (2), однородных по плотности. Ферментный препарат мальтавоморин Г10Х использовался для отмоки.

Результаты производственных опытов показали, что применение данного ферментного препарата для отмоки шкурок кролика сокращает процесс на 16-20., улучшает качество готовых шкурок за счет их мягкости и пластичности, почти полностью исключает получение грубых шкурок, снижает количество порванных шкурок и увеличивает выход готовой продукции в среднем на 3,3% по сравнению с типовой методикой выделки [28].

Таким образом, на основании литературного обзора можно сделать вывод, что ферменты для кожевенного и мехового производства имеют огромное значение, так как их применение сокращает длительность процессов, способствует меньшему загрязнению сточных вод, то есть вносит вклад в решение экологических проблем, также обеспечивает увеличение выхода площади готового полуфабриката, позволяет повысить качество готовой продукции, а значит, дает значительный экономический эффект.

2. Объекты и методы исследования

Целью дипломной работы являлось изучение свойств бактериальной суспензии, с последующим применением в подготовительных процессах переработки мехового сырья.

Для выполнения эксперимента был составлен сетевой график, представленный на рисунке 1.

Рисунок 1 - Сетевой график дипломной работы

2.1 Объекты исследования

Объектом исследования в дипломной работе являлись жировые вещества различной химической природы: синтетический - Tanning Oil G; модифицированный - сульфатированный рыбий жир; природные - нерпичий, свиной и шерстный, а также микроорганизмы, выделенные из жира нерпы и шерстного жира (H, Нв, В) и из сточных вод после проведения процесса обезжиривания меховой овчины (3, 7).

TANNING OIL G - эмульгатор модифицированный, непротравляющий неокисляющий жир. Применение в процессе жирования овчин после крашения, рекомендуемая концентрация - 2 г/дм3. Преимущество - очень богат питательными жирами.

СУЛЬФАТИРОВАННЫЙ РЫБИЙ ЖИР - продукт сульфатирования жидкой фракции рыбьего жира, густая жидкость от коричневого до темно- коричневого цвета. Получают обработкой ворвани серной кислотой с последующей промывкой и нейтрализацией. Применяется в качестве основных эмульгирующих жиров при составлении смесей для жирования кож всех видов.

СВИНОЙ ЖИР - мазеобразная масса от белого до темно- коричневого цвета. Получают вытапливанием, центрифугированием или прессованием. Применяют для производства мыла.

НЕРПИЧИЙ ЖИР - жидкость от светло- желтого до темно- коричневого цвета. Получают вытапливанием, экстрагированием, прессованием и сепарированием.

ШЕРСТНЫЙ ЖИР - густая пастообразная масса бурого цвета. Внем содержатся кроме воска свободные жирные кислоты, глицериды, белки, слизи, красящие вещества, минеральные примеси.

2.2 Методы исследования

2.2.1 Методика приготовления питательных сред для культивирования микроорганизмов

Мясопептонный агар (МПА)

При культивировании микроорганизмов большое значение имеет обеспечение их соответствующим питанием. Белковой основой для всех сред является питательный бульон. Основой для приготовления мясопептонного бульона (МПБ) является мясная вода. Ее готовят следующим образом: 15 г сухого бульона растворяют в 1 дм3 дистиллированной воды и кипятят 1-3 мин. Для приготовления плотной питательной среды МПА к 1 дм3 МПБ добавляют 2-2,5% агар-агара от объема среды и расплавляют в автоклаве.

Синтетическая среда Рана

В 1 дм3 дистиллированной воды растворяют соли следующего состава (г/дм3): K2НPO4-5,0; CaCl2-1,0; (NH4)3PO4-5,0; NaCl-следы; FeCl3*7H2O-следы; MgSO4 *7H2O-1,0. В качестве источника углерода используют жир в количестве 1 г/дм3. Для приготовления плотной синтетической среды добавляют агар-агар в количестве 2-2,5% от объема жидкой среды и расплавляют в автоклаве при давлении 1атм.

2.2.2 Выделение чистой культуры методом разведений

Разведения делают в стерильной водопроводной воде. Готовят определенный объем этого раствора и стерилизуют при 1 атм. В ходе одного опыта пользуются постоянным коэффициентом разведения, т.к. в этом случае уменьшается вероятность ошибки. Чаще всего делают десятичные разведения. Для этого берут пробирку с 10 см3 стерильного раствора и переносят стерильной пипеткой 1 см3 исследуемого материала в данную пробирку. Суспензию этого разведения тщательно перемешивают с помощью новой стерильной пипетки, вбирая в пипетку и выпуская из нее полученную смесь несколько раз. Это обеспечивает перемешивание суспензии и уменьшает адсорбцию клеток на стенках пипетки. Затем этой же пипеткой берут 1 см3 полученного разведения и переносят его во вторую пробирку. Таким образом, готовят и последующие разведения. Степень разведения определяется предполагаемым количеством микроорганизмов в образце и соответственно число разведений тем больше, чем больше микроорганизмов в исходном субстрате.

