T.C.EGE ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİDERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

DERİ ÜRETİM PROSESLERİ SIRASINDA

KOLLAGENDE MEYDANA GELEN STRÜKTÜREL

DEĞİŞİMLER

DİPLOMA TEZİ

HAZIRLAYANLAR

Kemal KILINÇ

Numan GEZİNCİ

Hüseyin TECİMER

DANIŞMAN

Yrd. Doç. Dr. Selime ÇOLAK

Bornova/İZMİR2008

İÇİNDEKİLER

ŞEKİLLER DİZİNİ ……………………………………………………. 3

ÇİZELGELER DİZİNİ............................................................................ 5

1. Giriş………………………………………………………………. 6

2. Kollagenin Yapısı………………………………………………… 7

3. Yapı ve Yapı Karakterizasyonu………………………………… 16

3.1 Deri ve Kollagenin Yapısal Karakterizasyonunda

Kullanılan Metodlar………………………………….. 16

4. Kollagen-Su İlişkisi ve Islak ve Kuru Kollagenin Değişimi………20

5. Konservasyon, Islatma-Yumuşatma İşlemlerinde Meydana GelenDeğişimler………………………………………………………….24

6. Kireçlik İşleminde Meydana Gelen Değişimler………………… ..26

7. Kireç Giderme-Sama İşlemlerinde Meydana Gelen Değişimler…..32

7.1 Kireç Giderme……………………………………...32

7.2 Sama………………………………………………..32

8. Pikle İşleminde Meydana Gelen Değişimler ……………………...35

9. Tabaklama İşleminde Meydana Gelen Değişimler………………...39

9.1 EXAFS ile yapılan krom tabaklama çalışmaları…...39

9.2 Değişik Tabaklama Maddelerinin Kollagene Etkisi..43

9.2.1 Bitkisel tabaklama………………………….44

9.2.2 Sintanlarla Tabaklama…………………….. 44

9.2.2.1 Naftalin Sintanlar………………….44

9.2.2.2 Fenolik Sintanlar………………….45

9.2.3 Aldehitlerle Tabaklama…………………….45

9.2.4 Mineral Tabaklama…………………………45

10. Yaş Bitim İşlemlerinde Meydana Gelen Değişimler……………….47

10.1 Retenaj…………………………………………….. 47

10.2 Yağlama…………………………………………….47

1

11. Kurutma İşleminde Meydana Gelen Değişimler…………………….50

12. Mekanik İşlemler ve Finisaj İşleminde Meydana Gelen Değişimler..53

12.1 Mekanik İşlemler…………………………………….53

12.2 Finisaj………………………………………………..53

13. Sonuç ……………………………………………………………….54

KAYNAKLAR……………………………………………………..............56

TEŞEKKÜR………………………………………………………………..58

2

ŞEKİLLER DİZİNİ

Şekil-1 Kollagenin Yapısı ve Oluşumu…………………………… 7

Şekil-2 Kollagen Alfa Zinciri ………………………………….... 9

Şekil-3 Kollagenin denatürizasyonu……………………………... 9

Şekil-4 Kollagenin üçlü sarmal yapısı………………………….. 11

Şekil-5 Kollagenin şerit şeklindeki liflerle organize oluşu ………..14

Şekil -6  Kollagen Liflerinin elektron mikroskobunda görünümü… 19

Şekil-7 Çeşitli mikroskopilerle kollagenin görünümü……………..19

Şekil-8 Ham derinin parşömen benzeri kurutulması –Tabaklanmış

derinin deri benzeri kurutulması……………………………21

Şekil-9 Hava kurutmalı ve asetonla dehidrate edilmiş – Hava kurutmalı

ve süper kritik nokta tabaklanmamış deri kurutmalı

Wet-Blue derilerin görünüşü………………………………22

Şekil-10 Alkali muamelesinden önce ( yuvarlaklar ) ve alkali

muamelesinden sonra ( üçgenler) sığır derisindeki

kollagenin titrasyon eğrileri……………………………….26

Şekil-11 Kollagenin Na2S, Ca(OH)2, Yüzey Aktif Maddeler, NaSH

gibi maderle etkileşimi……………………………………29

Şekil-12 Kireçliğin deriyi açma etkisi………………………………30

Şekil-13 H2SO4 ilavesi ile alkalinin uzaklaşması ………….. ……..35

Şekil-14 pH değerine göre kollagenin % olarak su

bağlamasındaki değişim…………………………………..36

Şekil -15  Glutamik ve aspartik asitler ……………………………..39

3

Şekil-16 EXAFS çalışma prensibi ve oluşan eğrilerle çift çekirdekli

krom kompleksinin kanıtlanması………………………….41

Şekil-17 Değişik tabaklama maddelerinin kollagenle meydana getirdiği bağlar……………………………………………..43

