мех. Кптлпклми п д вс кожн нли меха значительная часть исходного сырья переходит в отхол
 Скачать 0.66 Mb.
|
|
1ШКДГ.Ш1Г. кптлпклми п Д ВС кожн нли меха значительная часть исходного сырья переходит в отхол», Р онимаются остатки шкуры, полуфабриката или кожи, образующиеся а процесс*'^ ращения исходного сырья в готовую продукцию, утратившие частично потребительские 11 тва, т.е. химические или физические свойства, конфигурацию и т.п. _____ При производстве кож для верха обуви отходы составляют 59,4% от массы сырья. Из них мездры приходится 12,6%; краевых участков шкуры - 4,5; гольевой спилковой обрези«. л • А т л л А пп у * /, долю хромовой стружки - 16,9; обрези и лоскута готовых кож - 4,4; сала-сырца - 2,8% При производстве кож для низа обуви отходы составляют 38,4% от массы сырья. Из них долю мездры приходится 15,1%; краевых участков - 7,1; гольевой обрези - 6,2; обрези и лоску? готовых кож - 3,7%. Основными отходами меховых фабрик являются шерсть, мездра и лоскут. Волос, щетина, шерсть получаются при переработке сырья на различные виды кож для верх* и низа обуви, галантереи и др. Качество и количество волоса зависят от происхождения, породы вида и способа содержания животных, а также от времени убоя. Мездра и подкожный жир получаются при мездрении кожи перед отмокой или после нес. Жир образуется в кожевенном и меховом производстве при обработке кожи, содержащей в сетчатом слое значительное количество натурального жира. Прежде всего это свиные шкуры, со- держащие до 45% жира, и овчина до - 35% жира. Полученная после первого мездрения мездра загрязнена и содержит много остатков мяса, сухожилий и слизи. Из нее обычно вываривается жир, а остатки перерабатываются на удобрение. Мездра также получается при обработке голья после золения и обезволашивания шкур, в зависимости от способа обработки различают мездру машинную, ручную и спилковую. Наиболь- шее количество мездры образуется при машинном мездрении. В зависимости от вида продукта получается 20-30% мездры от парной массы обработанного сырья. Мездра в основном содержит соединительную ткань бахтармяной стороны кожи. С точки зрения дальнейшей переработки, та- кая мездра наименее ценна. Более ценной является мездра ручная или спилковая, которая получа- ется при обрезке голья и двоении и содержит обрезанные края кожи, куски плотного и тонкого спилка. Этих видов мездры образуется 5-10% в расчете на парную массу шкур и обеспечивается выход 14-17% клея с высокой вязкостью или желатина и около 1% жира. Из некоторых видов шкур получают жир специального применения, например, овечий лано- лин, жир, получаемый при переработке мездры и костей в клееварочных цехах. Например, при переработке мездры получают 3,0-3,5% жира. Лоскут меховой образуется при обрывах шкур в процессе механических операций, а также при обрезке краев шкуры. В процессе гидролитич '■го разложения гольевого вещества остается волос, который практически не разрушен. Если » волос не был очень коротко острижен, он является ценным сырьем для дальнейшей перерабо.ки. Приведенные данные свидетельствуют о том, что основными отходами при производстве кожи являются мездра и хромовая стружка, а в производстве меха - шерсть и мездра. Недубленые отходы производства - мездра, гольевая обрезь - используются при получении клея и желатина, представляющие собой продукты частичного термического гидролиза коллагена. Превращение коллагена в клей и желатин является сложным и многоступенчатым процес- сом, в основе которого лежит расщепление различных химических связей. Между соседними макромолекулами коллагена одной фибриллы могут существовать попе- речные межмолекулярные связи, устойчивые к действию разбавленных кислот и щелочей, но раз- рушаемые при длительном воздействии концентрированных щелочей, а также некоторых фермен- тов. В одной макромолекуле коллагена между двумя полипептидными цепями существуют внутримолекулярные поперечные связи, разрушаемые при действии концентрированных щелочей и кислот, а также ферментов. При разрушении внутримолекулярных связей снижается стабильность макромолекул коллагена. В структуре макромолекул коллагена существует третий тип связей - внутримолекулярные продольные связи. Они могут возникать между водородом боковых аминогрупп и