ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ГИДРОЛИЗА ПУХО-ПЕРОВОГО СЫРЬЯ ОТ КОНЦЕНТРАЦИИ NaOH Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 502.4

ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ГИДРОЛИЗА ПУХО-ПЕРОВОГО СЫРЬЯ ОТ КОНЦЕНТРАЦИИ NaOH

©2024 А. С. Хлопова1, Е. Н. Розанова2

1 студентка 3 курса направления подготовки Химическая технология

e-mail: xlopovaa @ inbox. ru 2кандидат химических наук, доцент кафедры химии e-mail: rozanova.lena2012 @yandex.ru

Курский государственный университет

Гидролиз пухо-перового сырья в присутствии гидроксида натрия чаще всего приводит к получению гидролизатов, содержащих преимущественно аминокислоты. Для использования гидролизатов пухо-перового сырья в качестве основы для приготовления пенообразователей и стимуляторов роста растений необходимо, чтобы в их составе присутствовали в основном белковые компоненты. В данном случае важное значение имеет концентрация щелочного реагента в гидролизующем растворе. Рассмотрено влияние содержания гидроксида натрия в гидролизующем растворе на процесс гидролиза пухо-перового сырья.

Ключевые слова: пухо-перовое сырье, гидролиз, гидроксид натрия, белковый гидролизат.

STUDY OF THE DEPENDENCE OF THE DURATION OF HYDROLYSIS FLUFF AND FEATHER RAW MATERIALS FROM NaOH CONCENTRATION

©2024 A. S. Khlopova1, E. N. Rozanova2

1Student of the 3rd year of the Chemical technology training course e-mail: [email protected] 2 Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor of the Department

of Chemistry, e-mail: rozanova.lena2012 @yandex.ru

Kursk State University

The hydrolysis of fluff and feather raw materials in the presence of sodium hydroxide most often leads to the production of hydrolysates containing mainly amino acids. For the use of hydrolysates of fluff and feather raw materials as a basis for the preparation of foaming agents and plant growth stimulants, it is necessary that mainly protein components are present in their composition. In this case, the concentration of the alkaline reagent in the hydrolyzing solution is important. The effect of the sodium hydroxide content in the hydrolyzing solution on the hydrolysis of fluff raw materials is considered.

Keywords: fluff and feather raw materials, hydrolysis, sodium hydroxide, protein hydrolysate.

Особенностью переработки продуктов животноводства является то, что в ходе получения основной товарной продукции до 50% исходного сырья на разных этапах

технологического процесса становится отходами и побочными продуктами в виде шерсти, пуха, волоса и щетины крупного рогатого скота. Это в значительной степени относится в том числе и к белоксодержащим отходам, образующимся в птицеводстве [1].

Такая ситуация создает серьезные экологические проблемы, и решение заключается в эффективной утилизации отходов посредством вторичной переработки, максимально извлекающей наиболее ценные компоненты, и использовании по целевому назначению. Ценным структурным компонентом вышеперечисленных отходов является фибриллярный белок кератин. Несмотря на их ценные свойства, кератиновые отходы довольно сложно утилизировать [2].

На данный момент существует множество термических и химических методов для разложения и последующего использования кератинсодержащего сырья, например, кислотный, щелочной, ферментативный, гидротермический гидролиз, а также их комбинации. Выбор конкретного метода зависит от различных факторов, включая структуру белковой молекулы.

Настоящая работа посвящена процессу гидролиза пухо-перового сырья (ППС) в присутствии гидроксида натрия. Данный процесс сводится к разрушению третичной структуры кератина и дисульфидных связей [3]. Степень гидролиза пухо-перового сырья в щелочной среде зависит от концентрации щелочи, времени обработки и температуры.

Перед проведением гидролиза мы предварительно готовили ряд растворов МаОИ следующих концентраций: 0,1н., 0,08н., 0,07н., 0,06н., 0,05н., 0,5н., 1н., 1,5н., 2н., 2,6н. В каждый стакан помещали по 1 грамму предварительно измельчённого пухо-перового сырья (гусиные пух и перо), затем добавляли по 10 мл щелочи МаОИ различной концентрации. Далее пухо-перовое сырье подвергали предварительному набуханию в течение 24 ч при комнатной температуре. По окончании стадии набухания было зафиксировано частичное растворение ППС в составах с использованием 2,0 н. и 2,6 н. раствора МаОИ. Характеристика компонентного состава для некоторых гидролизующих растворов приведена в таблице 1.