Şekil-18 Esterefikasyon ve Süksilasyon ………………………… 46

Şekil-19 Sandwich Testinin Prensibi ………………………….. 48

Şekil-20 Sıcaklık ve rutubetin baskı altındaki değişimi testinin prensibi…………………………………………... 52

4

ÇİZELGELER DİZİNİ

Çizelge-1 OH…….O bağları için sınıflandırma …………………. 13

Çizelge-2 EXAFS verilerinin kristal strüktür ve bilgisayar modelleriyle karşılaştırılması………………………………42

5

1. GİRİŞ

1997’de yapılan IULTCS Kongresi’ndeki kollagen tanımı şu şekildedir:

Kollagen deri dokusunu oluşturan beyaz liflerden müteşekkil, ham derinin mamul

deriye dönüşmesinde kullanılan proteindir. Ham derideki kollagen hayvanı sarar

vaziyettedir ve böylece koruyucu bir görev üstlenir. Aynı özelliği göz önünde

bulundurularak ek işlemlerle insanların kullanacağı bir materyal haline getirilir.1

Deri’nin mamul hale gelinceye kadar geçirdiği işlemler aslında kollagenin

değişim işlemleri olarak da tanımlanabilir. Deri üretiminde tabaklama öncesi

işlemlerdeki temel amacımız kollagen liflerine zarar vermeden onları mümkün

olduğunca saf hale getirmek, tabaklama ve sonrasındaki işlemlerdeki temel amacımız

ise kollagen molekülünü mümkün olduğunca sağlamlaştırarak kullanılabilir forma

getirmektir2 şeklinde ifade edilebilir. Bu çalışmada deri materyalinin kaynağı olan

kollagen liflerinde deri üretim işlemleri sırasında meydana gelen strüktürel değişimler

incelenmiştir.

2. KOLLAGENİN YAPISI

6

Kolllagen yüksek gerilme dayanıklılığı olan çözünebilir lifler halinde organize

olmuş hücre dışı bir proteindir. I. Tip kollagenin bir molekülünün ~14 A genişliği ve

~3000 A uzunluğu vardır. 3 polipeptid zincirinden oluşur. Çubuk şeklindedir. Eğer

kollageni bir kurşun kalemin kalınlığına sahipmiş gibi düşünürsek, uzunluğu 1,5 m’ye

denk gelir. Çapraz bağlarla kuvvetlendirilmiştir.3

Şekil 1. Kollagenin Yapısı ve Oluşumu4

7

Bir kollagen zinciri - zincir olarak tanımlanır. ( Şekil 2 ). Her kollagen

molekülü genelde birbirinin aynı 3 zincirinden oluşur. Buna tek istisna I. Tip

kollagendir. I. Tip kollagen iki aynı zincir (1) ve bir farklı zincirden (2) oluşur ki bu

[1(I)]22 olarak ifade edilir. Kollagenler arasında tek heteropolimer budur. I indeksi,

belli kollagen tiplerindeki zincirlerin amino asit kompozisyonu küçük değişiklikler

gösterdiği için kullanılmaktadır.

Aminoasit dizilimi proteinin yapısını belirleyen tipik bir özelliktir. Kollagende

ikisi başka proteinlerde bulunmayan 19 amino asit vardır, bunlar hidroksiprolin ve

hidroksilisin amino asitleridir. Öte yandan kollagende bulunan glisin miktarı diğer

proteinlerinkinden daha fazladır fakat kollagende sistein ve sistin ( Kollagen III dışında)

ve triptofan aminoasitleri bulunmaz.

Kollagen molekülünün benzersiz şekil ve özelliklerinin nedeni amino asit

bileşimi ve dizilimidir. Kollagenin kendine özgü bir amino asit bileşimi ve dizilimi

vardır: Gly-X-Y (Glisin, X genelllikle prolindir ve Y de genellikle 4-Hidroksiprolindir

(Şekil 2) , bazen 3-Hidroksiprolin ve 5-hidroksilisin de vardır). Su molekülleri

vasıtasıyla köprü kurarak moleküller arası hidrojen bağları sayesinde Hyp kollagene

stabil özellik verir.