кислородом карбоксильных групп двух соседних витков одной спирали полипептидных цепей коллагена. Разрушение этих связей происходит при повышенной температуре. Межмолекулярные поперечные связи подразделяются на кислотно- и щелочнолабильные После разрушения щелочнолабильных связей, например, при длительном золении в растворе гид роксида кальция или обработке в щелочно-солевом растворе, коллаген дермы может растворятьс: в кислой среде при комнатной температуре. Если разрушены только щелочнолабильные связи, то растворение коллагена дермы ] нейтральной среде возможно только при повышенной температуре. Причем повышение темпера туры приводит не только к разрушению спиральной конформации полипептидных цепей, но и и; гидролизу. Таким образом, получение желатина и клея основано на химическом разрушении значи тельной части межмолекулярных поперечных связей и последующем термическом гидролизе кол лагена. При значительном разрушении межмолекулярных поперечных связей и умеренной темпе ратуре гидролиза (в пределах 50-55°С) образуется желатин с высокой молекулярной массой. ПрЕ повышении температуры гидролиза молекулярная масса желатина уменьшается вследствие разрыва пептидных связей. При этом желатин превращается сначала в клей, а затем в белковый гидролизат, состоящий из коротких полипептидов, включающих 4-6 аминокислот и молекулярной массой 600-800 единиц. Как видно, твердые отходы, образующиеся в результате переработки кожевенно-меховогс сырья, различны по своей химической природе и представляют собой ценные вторичные продукты, содержащие коллаген, жировые вещества и т.д. Поступление их в окружающую среду может вызвать не только загрязнение ее химическими веществами, используемыми в процессах переработки кожевенно-мехового сырья, но и патогенными организмами, в результате гниения органосодержащих контаминантов. С целью минимизации негативного воздействия на окружающую среду необходимо вовлекать их в повторный ресурсный цикл, что позволит получать вторичные продукты высокого качества широкого спектра применения. В учебном пособии рассматриваются не только методы переработки коллагенсодержащих отходов, но и источники их образования на примере предприятий кожевенно-меховой отрасли. В процессе выполнения лабораторных работ обучающиеся знакомятся как с технологиями получения вторичных продуктов из отходов, образующихся в процессе переработки кожевенно-мехового сырья/полуфабриката, так и с методами оценки их физико-химических свойств, расчета требуемых концентраций. Поэтому целью данного пособия является знакомство студентов с основными методами рециклизации коллагенсодержащих отходов и оценки коллоидно-химических свойств вторичных продуктов, полученных из них. Для сознательного выполнения экспериментальной работы в помощь студентам представле ны теоретические положения. Для проверки остаточных знаний в конце каждой лабораторно работы обучающимся предлагаются вопросы для самоконтроля. Каждая лабораторная работа рассчитана на 2-4 ч. Индивидуальное задание дол:. 1ть в? дано за неделю до проведения занятий. Студенту следует ознакомиться с методикой ь .юлнен лабораторной работы и ее оформлением (название работы, цель, задачи, последовательность е полнения). По полученным результатам заполняются таблицы, представляются графики, дае анализ экспериментальных данных и вывод по работе. По завершении выполнения работы об) ющийся представляет результаты преподавателю и защищает их. 1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ХАРАКТЕРИСТИКА КОЛЛАГЕНСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ, СПОСОБЫ ИХ УТИЛИЗАЦИИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ Коллаген - фибриллярный белок, который является фундаментальным белком в организ любого животного и находится практически во всех видах тканей наравне с эластином и кератГ ном и составляет основу соединительной ткани. Его общее содержание колеблется от 25 до 35% от количества всех белков в теле. Известно, что в наземных и морских животных около одной трети общего количества азоти- стых веществ приходится на долю коллагеновых соединений. Термин «коллаген» происходит от греческих слов «колла» - клей и «генау» - рождаю. Это понятие связывают с широко распространенной группой белков, встречающихся