Для приготовления каждого разведения обязательно используют отдельную пипетку. Пренебрежение этим правилом может привести к получению ошибочного результата. Ошибка связана с адсорбцией микроорганизмов на стенках пипетки, в результате чего не все клетки удаляются из пипетки при приготовлении соответствующего разведения. Часть клеток, оставшаяся на стенках пипетки, может затем попасть в одно из последующих разведений, что и явится причиной получения завышенного результата.

2.2.3 Посев на агаризованные среды в чашки Петри

В стерильные чашки Петри наливают расплавленную на кипящей водяной бане агаризованную среду, по 20-30 см3 в каждую. Чашки оставляют на горизонтальной поверхности, пока не остынет агар. Для посева отбирают чашки, среда в которых осталась стерильной. Когда используют элективные среды или выделяют и учитывают микроорганизмы, требующие повышенной влажности, посев проводят сразу же или вскоре после застывания агара.

Посев делают из определенных разведений в зависимости от предполагаемого количества микроорганизмов в исследуемом субстрате. Стерильной пипеткой наносят определенный объем (обычно 0,05; 0,1 или 0,2 см3) соответствующего разведения, предварительно тщательно перемешанного, на поверхность агаровой пластинки в чашки Петри. Этот объем распределяют по поверхности среды стерильным шпателем. Затем этим же шпателем проводят по всей поверхности во второй чашке, куда посевной материале вносили. При выявлении микроорганизмов, количество которых в субстрате относительно не велико, посевной материал распределяют по поверхности среды только в одной чашке.

Из каждого исследуемого разведения делают таким образом 2 - 3 параллельных высева. Для параллельных высевов из одного разведения можно пользоваться одной пипеткой и одним шпателем. Для посевов из разных разведений используют другую стерильную пипетку и другой шпатель. Чашки с засеянными средами помещают в термостат, отрегулированный на определенную температуру, благоприятную для развития выявляемых микроорганизмов.

Подсчет выросших колоний проводят через определенное время после посева, которое зависит от скорости роста выявляемых микроорганизмов на используемой в опыте среде и данной температуре.

Подсчитывают количество колоний, выросших при высеве из определенного разведения на двух (одной) чашки Петри. Результаты параллельных высевов суммируют и определяют среднее число колоний, выросших при высеве из этого разведения. Колонии считают, как правило, не открывая чашки. Для удобства отмечают просчитанную колонию точкой на наружной стороне дна чашки, пользуясь стеклографом или чернилами по стеклу. При большом количестве колоний дно чашки делят на секторы, подсчитывают количество колоний в каждом секторе и результаты суммируют или используют полуавтоматические счетчики.

2.2.4 Изучение морфологии бактерий

Морфологические свойства изучают путем микроскопирования окрашенных мазков, приготовленных из исследуемой колонии. При этом отмечаются формы микробных клеток, характер их расположения, наличие спор, капсул, жгутиков тинкториальная способность (окрашивание по методу Грама), определяют чистоту культуры. Кроме просмотра окрашенных мазков, устанавливают наличие жгутиков путем исследования культур на подвижность в препаратах «висячая» или «раздавленная» капля, а также путем посева культуры на полужидкий мясопептонный агар (подвижные бактерии вызывают помутнение агара, а неподвижные растут по уколу).

Из колоний готовят мазки, затем окрашивают по Граму, Трухильо, проводят окраску жгутиков по Леффлеру.

Техника окраски по Граму заключается в следующем:

- На обезжиренном стекле делают мазки микроорганизмов. Мазки высушивают на воздухе и фиксируют под пламенем горелки;

- Мазки окрашивают в течение 1 мин генцианвиолетом;

- Препарат промывают в слабой струе водопроводной воды в течение 2 с.;

- Окрашивают препарат раствором Люголя в течение 1 мин.;

- Промывают препарат слабой струей водопроводной воды;

- Погружают препарат на 30 секунд в 96 %-ный спирт, взбалтывая последний, после чего препарат подсушивают промокательной бумагой;

- Окрашивают мазки раствором фуксина Пфейффера в течение 30 с.;

- Промывают препарат в слабой струе водопроводной воды до исчезновения окраски в стоке, подсушивают промокательной бумагой и микроскопируют.

Грамположительные бактерии окрашиваются в синий или фиолетовый цвет, а грамотрицательные - в красный.

Окраска по Трухильо заключается в следующем:

- Мазок фиксируют жаром;

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7