Pro kalıntıları, prolil hidroksilazın katalize ettiği bir reaksiyonla Hyp’ye

dönüştürülür. Eğer kollagen, prolil hidroksilazı inaktif hale getiren şartlarda

sentezlenirse formunu 24 0C’de kaybeder. (Denatüre olur). Normal kollagen ise 39 0C’de denatüre olur. Denatüre olan kollagen jelatin olarak bilinir. ( Şekil 3 ). Prolil

hidroksilaz aktif kalabilmek için askorbik aside (C vitamini) ihtiyacı duyar. Eğer C

Vitamin eksikliği sonucu iskorbüt oluşursa kollagen gerektiği gibi düzgün lifler

oluşturamaz ve bu da deri lezyonlarına ve yaraların yavaş iyileşmesine yol açar.3

8

Şekil 2. Kollagen Alfa Zinciri – Glisin, prolin ve hidroksiprolin5

Şekil 3. Kollagenin denatürizasyonu6

9

Kollagenin tipik özellikleri:

Glisinin kalıntılarının sayısı tüm amino asit kalıntılarının 1/3’üdür.

Memeli ve kuşlarda iminoasitlerin kalıntılarının sayısı tüm amino asit

kalıntılarının 1/5’idir. (İminoasit ismi günümüzde biyokimyada

kullanılmaktadır, ancak pek de doğru değildir zira bu bileşikler iminlerin değil

pirollidinin derivatlarıdır. Prolinin sistematik ismi pirolidin - karboksilik asittir

ve hidroksiprolininki de β – hidroksiprolidin - karboksilik asittir. )

Kollagende iki özel hidroksiamino asit vardır: Hidroksiprolin ve hidroksilisin.

Kollagende belli bir miktar aldehit grubu vardır. ( Çapraz bağlarda yer alırlar )

Protein yan zincirlerine bağlı heksozlar vardır.

Bir zincirde karakteristik hidrofobik ve hidrofilik alan gruplamaları ortaya çıkar.

Bir kalıntının ortalama molekül ağırlığı 90,7’dir.

Bir zincirdeki ortalama amino asit sayısı 1000’dir.

Bir zincirin ortalama molekül ağırlığı yaklaşık 90000’dir.

Kollagen günümüzde dizilimi bilinen büyük bir proteindir. Bu dizilimin

detayları monografilerde verilmiştir. Genelleme yaparak, bahsedilen dizilimi şöyle tarif

edebiliriz: Kollagen zinciri her üçünden biri glisin olan 1011-1047 amino asit kalıntısı

içeren merkezi sarmal şeklinde bir kısımdan oluşur. Sarmal şeklindeki kısım, eğer

molekülü her biri glisinle başlayan (G-X-Y) tripeptidlere ayırırsak ikinci ve üçüncü

pozisyonlarda ~%20 iminoasit içerir. Memeli kollageninde iminoasitlerin yaklaşık 2/3’ü

hidroksile durumdadır ve her zaman Y pozisyonundadır (4-hidroksiprolin). Tek istisna

zincirde yalnızca bir veya iki kez X pozisyonunda ortaya çıkan 3-hidroksiprolindir.

Sarmal şeklinde olmayan uzantılar hidrofobik amino asitler açısından zengindir ve

enzimatik olarak oksitlenebilen ve molekül içi ve molekül dışı çapraz bağların

oluşumunda fonksiyonel grup olarak vazife gören bir lisin kalıntısı içerirler.

Hidroksilisin yalnızca kollagende bulunur. Çeşitli bölgelerde glikosile olan ancak

zincirdeki her kalıntıda olmayan tek amino asittir. Lisin, proline benzer şekilde yalnızca

Y pozisyonunda olduğunda hidroksile olur. Zincir boyunca prolin artı hidroksiprolinin

ortalama miktarı eşittir, ancak bu durum arka arkaya 5 tripeptid Gly-Pro-Hyp ile biten C

10

terminalinde böyle değildir. Bu durum, molekülün C terminali sarmal bölgesinin daha

stabil olduğunu göstermektedir.

Kollagen zincirinin yapısı:

X ışını çalışmaları kollagenin tri polipeptid zincirlernin paralel olduğunu ve

birbirlerini soldan sağa doğru bir kıvrımla sararak üçlü sarmal yapı ortaya çıkardıklarını

göstermiştir. (Şekil 4. )

Şekil 4. Kollagenin üçlü sarmal yapısı7

Her polipeptid zinciri kalıntısının üçte biri üçlü helix yapının merkezinden geçer.

