INVESTIGATION OF KERATIN PRODUCTION METHODS FROM WASTE WOOLS

Year 2021, Volume: 4 Issue: 1, 1 - 11, 31.07.2021

Meliha Oktav Bulut , Hasan Sinan İbrahim Üçgül , Kadri Akçalı

Abstract

Global warming and climate change are the leading environmental problems that threaten the world and therefore humanity. Agriculture, forestry, clean water resources, air quality, biodiversity and its negative effects on human health have become an undeniable threat to the future of humanity in recent years. After the epidemic, environmental scientists and researchers have concentrated their studies on the substitution of alternative 'green' products in raw materials, synthetic origin chemicals and auxiliary substances used in all sectors. In this study, hydrolysate samples obtained from waste wool by using three different methods were examined. These methods are the classical alkaline method, the reduction method with sodium sulfur as a classical reducing agent and the reduction method using green chemical glucose instead of sodium sulfur. The samples obtained were compared on the basis of weight loss determination, FT-IR analysis and SEM images. According to the FT-IR analysis results, it was determined that the most effective method in obtaining wool hydrolysate was reduction with sodium sulfur, followed by the use of glucose-based reducing agents. These results are supported by the weight loss of the samples and SEM analysis. Less fiber damage and weight loss occur with the use of glucose-based substances instead of sodium sulfur. According to the results of the experiments, it was concluded that glucose-based environmental chemical substance can be used easily instead of sodium sulfur used as the classical reducing agent in keratin production, which is not only very important for sector employees and consumer health but also a good example in terms of protection of natural resources, reduction of wastes and production compatible with nature for the textile and chemical industries that are two of the most polluting sectors. With the production of keratin from waste wool which causes global warming with its releasing methane gas during storage, low-cost, biocompatible and bio-cycle sustainable material source which is used in agricultural textiles, bio-material, protective clothes, geotextiles, smart materials, medical textiles and insulation materials is achieved. To solve the problem of global climate change which has multi-dimensional and destructive impact depends on the dissemination of environmental awareness, solidarity and cooperation all over the world. Hence, cleaner production is essential in all sectors.