Таблица 1

Компонентный состав при проведении гидролиза 1ШС_

№ состава Соотношение Масса в загрузке Концентрация NaOH,

mNa0H:mnnc.:mH20 NaOH, г ППС, г H2O, г моль-экв/л

1 0,2:1:19,8 0,2 1 19,8 0,5

2 0,4:1:19,6 0,4 1 19,6 1,0

3 0,6:1:19,4 0,6 1 19,4 1,5

4 0,8:1:19,2 0,8 1 19,2 2,0

5 1,0:1,0:19 1,0 1 19,0 2,6

Гидролиз проводили на водяной бане при температуре 75-80°С при перемешивании, добиваясь максимальной полноты растворения. Время практически полного растворения пухо-перового сырья принималось как время полного гидролиза. Результаты представлены на рисунке 1.

Хлопова А. СРозанова Е. Н. Изучение зависимости длительности гидролиза пухо - перового сырья от концентрации КаОИ

Рис. 1. Зависимость длительности гидролиза ППС от концентрации №ОИ в гидролизующем растворе

Спустя 12 мин. после начала гидролиза произошло растворение ППС в гидролизующем растворе с концентрацией МаОИ 2,6н., затем через 13 мин. - 2,0 н., спустя 17 мин. - 1,5н., через 34 мин. - 1,0 н. После 5 ч. 25 мин. гидролиза с концентрацией щелочи 0,5 н. произошло суспендирование ППС. Однако после 69 ч. 30 мин. в стаканах, в которых содержится щёлочь с концентрацией 0,08 н., 0,07 н., 0,06 н. и 0,05 н., произошло только набухание ППС, при концентрации МаОИ 0,1 н. спустя данное время произошло частичное растворение пухо-перового сырья. Анализируя рисунок 1, можно сделать вывод, что в условиях эксперимента увеличением концентрации щелочи от 0,5н. до 2,6н. в гидролизующем растворе время гидролиза уменьшается от 5 ч. 25 мин. до 12 мин. по зависимости, асимптотически приближающейся к оси абсцисс.

Для полученных гидролизатов были проведены качественные реакции: биуретовая, нингидриновая и цистеиновая, по их результатам можно сделать вывод, что в полученных гидролизатах составов 1-5 содержатся пептиды, белковые компоненты и остатки аминокислот, содержащих серу, а точнее, цистеин, цистин и метионин.

Для дальнейшей оценки оптимальной концентрации гидроксида натрия в гидролизующем растворе была рассчитана скорость гидролиза ППС, результаты расчета представлены в таблице 2.

Таблица 2

Скорость гидролиза пухо-перового сырья_

Номер Концентрация №ОИ в гидролизующем Время гидролиза ППС, Скорость гидролиза,

состава растворе, Н мин. г/мин.

1 2,6 12 0,0830

2 2,0 13 0,0770

3 1,5 17 0,0590

4 1,0 34 0,0300

5 0,5 325 0,0031

6 0,1 4170 0,0002

По результатам расчета была построена зависимость скорости гидролиза от концентрации МаОН (рис. 2). 0,090 0,080 | 0,070 ^ 0,060 « 0,050 * 0,040 § 0,030 5 0,020 > 0,010 0,000

0,0

Концентрация МаОН, н

Рис. 2. Зависимость скорости гидролиза ППС от концентрации щёлочи в гидролизующем растворе

Анализируя рисунок 2, можно сделать вывод, что при повышении содержания щелочи в гидролизующем растворе скорость гидролиза будет увеличиваться не по прямо пропорциональной зависимости. Наиболее оптимальны концентрации гидроксида натрия в гидролизующем растворе от 0,5н. до 0,75н. при получении гидролизатов, содержащих в своем составе больше белоксодержащих компонентов -продуктов гидролиза ППС.

В результате проведенного исследования были приготовлены гидролизаты ППС, проведены качественные реакции для оценки их состава, построены графические зависимости времени гидролиза пухо-перового сырья от концентрации МаОИ и скорости гидролиза ППС от концентрации щелочи в гидролизующем растворе. Также в ходе работы сделано заключение о том, что в условиях эксперимента при гидролизе пухо-перового сырья с использованием гидроксида натрия оптимальное время и скорость полного гидролиза соответствуют растворам гидроксида натрия в интервале концентраций от 0,5н. до 0,75н.

Результаты проведенного эксперимента могут быть использованы при решении проблемы переработки вторичного сырья животного происхождения.

Библиографический список

1. Бортников, С. В. Получение растворимой модификации кератина из белоксодержащих отходов животноводства / С. В. Бортников, Г. А. Горенкова // Успехи современного естествознания. - 2018. - № 4. - С. 17-18.

2. Белокурова, Е. В. Выбор носителя для проведения иммобилизации коллоидных структур микроэлементов на его поверхности / Е. В. Белокурова, М. А. Саргсян // Наука и образование. - 2022. - № 2.

3. Якубович, М. И. Подбор условий выделения кератина из перьев птиц щелочном гидролизе / М. И. Якубович, А. А. Красноштанова // Успехи в химии и химической технологии. - 2022. - №12. - С. 261.