Burası yalnızca bir Gly yan zinciri sığabilecek kadar sıkışık bir yapıdadır. Aynı

zamanda tri polipeptid zinciri zincirlerdeki Gly, X ve Y kalıntılarının aynı seviyelerde

olacağı şekilde eğimlidir. Eğimli peptid grupları, her Gly’nin N-H’ının komşu bir

zincirdeki bir X kalıntısının karbonil oksijeni ile kuvvetli bir H bağı oluşturacağı şekilde

düzenlenmiştir. Ağır ve nispeten daha az esnek olan Pro ve Hyp kalıntıları tüm yapıya

sertlik sağlar.

Bir ipin kıvrılmış lifleri gibi, kollagenin uzun ve kıvrık zincirleri de boylamsal

bir gerilim kuvvetini neredeyse sıkıştıralamaz olan üçlü heliks yapı üstünde daha kolay

sıkıştırılabilen lateral baskı kuvvetine çevirir. Bu durum, kollagenin polipeptid

zincirlerinin ters yönlere kıvrılması ve üçlü heliks kıvrımların gerilim altında çekilip

çıkmasını önlemesi sayesinde ortaya çıkar.

Kollagendeki sarmal bölge denilen tekrarlanan dizi, bir vida çizgisinde bulunan

ve sürekli bir eksensel ötelenme ile ayrılan sonsuz bir noktalar dizisinden oluşur:

11

Sürekli eksensel öteleme: h (birim uzunluk)

Açısal ayrım: t (birim kıvrım)

Sarmalın yarıçapı: r0

(Hatve) P = 2h/t

P/h rasyonel oranı n/V olarak ifade edilebilir ki bu da süreksiz sarmalın V dönüşte n

noktaya sahip olduğunu gösterir. Dönüş başına nokta sayısı N şu ifadeden bulunur:

N = 2 / r = P / n = n / V, N sarmalın sol yanı için negatiftir.

Freser 1979: h=2.98 A0 Ramachandran: h=2.91 A0

t = 107 0 t = 111 0

N= 3.36 N= 3.25

Sentetik politripeptid (GlyProPro)n h=2.87 A0

t = 108 0

N= 3.33

Bir dönüşteki kalıntıların tamsayı olmayan sayıda olması Ramachandran ve

Kanthen’in açıklaması kabul edilene kadar açıklanamamaktaydı. Bu açıklama

molekülün üç lifli bir ip formuna sahip olduğunu, her zincirin sol taraf sarmal birleşimi

olduğunu ve üç zincirin ortak bir eksen etrafında soldan sağa kıvrıldığını belirtmektedir.

Bu modelde tri peptid başına iki H bağı kabul edilmiştir.

Ramachandran ve Chandrasekharan şunu önermektedir:

“Kollagende su köprüleri içeren tek bağlı bir yapı vardır.”

Rich-Crick, t=108, N= -10/3 olan ve P nin temel sarmalın 30 birim uzunluğu

olduğu (86 A) bir model önermektedir. Eğer bir köprüde birden fazla su molekülünün

bulunduğu kabul edilirse zincirlere bağlı su simetriyi etkilemez.

12

Komşu 1(I) zincirlerinin optimum etkileşimleri hesaba katılırsa, moleküller

233 kalıntılık bir eksenel aksama ile yerleşeceklerdir ki, bu da çeyrek stagger hipotezi

ile tutarlıdır.

Birçok yazar kollagen molekülünün enerji bilimi ile ilgili meseleye termal

stabilitesi ve denatürasyon termodinamiklerinin araştırılması şeklinde yaklaşmıştır.

( Globüler proteinler için gösterilmiştir. ) 30 kalıntıdan fazlasını ilgilendiren

denatürasyon süreci için, mikro işlemin (mikro açılma) Gibbs enerjisi 7-11 kJ/mol,

makro işlem (makro açılma) enerjisi 200-400 kJ/moldür. H’ın toplam değerlerinin

4000-6500 kJ/mol, S=14-21 kJ/mol olduğu bulunmuştur.

