Целью данного этапа эксперимента являлось изучение возможности применения микроорганизмов для проведения процесса обезжиривания меховой овчины. Основываясь на результаты скриннингового исследования, были выбраны оптимальное время культивирования (24 часа) и культура 8 в качестве продуцента суммарного продукта жизнедеятельности микроорганизмов.
Для проведения процесса обезжиривания по типовой методике необходимо наличие в рабочей ванне таких компонентов, как формальдегид – 0,5 см3/дм3, карбонат натрия – 1 г/дм3 и ПАВ – 6 г/дм3. Проведение процесса с применением микроорганизмов позволяет полностью исключить формальдегид, и карбонат натрия и ПАВ.
На первом этапе был проведен посев культуры 8 на скошенную синтетическую среду Рана, содержащую нерпичий жир в качестве источника углерода в количестве 10 кл/см3 на 500 см3. Культивирование проводили в колбах Эрленмейера объемом 250 см3 в термостате марки «ТС-80М-2» при температуре (37±0,5)˚С в течение 24 часов. После истечения заданного времени произвели смыв выросших культур со скошенной синтетической среды приготовленной жидкой средой Рана объемом 300 мл. и термостатировали, осуществляя переменное механическое воздействие на встряхивателе «Shaker Type-357», с частотой колебаний 200 об/мин, амплитудой 6 по 2 ч в сутки в течение 24 часов. Через каждые 24 часа приливали по 300 мл. стерильной жидкой синтетической среды Рана и определяли перед внесением среды такие показания как оптическая плотность, рН, КОЕ, суммарный продукт жизнедеятельности микроорганизмов. Результаты представлены в таблице 6.
Таблица 6 – Влияние продолжительности культивирования на свойства бактериальной суспензии
| Показания | Продолжительность культивирования, ч | |||||||||||||||
| 0 | 24 | 48 | 72 | 96 | 120 | 144 | 168 | |||||||||
| рН | 7,92 | 7,84 | 7,78 | 7,62 | 7,60 | 7,60 | 7,57 | 7,60 | ||||||||
| Кислотность, г/дм3 | 1,40 | 1,40 | 1,50 | 1,70 | 1,70 | 1,60 | 1,60 | 1,50 | ||||||||
| Оптическая плотность D5402 | 7,50 | 7,80 | 8,50 | 8,50 | 8,10 | 7,80 | 7,30 | 6,60 | ||||||||
| КОЕ | 2,30×106 | 5,80×106 | 4,30×106 | 1,20×106 | 7,50×106 | 6,40×106 | 8,20×106 | 7,6×106 | ||||||||
| Показания | Продолжительность культивирования, ч | |||||||||||||||
| 0 | 24 | 48 | 72 | 96 | 120 | 144 | 168 | |||||||||
| Сум-ый продукт жизн-ти, г/дм3 | - | 0,03 | 0,03 | 0,01 | 0,04 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | ||||||||
| Объем бактериальной суспензии, дм3 | 0,50 | 0,80 | 1,10 | 1,40 | 1,70 | 2,00 | 2,30 | 2,60 | ||||||||
Для проведения процесса обезжиривания в присутствии микроорганизмов маточный раствор был приготовлен в четырех вариантах: в первом случае концентрированный раствор (100%), в остальных - с разбавлением: во втором случае – 75%, в третьем случае – 50% и в четвертом случае 25% от объема рабочей ванны. Также были отобраны образцы меховой овчины, размером 10×10 см по методу асимметрической бахромы (п.2.2.18). Процесс обезжиривания меховой овчины проводили в течение 45 минут при температуре 40˚С с переменным механическим воздействием на основе бактериальной суспензии без введения СПАВ и формалина.
Для исследования процесса обезжиривания было приготовлено 5 рабочих составов, характеристика которых представлена в таблице 7. В качестве контрольного варианта процесс обезжиривания проводили по типовой методике.
