Verwertung keratin-haltiger Nebenprodukte aus Gerbprozessen

Ausgangssituation

Während der Herstellung von Leder entstehen in den Gerbereien erhebliche Mengen an flüssigen und festen Neben­produkten. Der Schritt des Äschers spielt dabei eine zentrale Rolle. Hier werden unter anderem die Haare von der eingesetzten Rohhaut entfernt. In Abhängig­keit des gewählten Äscher­verfahrens fällt das Haar­material entweder als hoch­viskoser Haar­schlamm oder in Form verfilzter Haar­bällchen an. Beide Neben­produkte werden bislang von den Gerbereien zusammen mit anderen Prozess­rest­stoffen kosten­pflichtig kompostiert oder auf Deponien entsorgt. Eine geeignete Verwendung der anfallenden Haare als Rohstoff für andere Produkte ist somit aus ökonomischer Sicht sowie aus Umwelt­schutz­gründen sinnvoll und wichtig.

Projektziel

Ziel des Projekts war die Verwer­tung von in Gerbereien anfallendem bovinem Haar­material zu Keratin­lösungen und Keratin­partikeln für die Anwendung als Additiv in kosmetischen Produkten. Zu diesem Zweck sollten chemische und mechanische Verfahren etabliert und durch eine kontrollierte Prozess­führung Keratin­derivate mit unter­schied­lichen Eigen­schaften herge­stellt werden. Neben den technolo­gischen Arbeiten umfasste das Projekt die analytische Charakteri­sierung der erzeugten Keratin­derivate.

Lösungsweg

Zur Gewinnung von geeignetem Ausgangs­material wurden Rinder­häute beschafft und im haus­eigenen Gerberei­technikum mittels eines oxidativ-enzymatischen Äscher­verfahrens enthaart. Das anfallende Haar­material wurde mittels Filtration abgetrennt, im Anschluss gewaschen, entfettet und für die weitere Aufbereitung getrocknet. Zusätzlich wurden von den Häuten unbehandelte bovine Haare als Referenz­material gewonnen.

Die unbehandelten und geäscherten bovinen Haare wurden verschie­denen Solubilisierungs­verfahren unter­zogen, um auf diese Weise lösliche Keratin­hydrolysate zu erzeugen. Dabei erfolge eine Variation der Agens­konzentration, der Versuchs­dauer sowie der Prozess­temperatur. Die gewonnenen Lösungen wurden aufkonzentriert und hinsichtlich ihres Molekular­gewichts, ihrer Amino­säure­zusammen­setzung sowie des Gehalts an freien Thiol­gruppen charakteri­siert. Zur Gewinnung von Keratin­partikeln wurden die bovinen Haare mit Hilfe einer Schneid­mühle, einer Kugel­mühle sowie einer Kryo-Prallstrahl­mühle vermahlen. In der Schneid­mühle kamen Sieb­einsätze mit unter­schied­lichen Maschen­weiten zum Einsatz. Die Kugel­mühle wurde für die Versuche zum einen bei Raum­temperatur betrieben. Zum anderen wurden die Mühlen­behälter zusammen mit dem Mahlgut vor dem Mahlen bei -80 °C temperiert. Es wurden mehrere Mahl­gänge durch­geführt. Für das Mahlen mit der Kryo-Prallstrahl­mühle wurde das Mahlgut im Vorfeld mit flüssigem Stickstoff behandelt. Die erhaltenen Keratin­partikel wurden hinsicht­lich ihrer Korn­größe, ihrer Amino­säure­zusammen­setzung sowie Quellung und Löslich­keit analysiert.

Ergebnisse

Aus unbehandelten sowie chemisch vor­behan­delten bovinen Haaren konnten mittels verschie­dener Verfahren Keratin­derivate mit unter­schied­lichen Eigen­schaften erzeugt werden. Die Ausbeuten an löslichem Keratin lagen bei bis zu 98 % bezogen auf die eingesetzte Haar­menge. Die Lösungen unter­schieden sich hinsicht­lich ihrer Amino­säure­zusammen­setzung sowie ihrer Molekular­gewichts­verteilung (Abb. 1). Zur Gewinnung von Keratin­partikeln erwies sich vor allem das Kalt­mahlen als gut geeignet. Es wurden sehr feine Pulver mit einer Korn­größe im Bereich zwischen 3 mm und 30 µm erhalten (Abb. 2 und 3). Alle Versuche wurden sowohl im Labor- als auch im Technikums­maß­stab durch­geführt. Die erzeugten Keratin­derivate sind aufgrund ihrer unter­schied­lichen Eigen­schaften für verschiedene Applikationen einsetzbar.

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Danksagung

Das Forschungs­vorhaben „Verwertung keratin-haltiger Nebenprodukte aus Gerbprozessen“, Reg.-Nr.: 49MF180013 wurde anteilig vom Bundes­ministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundes­tages inner­halb des Förder­programms „FuE-Förderung gemein­nütziger externer Industrie­forschungs­einrichtungen – Innovations­kompetenz (INNO-KOM) – Modul Markt­orientierte Forschung und Entwick­lung (MF)“ über den Projekt­träger EuroNorm GmbH gefördert. Wir bedanken uns für die gewährte Unter­stützung.