Entalpi H dışında A-H………B sisteminde H bağlarının gücünü tahmin etmek

için iki ana kriterimiz vardır: A-H uzama frekansı veya rölatif değişkenliği ( 0- ) / 0

(Burada 0 serbest A-H grubunun uzama frekansıdır) ve (R) A-H ve A………...B

uzaklıkları. Bu kriterlere göre H bağları zayıf, orta ve kuvvetli olarak isimlendirilebilir.

OH………O bağları için bu yaklaşık sınıflandırma Çizelge 1.’de gösterilmiştir.

H-Bağı / 0 RO…O H H

(%) (A0) kcal/mol kJ/mole

Zayıf 12 2.7 5 21

Orta 12-22 2.7-2.6 6-8 25-33

Kuvvetli 25-83 2.6-2.4 8 33

Çizelge 1. OH…….O bağları için sınıflandırma.

Kollagendeki H bağlarının ortalama uzunluğu 3A0’dur.

13

En çok görülenleri:

C=O………..H-N,

C-H…………O=C,

N-H…………N-

Eğer AH………...B’nin Potansiyel Enerji eğrisi gösterilen gibiyse bağ kuvvetli

veya orta kuvvettedir. Son olarak, potansiyel bariyer küçük veya sıfıra eşit olduğunda

potansiyel enerji eğrisi simetrik olabilir ve bir “duraksayan proton” vardır. Dolayısı ile

şunları ayırt ederiz: asimetrik bir çift minimum, simetrik bir çift minimum, ve asimetrik,

RA-H = ½ RA……B olan bir tek minimum (genelde A=B durumunda).

Tabaklama kimyasında çapraz bağların karakteri ve özellikleri ile ilgili bilgiler

çok önemlidir. Bu bağların ayrılması kollagenin çözünebilirliğini arttırır. Bu bağların

miktarında artış bunun tersi etki yapar ve bu da tabaklamanın temel amacıdır.

Kollagen, 680 A (boşluklu alanlar ve kesişen alanlar dahil) periyodik kendine

özgü şerit şeklindeki lifçikler şeklinde organize olmuştur (Şekil 5). Kollagende,

kollagenin kaynak dokusuna bağlı olarak ağırlık açısından yüzde ~0.4 ile 12 arasında

değişen miktarda kovalent bağlı karbonhidratlar bulunur. Çoğunlukla glukoz, galaktoz

ve bunların disakkaritlerinden oluşan karbonhidratlar spesifik enzimler tarafından 5-

hidroksilisil kalıntılarında kovalent olarak kollagene bağlanırlar. Bunlar, kollagen

lifçiklerinin boşluklu bölgelerinde bulunurlar.

14

Şekil 5. Kollagenin şerit şeklindeki liflerle organize oluşu.8

Heksoz kalıntıları yoluyla ester tipi bir bağın varlığı fikri, muhtemelen

kollagende hidroksilisine glikosidik bağlarla molekülün sarmal bölgesinde bağlanmış

(ya galaktosil-hidroksilisin ya da glukosil galaktosil hidroksilisin olarak) sakkarit

birimlerinin bulunmasından ileri gelmektedir.

I. ve II. Tip kollagenler %0,4 kadar karbonhidrat içerirler ve III. tip kollagen %4

civarında karbonhidrat içerir. Molekül içi çapraz bağlanmada kullanılanlar ana

glikosilasyon bölgeleridir. Günümüze kadar, bu karbonhidratların işlevini

gösterebilecek hiçbir deneysel kanıt bulunamamıştır. Çapraz bağların oluşumunu

düzenledikleri ve kollagen moleküllerinin çeyrek stagger düzenine geçmelerini

sağladıkları düşünülmüştür.

Kollagenlerin solventlerde çözünmemesi hem molekül içi hem de molekül dışı

kovalent çapraz bağlanmış olduğu gözlemi ile açıklanmıştır. Kollagende neredeyse hiç

Cys kalıntısı bulunmadığı için bu çapraz bağlar keratinde olduğu gibi disülfid bağları

olamaz. Onun yerine, Lys ve His yan zincirlerinden elde edilmektedir. En fazla dört yan

zincir kovalent olarak birbirine bağlanabilir. Çapraz bağlar rasgele oluşmaz ancak

kollagen moleküllerinin N- ve C- terminalleri yakınlarında ortaya çıkmaya

eğilimlidirler. Çapraz bağlanmanın özellikleri molekülün yaşlanması ile yakından

ilgilidir. Çapraz bağlanmanın derecesi hayvan yaşlandıkça artar.