Таблица 7 – Характеристика рабочих ванн
| Состав ванны | Расход бактериальной суспензии от объема рабочей ванны, % |
| Состав1 | 100 |
| Состав2 | 75 |
| Состав3 | 50 |
| Состав 4 | 25 |
| Состав 5 | Типовая методика |
До и после процесса обезжиривания были сняты такие показания, как липолитическая, протеолитическая активности, содержание жировых веществ в кожевой ткани и волосяном покрове и колористические показатели волосяного покрова.
Расчет липолитической и протеолитической активностей состава ванны 1 (100% расход бактериальной суспензии от объема рабочей ванны) проводился аналогично расчетам при изучении толерантности исследуемых культур к факторам внешней среды. Результаты расчета представлены в таблице 8.
Таблица 8 – Показания липолитической и протеолитической активностей до и после проведения процесса обезжиривания
| Показания | До обезжиривания | После обезжиривания |
| Липолитическая активность, ед./гр. | 4,316 | 2,284 |
| Протеолитическая активность, ед./гр. | 2,27 | 1,86 |
Оценку содержания жира в волосе и кожевой ткани проводили на аппарате Зайченко (п.2.2.20) и рассчитывали по формуле (8).
Пример расчета содержания жировых веществ в кожевой ткани до процесса обезжиривания по типовой методике:
m = 112,6616 г.; m1 = 112,5058 г.; m2 = 0,5684 г.
(112,6616-112,5058) ×100%
X1 = = 27,41%
0,5684
Дальнейшие расчеты были проведены аналогичным образом.
Результаты определения содержания несвязанных жировых веществ представлены в таблице 9.
Таблица 9 – Содержание несвязанных жировых веществ в кожевой ткани и в волосяном покрове до и после проведения процесса обезжиривания
| Состав ванны | Топографический участок шкуры | Содержание жировых веществ в кожевой ткани, % | Содержание жировых веществ в волосяном покрове, % | ||
| До обезжиривания | После обезжиривания | До обезжиривания | После обезжиривания | ||
| Состав1 | Вороток | - | 19,35 | - | 9,25 |
| Полы | - | 4,46 | - | 2,64 | |
| Хребет | - | 17,96 | - | 8,21 | |
| Состав2 | Вороток | - | 21,63 | - | 10,18 |
| Полы | - | 4,53 | - | 2,83 | |
| Хребет | - | 19,32 | - | 8,76 | |
| Состав3 | Вороток | - | 22,71 | - | 11,56 |
| Полы | - | 4,67 | - | 3,17 | |
| Хребет | - | 20,27 | - | 10,50 | |
| Состав 4 | Вороток | - | 23,52 | - | 12,32 |
| Полы | - | 4,72 | - | 3,44 | |
| Хребет | - | 22,64 | - | 12,04 | |
| Состав 5 | Вороток | 27,41 | 13,83 | 15,14 | 6,14 |
| Полы | 5,10 | 4,43 | 3,10 | 1,98 | |
| Хребет | 26,41 | 13,79 | 13,17 | 5,79 | |
Результаты, приведенные в таблице 9 показывают, что все составы обладают обезжиривающим действием. При сравнении проведения процесса обезжиривания по предложенной и типовой методике видно, что составы ванн 1-4 обладают меньшим обезжиривающим действием, чем состав рабочей ванны, проведенной по типовой методике. Вероятно, это связано с тем, что в состав ванн 1-4 не входил СПАВ, присутствие которого необходимо для обезжиривания и эмульгирования природного жира, содержащегося в волосе и кожевой ткани.
Диаграммы зависимости содержания жировых веществ в кожевой ткани и волосяном покрове по топографическим участкам от состава ванны представлены на рисунках 8, 9.