только в животном мире. Из коллагена образованы волокна соединительной ткани. Основными признаками коллагена являются его сопротивление изменению длины в физиологических условиях, химическая инертность, особый аминокислотный состав, способность растворяться и переходить в желатин или клей при нагревании в воде. Коллаген всегда сосредоточивается в соединительных тканях морских и наземных животных - в коже, костях, плавниках, шкуре, сухожилиях и в других частях и органах животных организмов. Известны важнейшие виды соединительной ткани: упругая ткань (сухожилия), плотно переплетенная ткань (кожный покров), хрящевая ткань (трахея), костная ткань (дентин, кости), хордовые опорные ткани (кишки), ретикулярная соединительная ткань (нервы, капилляры) [1]. Коллагенсодержащее сырье представляет собой в основном соединительную ткань, состоящую из клеток, межклеточного вещества и волокон коллагенового характера; кроме этого она содержит незначительное количество эластиновых и ретикулиновых волокон, а также проходящие кровеносные сосуды. Соединительная ткань обеспечивает прочность внешних и внутренних структур животного организма, она богата ценными минеральными веществами, содержит в достаточном количестве аминокислоты, физиологически активные вещества. Наиболее распространенным является деление коллагенсодержащего сырья на две большие группы: мягкое сырье - кожа, сухожилия; костное сырье - все виды костей. Одним из основных источников образования коллагенсодержащих отходов является кожевенно-меховое производство. Спецификой кожевенного производства является образование значительного (30-50% от массы сырья) количества коллагенсодержащих отходов. Так, например, при выработке кожи из яловки в кожу переходит только 49,3% белков парной шкуры. Значительная часть отходов кожевенного производства еще не нашли применения и вывозятся в отвалы, что помимо материальных потерь ведет к загрязнению окружающей среды. Наибольшую опасность для природы представляют дубленые отходы (стружка, обрезь, пыль), биологическое разлог- ле которых затруднено из-за присутствия в них дубящих соединений хрома [2]. Непереработанные коллагенсодержащие отходы обладают способностью сорбировать клетки микроорганизмов и могут стать источником различных вирусов, а складирование их на территории предприятий приводит к массированному загрязнению почвы и миграции загрязняющих веществ в грунтовые воды и/или к смыву их поверхностным стоком в открытые водоемы. 1.1 Общая характеристика молекулярной и фибриллярной структур коллагена Коллаген один из наиболее распространенных белков животного мира. Он составляет 60- 80% сухой массы дермы организма млекопитающих. Основу элементной структуры коллагена ^составляет: азот, углерод, кислород, водород и сера. Они соединены химическими связями в множество аминокислотных остатков, связанных между собой. По исследовательским данным количество аминокислот, составляющих фибриллярный белок коллагена, насчитывается порядка 18, а характерным для него является оксипролин, который не встречается в других белках. В таблице 1 показан элементарный состав коллагена [3]. Исходя из данных таблицы 1, можно сделать вывод о том, что высокое содержание углерода в коллагене указывает на скелетообразную форму молекул, присущую полипептидной цепи белков, а наличие азота указывает на большое количество пептидных связей.
Коллаген является основным компонентом соединительной ткани и составляет 25-33% от общего количества белка у млекопитающих, он находится почти в каждой ткани и органе. Коллаген во многом определяет важнейшие физиологические функции соединительной ткани: механическую, трофическую, защитную и пластическую [4]. Коллаген состоит из макромолекулярных частиц, называемых тропоколлагенновыми и представляющих собой агрегаты из трех спирально левозакрученных полипептидных цепей — суперспиралей (рис. 1). Длина тропоколлагеновой частицы 280 нм, диаметр 1,4 нм, молекулярная масса 300000 дальтон. По направлению закрутки все три спирали относятся к а-типу. Каждая по- липептидная цепь, входящая в состав тропоколлагена, состоит из 1000-1040 аминокислотных остатков [5, 6]. I Яиргимчтц К^пежтсжгпад Огаюоощг Сщюмшпш Рисунок 1 - Строение макромолекул проколлагена и тропоколлагена |