15

Doğum sonrası ilk dokularda indirgenebilir çapraz bağların sayısı yüksektir ve

fiziksel olgunluk ilerledikçe azalır. İndirgenebilir çapraz bağların yerine geçen stabil

olanlar henüz kesin olarak belirlenmemiştir. Kollagen liflerinin fiziksel ve kimyasal

özerliklerinin yaşlanmayla gelen değişimleri oldukça belirgindir. Lifler gittikçe daha az

çözünür hale gelir, asit çözeltilerinde şişme kabiliyetleri azalır ve bununla birlikte

enzimlere hassaslıkları da azalır. Ancak mekanik kuvvetleri ve sertlikleri artar. Sertlik

tüm yaşam boyu artar ve gerilme kuvvetinin azalmasına neden olacak şekilde kırılganlık

yaratır. Yapay olarak ortaya çıkarılan çapraz bağlar optimum çapraz bağ sayısından

daha fazlasını oluşturduğunda, bağlayıcı doku kırılgan hale gelir. Molekülün orta

yerindeki hiçbir kısım proteolitik saldırıya, pronaz, pepsin veya tripsine karşı hassas

değildir. (Proteolitik enzimler: peptidazlar ve proteinazlar).3

3.YAPI VE YAPI KARAKTERİZASYONU

Derinin yapısı kollagenin makroskobik ve mikroskobik yapısıyla belirlenir. Lif

yapısı, lif paketleri, fibriller, protofibriller ve moleküller “Kollagenin Yapı Elemanları-

Collagen Structure Elements ( CSE )”adını alır. Kuru deride kollagen yapı elemanları

arasında boşluklar vardır. Bunlara gözenek adı verilir.

Kollagen yapı elemanlarının ( CSE ) yapısal durumu derinin mekanik karakteri

ve diğer tüm özelliklerinden sorumludur.Kollagen yapı elemanlarının ( CSE ) bu önemi

nedeniyle yapıyı karakterize edebilmek için bazı metotlar kullanılırız. Bunlar

yumuşaklık, kopma mukavemeti gibi mekanik özellikleri ve gözenekli yapıyı tanımlar.

Fakat asıl amacımız kollagen yapı elemanlarının ( CSE ) strüktüründeki değişimleri deri

üretim prosesleri esnasında incelemektir. Bu metotların çoğu işlevsel ve uygun aletlerle

yapılır ve deri-kollagen araştırmasında uzun yıllardan beridir kullanılmaktadır.9

3.1 Deri ve Kollagenin Yapısal Karakterizasyonunda Kullanılan Metodlar

Mikroskop

Optik Mikroskop ( LOM ) – Faz farkı, polorize ışık içerir.

16

Confocal Tarayıcı Mikroskop ( SOM )

Transmisyon Elektron Mikroskobu ( TEM )

Tarayıcı Elektron Mikroskobu ( SEM )

Cryo-SEM

Çevresel ( Düşük Vakum ) SEM = ESEM

SEM + EDX

Sem + Porozimetri

X Işını Kırınımı ( XD ) ve Spektrometri ( XS )

Geniş Açılı Kırınım ( WAXD )

Dar Açılı Kırınım ( LAXD )

Spektrometri

Enerji Dağıtıcı X ışını Flueoresans Analizi ( EDX )

Artan X Işını Absorbsiyonu Analizi ( EXAFS )

Reflektometre ( İnce tabakalı yüzeyler )

Mikroskop ( 30 nm çözünürlüğü olan; Aarhus )

Porozimetri

Yoğunluk ( Görünür )

Hg- porozimetrisi

Gaz Adsorbsiyonu ( “BET” )

SEM ( Yüzey Analizi )

Randımanın Miktarı

Mekanik ve Viskoelastik Özelliklerin Ölçümü

17

Kopma Dayanıklılığı – Uzama – Ölçüm

Yumuşaklık Ölçümü

Akustik Emisyon Spektroskopisi

Gerilim Ölçümü

Polorize ışık ve faz farkı mikroskobisini içeren optik mikroskop 300 yılı aşkındır

kullanılmakla birlikte vazgeçilemeyen ve geliştirilebilen bir mikroskoptur.10 Bunun

yanında lazer mikroskobu yüksek ve dikey çözünüm kapasitesi ile 100 nm’ye kadar

ulaşabilmektedir. 11

Kollagen ve deri alanında çeşitli elektron mikroskobileri belirlenmiştir.