Рисунок 8 – Диаграмма зависимости содержания жировых веществ в кожевой ткани по топографическим участкам от состава рабочей ванны
Рисунок 9 - Диаграмма зависимости содержания жировых веществ в волосяном покрове по топографическим участкам от состава рабочей ванны
При сравнении обезжиривающего действия между концентрированным и разбавленным рабочим растворами можно отметить, что проведение процесса в концентрированных бактериальных суспензиях влечет за собой снижение содержания жировых веществ, как в волосе, так и в кожевой ткани. Однако, разница содержания жира в волосе и кожевой ткани после проведения процесса в концентрированных и разбавленных растворах бактериальных суспензий не на много отличается. Таким образом, наиболее целесообразным вариантом проведения обезжиривания меховой овчины в присутствии микроорганизмов является состав ванны 1 (100% расход бактериальной суспензии от объема рабочей ванны).
Типовая и предложенная методики показали снижение содержания жировых веществ в пределах ГОСТ (10-20% для кожевой ткани и 2% для волосяного покрова). По типовой методике после проведения процесса обезжиривания содержание жировых веществ в кожевой ткани уменьшилось в среднем на 46%, в волосяном покрове на 56%, а при использовании состава ванны 1 в отсутствии СПАВ в кожевой ткани уменьшилось количество жировых веществ на 29% и в волосяном покрове на 36%.
Также можно отметить, что полы являются таким топографическим участком, в котором содержится наименьшее количество жировых веществ(5,1% в кожевой ткани и 3,1% в волосяном покрове), а вороток содержит наибольшее количество жировых веществ(27,41% в кожевой ткани и 15,14% в волосяном покрове).
Колористические показатели волосяного покрова определяли на приборе «Пульсар» (п.2.2.18). Результаты исследования представлены в таблице 10.
Таблица 10 – Колористические показатели волосяного покрова до и после процесса обезжиривания
| Состав ванны | Топографический участок шкуры | Белизна, баллы | Желтизна, баллы | ||
| До обезжиривания | После обезжиривания | До обезжиривания | После обезжиривания | ||
| Состав1 | Вороток | 70,40 | 77,96 | 22,71 | 17,56 |
| Полы | 72,59 | 74,11 | 20,34 | 25,22 | |
| Хребет | 70,49 | 69,29 | 26,26 | 28,20 | |
| Состав2 | Вороток | 68,39 | 74,19 | 22,56 | 22,31 |
| Полы | 72,94 | 77,80 | 15,43 | 22,37 | |
| Хребет | 76,53 | 77,21 | 18,50 | 19,87 | |
| Состав3 | Вороток | 78,11 | 75,55 | 17,82 | 18,32 |
| Полы | 71,60 | 71,17 | 22,81 | 26,45 | |
| Хребет | 75,02 | 74,98 | 19,62 | 20,89 | |
| Состав 4 | Вороток | 71,13 | 65,83 | 20,63 | 14,19 |
| Полы | 66,28 | 74,24 | 23,45 | 21,06 | |
| Хребет | 76,93 | 75,16 | 18,75 | 24,16 | |
| Состав 5 | Вороток | 74,83 | 82,00 | 19,38 | 78,84 |
| Полы | 73,91 | 86,45 | 23,64 | 20,49 | |
| Хребет | 72,30 | 83,19 | 17,52 | 16,78 | |
Диаграммы зависимости колористических показателей волосяного покрова до и после процесса обезжиривания по топографическим участкам от состава ванны представлены на рисунках 10, 11.
Рисунок 10 – Диаграмма зависимости белизны до и после процесса обезжиривания по топографическим участкам от состава ванны
Рисунок 11 - Диаграмма зависимости желтизны до и после процесса обезжиривания по топографическим участкам от состава ванны
На рисунках 10 и 11 наглядно видно, что максимальная величина белизны и желтизны после проведения процесса обезжиривания характерны для образцов состава ванны 5 (типовая методика). Вероятно, это связано с тем, что в обезжиривающей ванне присутствовало СПАВ в количестве 8 г/л, которое обладало обезжиривающим и моющим действием. При сравнении рабочих ванн 1-4, содержащих только бактериальную суспензию без СПАВ можно сказать, что максимальная величина белизны наблюдалась у образцов после процесса обезжиривания в рабочей ванне 1 (100% расход бактериальной суспензии от объема рабочей ванны), а минимальная величина белизны у образцов после обезжиривания в ванне 4. Максимальная величина желтизны характерна для ванны 3 с 50% расходом бактериальной суспензии от объема рабочей ванны.
