Příprava a charakterizace obalových filmů na bázi beta-keratinu

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá izolací keratinu z odpadního peří a využitím izolovaného keratinu pro přípravu polymerních filmů. Hlavním cílem bylo prostřednictvím hydrolýzy izolovat keratin z drůbežího peří a porovnat výtěžnost různých typů hydrolýz. Nejefektivnější byla hydrolýza s 0,5% hydroxidem sodným s výtěžností 480 g keratinu na 1 kg slepičího peří. Izolovaný keratin byl charakterizován z hlediska struktury, morfologie a termálních vlastností. Porovnání s hmotnostním standardem ukázalo, že aplikované hydrolýzy rozštěpily keratin na makromolekuly menší než 15 kDa. Za pomoci skenovací elektronové mikroskopie bylo stanoveno, že lyofilizované keratinové částice dosahovaly velikosti v řádu desítek µm a měly nepravidelný tvar. Dále byly připraveny kompozitní filmy na bázi izolovaného -keratinu a dalších polymerů. Pomocí termických metod bylo zjištěno, že přídavek keratinu výrazně snížil termální stabilitu kompozitních filmů. Analýzy ukázaly, že nejlepších mechanických vlastností bylo dosaženo u filmů na bázi polyvinyl alkoholu a keratinu. Ku příkladu přídavek 0,25 g keratinu na 1 g polyvinyl alkoholu významně zvýšil hodnotu prodloužení v tahu až o 68,9 %. Dále pak filmy na bázi chitosanu a keratinu měl antibakteriální vlastnosti. Výsledky této diplomové práce dokládají, že z drůbežího peří lze za pomoci alkalické hydrolýzy efektivně izolovat keratin, který může být využit pro přípravu kompozitních filmů s potenciálem pro praktickou aplikaci.

This diploma thesis deals with keratin isolation from poultry feather waste and preparation of keratin-polymers composite films utilizing isolated keratin. The main goal was to isolate keratin from poultry feathers by hydrolysis and compare yield of diverse hydrolysis types. The most efficient was hydrolysis using 0.5% sodium hydroxide with yield 480 g of keratin per 1 kg of chicken feathers. Structure, morphology and thermal properties of isolated keratin was analyzed. Comparison with protein molecular weight standard it was revealed that hydrolysis cleaved keratin to macromolecules smaller than 15 kDa. Scan electron microscopy showed that size of lyophilized keratin particles was in the order tens of µm and had an irregular shape. Further, composite films based on isolated -keratin and other polymers were prepared. Thermal analysis showed, the addition of keratin significantly reduced the thermal stability of composite films. Analyses revealed that Polyvinyl alcohol composite films reached the best mechanical properties. For example, an addition of 0.25 g of keratin per 1 g of polyvinyl alcohol increased the tensile elongation by up to 68.9%. Moreover, the film based on chitosan and keratin had antibacterial properties. The results demonstrate that it is able to efficiently isolate keratin from poultry feather waste by alkaline hydrolysis and isolated keratin can be utilized to prepare potentially applicable keratin-polymers composite films.