Transmisyon Elektron Mikroskobu ( TEM ) ve özellikle Tarayıcı Elektron Mikroskobu

( SEM ) X ışını dağıtım prensibi ile çalışır.

Çevresel ( Düşük Vakum ) SEM = ESEM strüktür tanımlanması için yararlı bir

cihaz olarak kabul edilebilir.

Tarayıcı Elektron Mikroskobu ( SEM ) optik veya elektron mikroskobisinden çok

farklıdır. Sadece yüzeye dokunan ufak bir mil ucu ile çalışır. Bu uç bir yandan diğer

yana yüzeyi tarayarak her detayı algılayarak bir görüntü oluşturur. Bu parametre renk

şiddeti haritasında görülür.

X ışınları kollagenin strüktürünün incelenmesinde öncelerden beridir çok kullanılan

bir metottur. Ve yıllardan beridir birçok bilim adamı bu metodu kullanmıştır.9

18

Şekil 6. Kollagen Liflerinin elektron mikroskobunda görünümü12

Şekil 7. Çeşitli mikroskopilerle kollagenin görünümü.9

4. KOLLAGEN – SU İLİŞKİSİ ve ISLAK VE KURU KOLLAGENİN DEĞİŞİMİ

19

Ham deriyle mamul deriyi karşılaştırarak ıslak ve kuru kollagen arasındaki

farkları tanımlamak gerekir. Islak deri tam hidratlıdır. % 65 civarında su ihtiva eder.

Kuru durumda ise bağıl neme bağlı olarak %12 – 15 doğal su içerir. Bu oran tuzla

konservelenmiş derilerde % 30 – 40, hava kurusu derilerde ise % 12–20 civarındadır.2

Öncelikle ilk değişim ıslatma – yumuşatma işleminde başlamaktadır. Bu işlemde

kollagen lifleri etrafında bulunan fibriler yapıda olmayan, tuzda çözünebilir formda

bulunan proteinler deriden uzaklaştırılır.13 Bu işlem esnasında kollagende bulunan

hyaluronik asit içeriğini tamamı uzaklaştırılır. Hyaluronik asit elektrokimyasal yüklü

özelliktedir ve direkt olarak ortamda bulunan tuzlarla reaksiyona girebilir. Bu

nedenlerle ıslatma – kurutma – ıslatma - kurutma şeklinde tekrar edilen işlemler en tipik

deri özelliğidir denebilir.

Diğer bir önemli özellik de hidrotermal stabilitedir. Hidrotermal stabilite

sayesinde deri mikrobiyolojik ( enzimatik ) saldırılarak karşı direnç sağladığı gibi ışık,

ısı, fogging ( buğulanma ) vb., mekanik özellikler ve hatta koku gibi özellikler de

belirlenir. Böylece bu özellikleri belirleyerek ileri teknoloji ürünü olan otomotiv ve

mobilyalık derilerden istenilen özelliklere ulaşabilmek mümkün olur.14

Ham deride kollageni kuruttuğumuzda parşömen benzeri bir deri elde edilir. Bu

madde katı, transparan ve esnek olmayan bir maddedir. Bu madde mikroskobik ölçek

olan AFM ile daha net şekilde görülebilir. Ayrılmış fibriller birbirine yaklaşırlar ve

yapışırlar. Tabaklanmış kollagen fibrilleri ise ayrılmış halde görünürler. (Şekil 8.)

Burada doğal kollagenin kuruyunca parşömen görünümü kazanması eğiliminin 3

sebebi olduğu söylenebilir. Bunlar;

1. Su ayrıldığı zaman suyun yüksek yüzey gerilimine bağlı olarak, güçlü kapiler

etki sağlanmış olur.

2. Bu güçler esneme sırasında kollagen strüktür elemanlarının ( CSE ) bir araya

gelmesine neden olurlar.

3. Kollagen strüktür elemanlarının yapışkan davranış göstermeleri ve yapışkan

maddelerin varlığıyla liflerin bir araya gelmesidir.

20

Şekil 8. Ham derinin parşömen benzeri kurutulması – Tabaklanmış derinin deri benzeri

kurutulması

Suyun yerine su uzaklaştırıcı çözeltiler ( ör: Aseton ) kullanılarak kurutulmuş bir

derinin kollagen strüktürü içindeki sıvının yüzey gerilimini düşürülür. Kollagen

büzülme sıcaklığı civarına geldiğinde kollagen strüktür elemanlarının ( CSE ) esnekliği

minimuma indirilir ve asetonun buharlaşması sırasında kollagen fibrilleri birbirine

yapışmaz.