Keywords

Wool, Keratin Production, Reduction Method, Sustainability

ATIL YÜNLERDEN KERATİN ELDE ETME YÖNTEMLERİNİN ARAŞTIRILMASI

Abstract

Küresel ısınma ve iklim değişikliği dünyayı ve dolayısıyla insanlığı tehdit eden çevre sorunlarının başında gelmektedir. Tarım, orman, temiz su kaynakları, hava kalitesi, biyoçeşitlilik ve insan sağlığı üzerindeki olumsuz etkileri ile son yıllarda insanlığın geleceğinin yadsınamaz tehdidi olmuştur. Çevre bilimciler ve araştırmacılar, yaşanan salgınla birlikte tüm sektörlerde kullanılan hammadde, sentetik kökenli kimyasal ve yardımcı maddeler yerine alternatif ‘yeşil’ ürünlerin ikamesi üzerine çalışmalarını yoğunlaştırmışlardır. Bu çalışmada atıl yünden üç farklı yönteme göre elde edilen hidrolizat numuneleri incelenmiştir. Bu yöntemler klasik alkali yöntem, klasik indirgen madde sodyum sülfür ile yapılan indirgeme yöntemi ve sodyum sülfür yerine yeşil kimyasal glikoz kullanımı ile yapılan indirgemedir. Elde edilen numuneler katı madde tayini, FT-IR analizi ve SEM görüntüleri esas alınarak karşılaştırılmıştır. FT-IR analizi sonuçlarına göre yün hidrolizatı edesinde en etkili yöntem sodyum sülfür ile indirgeme işlemi iken, sonrasında glikoz esaslı indirgen madde kullanımının geldiği saptanmıştır. Alkali işlemin en ılıman yöntem olduğu tespit edilmiştir. Bu sonuçları numunelerin katı madde miktarı ve SEM analizleri desteklemektedir. Sodyum sülfür yerine glikoz esaslı madde kullanımıyla daha az lif zararı ve ağırlık kaybı oluşmaktadır. Deney sonuçlarına göre keratin eldesinde klasik indirgen olarak kullanılan sodyum sülfür yerine glikoz esaslı çevreci kimyasal maddenin rahatlıkla kullanılabileceği sonucuna varılmıştır. Bu hem sektör çalışanları hem de tüketici sağlığı açısından çok önemli olduğu gibi doğal kaynakların korunması, atıkların azaltılması ile doğa ile uyumlu bir üretim gerçekleştirilmesi açısından çevreyi en fazla kirleten sektörlerin başında gelen tekstil sektörü için iyi bir örnektir. Çalışmada Atıl durumdaki yün kullanılmıştır. Depolama sırasında çıkardığı metan gazıyla küresel ısınmaya yol açabilen yünün keratin eldesi ile ekonomiye kazandırarak biyomateryal, tarım tekstilleri, koruyucu giysiler, jeotekstiller, akıllı materyaller, tıbbi tekstiller ve yalıtım sistemleri gibi teknik uygulamalarda kullanılabilen düşük maliyetli ve biyouyumlu ve biyoçevrimli, sürdürülebilir materyal kaynağı üretimi gerçekleştirilmiştir. Çok boyutlu ve yıkıcı etkileme gücüne sahip küresel iklim değişikliğinin sorunun çözümü dünya genelinde çevre bilincinin yaygınlaştırılması, dayanışma ve işbirliğine bağlıdır. Bunun için de tüm sektörlerde temiz üretim esastır. Bunun için de tüm sektörlerde temiz üretim esastır.