После проведения процесса обезжиривания были определены характеристики вод, образовавшихся в результате проведения процесса. К таким параметрам относятся концентрация взвешенных веществ (п.2.2.16), активная реакция среды, химическое потребление кислорода (ХПК) (п.2.2.17), кислотность, мутность и суммарный продукт жизнедеятельности микроорганизмов.
Определение концентрации взвешенных веществ рассчитывается по формуле (5).
Пример расчета содержания взвешенных веществ для состава ванны 1:
m 1 = 14,4178 г; m 2 = 14,3938 г; V = 50 см3
(14,4178-14,3938) ×1000 × 1000
X1 = = 480 мг/дм3
50
Дальнейшие расчеты проводили аналогичным образом.
Определение химического потребления кислорода (ХПК) рассчитывается по формуле (6).
Пример расчета ХПК для состава ванны 1:
V1 = 0,4 см3; V2 = 0,3 см3; k = 0,82; V = 1 см3.
(0, 4-0,3) ×0,82×0,25×8×1000×50
ХПК = 1 = 8200 мгО2/дм3
Дальнейшие расчеты проводили аналогичным образом. Результаты расчета представлены в таблице 11 и на рисунках 12, 13.
Таблица 11 – Характеристика сточных вод после проведения процесса
| Состав ванны | Содержание взвешенных веществ, мг/дм3 | рН | ХПК мгО2/дм3 | Кислотность, г/дм3 | Оптическая плотность D5402 | Сум-ый продукт жизн-ти, г/дм3 |
| Состав1 | 480 | 7,61 | 8200 | 1,20 | 1,20 | 0,04 |
| Состав2 | 440 | 7,55 | 6560 | 0,84 | 1,20 | 0,03 |
| Состав3 | 380 | 7,55 | 5740 | 0,60 | 2,20 | 0,04 |
| Состав 4 | 350 | 7,57 | 4100 | 0,30 | 5,70 | 0,04 |
| Состав 5 | 616 | 7,55 | 13120 | 0,60 | 40,00 | - |
Рисунок 12 – Динамика изменения содержания взвешенных веществ
Рисунок 13 - Динамика изменения содержания химического потребления кислорода
Анализируя данные, представленные в таблице 11 и на рисунках 12, 13 можно отметить, что пробы сточной воды ванн 1(100% расход бактериальной суспензии от объема рабочей ванны) и 5 (типовая методика) характеризуются максимальным содержанием взвешенных веществ 480 мг/дм3 и 616 мг/дм3 соответственно и максимальным химическим потреблением кислорода 8200 мгО2/дм3 и 13120 мгО2/дм3 соответственно. При рассмотрении динамики изменения содержания взвешенных веществ и химического потребления кислорода у проб сточной воды ванн 1-4, содержащих бактериальную суспензию с разными концентрациями видно, что происходит уменьшение данных показателей с уменьшением концентрации бактериальной суспензии. Снижение показаний ХПК связано с микробной деструкцией органических веществ в исследуемых сточных водах, а увеличение содержания взвешенных веществ в пробах сточной воды указывает на максимальное удаление минеральных примесей.
Следует отметить, что сточные воды в составах 1-4 характеризуются отсутствием СПАВ и такого контаминанта, как формальдегид, наличие которого в сточных водах крайне нежелательно. Наиболее оптимальным вариантом проведения процесса обезжиривания меховой овчины с применением микроорганизмов является состав 1 с расходом бактериальной суспензии 100% от объема рабочей ванны.
В результате проведенной работы была разработана схема биотехнологического обезжиривания консорциумом микробных продуцентов, представленная на рисунке 14.
|
Рисунок 14 - Схема биотехнологического обезжиривания
Дата: 2019-07-30, просмотров: 253.