Keywords

Yün, Keratin eldesi, İndirgeme Yöntemi, Sürdürülebilirlik

References

• 1. Akçalı, K. & Oktav Bulut, M. (2012). Plazma Teknolojilerinin Yün Elyafı Üzerine Etkileri Üzerine Bir İnceleme. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 2(1), 65 – 72.
• 2. Blackburn, R.S. & Harvey A. (2004). Green chemistry methods in sulphur dyeing .application of various reducing D-sugars and analysis of the importance optimum redox potential. Environmental Science and Technology, 38, 4034 – 4039.
• 3. Cardamone, J. M. (2010). Investigating the Microstructure of Keratin Extracted From Wool: Peptide Sequence (MALDI-TOF=TOF) and Protein Conformation (FT-IR). Journal of Molecular Structure,969(1-3), 97 – 105.
• 4. Çelik, K. (2018). Kükürt Boyamada Ekolojik İndirgen Maddelerin İncelenmesi. (Master's thesis, Süleyman Demirel Üniversitesi).
• 5. Duran, K., Akça, C. & Bahtiyar, İ. (2008). Yün lifinin yeni kullanım olanakları. Tekstil ve Konfeksiyon, 1, 4-7.
• 6. Eser, B., Çelik, P., Çay, A. & Akgümüş, D. (2016). Tekstil ve Konfeksiyon Sektöründe Sürdürülebilirlik ve Geri Dönüşüm Olanakları. Tekstil ve Mühendis Dergisi, 23(101), 43 – 60.
• 7. Eslahi, N., Dadashian, F., & Nahid, H.N. (2013). An Investigation on Keratin Extraction From Wool and Feather Waste By Enzymatic Hydrolysis. Preparative Biochemistry and Biotechnology, 43(7), 624 – 648.
• 8. Fletcher, K. (2008). Sustainable Fashion and Design. Design Journeys, Earth Scan, London.
• 9. Gupta, R. & Ramnani, P. (2006). Microbial Keratinases and Their Prospective Applications: An Overview. Applied. Microbiology and Biotechnology, 70(1), 21 – 33.
• 10. Johnson, N. A. G., Wood, E. J., Ingham, P. E., McNeil, S. J. & McFarlane, I. D. (2003). Wool As A Technical Fiber. Journal of Textile Institute, 94(3), 26 – 40.
• 11. Kalayoğlu, Ö. İ. (2010). Chicken Feather Keratin Based Textile Fibers. (Master's thesis, Istanbul Technical University).
• 12. Khardenavis, A., Kapley, A. & Purohit, H. J. (2009). Processing of Poultry Feathers by Alkaline Keratin Hydrolyzing Enzyme From Serratia sp. HPC 1383. Waste Management, 29(4), 1409 – 1415.
• 13. Lu, J. J. & Hamouda, H. (2014). Current Status of Fiber Waste Recycling and its Future. Advanced Materials Research, 878, 122 – 131.
• 14. Oktav Bulut M. & Çelik, K. (2020). Evaluation of Molasses as a Green Reducing Agent in Sulfur Dyeing. Fibers and Polymers, 21(9), 2024 – 2035.
• 15. Özel, B. M. (2013). Yüksek Performanslı Kumaşların Mekanik Özelliklerinin Kumaş Kullanım Performansına ve Kumaşın Tuşesine Olan Etkilerinin Araştırılması. (Master's thesis, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi).
• 16. Reddy, N., Chen, L., Zhang, Y. & Yang, Y. (2013). Reducing environmental pollution of the textile industry using keratin as alternative sizing agent to polyvinly alcohol. Journal of Cleaner Production, 65, 561 – 567.
• 17. Ren, X. (2000). Development of environmental performance indicators for textile process and product. Journal of Cleaner Production, 8, 473 – 481.
• 18. Seventekin, N. (2004). Tekstil Kimyası. Ege Üniversitesi Tekstil ve Konfeksiyon Araştırma Uygulama Merkezi Yayınları, İzmir.
• 19. Shavandi, A., Bekhit, A. E. D. A., Carne A. & Bekhit, A. (2017). Evaluation of Keratin Extraction from Wool by Chemical Methods for Bio-Polymer Application. Journal of Bioactive and Compatible Polymers, 32(2), 163 – 177.
• 20. Simpson, W. S. & Crawshaw, G. H. (2008). Wool: Science and Technology. Woodhead Publishing Limited, Cambridge, UK.
• 21. Sinan, H. (2019). Atık Yünlerden Keratin Elde Etme Yöntemlerinin Araştırılması. (Master's thesis, Süleyman Demirel Üniversitesi).
• 22. Soysal, M. I. & Ozkan Unal, E. (2019). Sheep Breeds Genetic Diversty of Farm Animal Genetic Resourches of Turkey, Proceedings of International Congress On Wool And Luxury Fibers. 19 April, Tekirdağ, pp. 9.
• 23. Tchobanoglous G. & Burton F. L. (1991). Waste Water Engineering Treatment, Disposal and Reuse. McGraw-Hill Higher Education, UK.
• 24. Tonin, C., Zoccola, M., Aluigi, A., Varesano, A., Montarsolo, A., Vineis, C. & Zimbardi, F. (2006). Study on the Conversion of Wool Keratin by Steam Explosion. Biomacromolecules, 7(12), 3499 – 3504.
• 25. Wang, Y. (2006). Introduction. In: Wang Y. Editör. Recycling in Textiles, Woodhead Publishing Limited, UK: Cambridge.
• 26. Wuliji, T., Quispe, E. C. & Quispe, M. D. (2019). Fiber Diameter And Standart Deviation in Merino Wool Samples Measured in Comprasion With Ofda 2000 and Minifiber EC, Proceedings of International Congress On Wool And Luxury Fibers. 19 April, Tekirdağ, pp. 14.
• 27. Xu, H., Shi, J., Zhou, A. & Yan, K. (2012). Keratin extraction from wool and its film forming property. Journal of Textile Research, 33(6), 41 – 47. 28. Zhu, J. & Mao, N. (2014). Keratin Polymer Having Improved Thermal Propeties. Proceedings of the 14th World Textile Conference AUTEX 2014, 26-28 May, Bursa.