CO2 ile süperkritik nokta kurutma ile deri benzeri bir yumuşaklık elde edilir.

Hava kurutmada; boynuzsu, katı, transparan, wet blue hava kurutmalıda ise; oldukça

katı ve sert, asetonla suyu alınarak kurutulmuş deride ise; yumuşaklık orta derecededir.

Süper Kritik nokta: Lifler arasında serbest halde bulunan suyun şoklama ile CO2

eşliğinde soğutulması yani suyun kristal forma dönüşmesidir. Süper Kritik nokta

kurutma özellikle gıda sanayinde kullanılan bir metottur.

Kollagene bağlı olarak mekanik etkiye maruz kalarak kurutulmuş deriler

parşömen benzeri kurutmaya göre daha yüksek hacim verirler.

21

Asetonla suyu uzaklaştırılan bir blöse tekrar suya konulduğunda rehidraze olarak

normal blöseye dönüşür. Bu şekilde işlemden geçen blöse tekrar kurutulduğunda hiçbir

işleme tabi tutulmamış blösenin kurumasında olduğu gibi boynuzsu, sert ve transparan

bir yapı kazanır. ( Şekil 9 )

Şekil 9. Hava kurutmalı ve asetonla dehidrate edilmiş tabaklanmamış deri – Hava kurutmalı ve süper kritik nokta kurutmalı Wet-Blue derilerin görünüşü.

Sulu emülsiyonda diizosiyanatla tabaklanmış deri elektron mikroskobuyla

incelendiğinde asetonla suyu uzaklaştırılmış blöse ile aynı görünüme sahiptir. Fakat

buradaki fark böyle bir blöse tekrar ıslatıldığında ve kurutulduğunda sert ve boynuzsu

yapı göstermez. Bunun nedeni diizosiyanatla kollagen fibrilleri lisin, arginin veya

histidin amino grupları üzerinden veya peptid parçalanmasından serbest hale geçen

amino gruplarıyla reaksiyona girerler ve şişmiş durumdayken fikse olurlar.

22

Mikrobiyolojik etkiye karşı direnç ise çevre nemine, su içeriğine ve aktif

mikroorganizmaların varlığına bağlıdır. Buna şu örnek verilebilir; kuru tabaklanmamış

deri ( parşömen ), ham deriye ve hatta kromla veya diğer yöntemlerle tabaklanmış ıslak

haldeki derilere göre mikrobiyolojik etkiye karşı daha stabil durumdadır. Yani

mikrobiyolojik etkileri önlemek su içeriğinin azaltılmasıyla sağlanabilir.9

5. KONSERVASYON, ISLATMA – YUMUŞATMA İŞLEMLERİNDE

MEYDANA GELEN DEĞİŞİMLER

23

Doğal ham deri ile üretime başlamak istiyorsak değişik konservasyon

işlemleriyle deriyi mikrobiyolojik ataklara karşı korumalıyız. Tüm konservasyon

işlemlerinin temel prensibi az ya da çok su içeriğinin azaltılmasıdır. Normal tuzla

konservasyon işleminde dahi bu su azaltma işlemi irreversıble şekilde olur. Kollagen-Su

etkileşiminin sistem karakteri hatırlandığında ilk yapısal değişim konservasyon

işlemiyle sağlandığı görülür. Kollagen Strüktür Elemanları ( CSE ) büzülür, bu aslında

bizim istediğimiz amaca ters bir durumdur. Uygulamada aslında bunun çok kritik bir

etkisi yoktur. Taze ham derilerle ve konservasyon yapılmış ham derilerle çalışmanın

kendilerine göre avantajları vardır. Tuzlu su ile yapışmış durumdaki ( gluelike )

maddelerin ayrılmasında büyük kolaylık olur. Eğer bu aşamada bu işlemi yapmazsak

bunu kireçlik işleminde gerçekleştiririz.9

Konserveleme şekline, derecesine ve derilerin depolanma süresine göre

değişmekle beraber konservelenmiş deriler su kaybetmişlerdir. Konservelenme ile

derideki su oranı: Tuzlu derilerde: % 30–45’e, hava kurusu derilerde: % 12–20’ye

düşmüştür. Derinin su oranının azalması sonucu, deri sertleşmiş ve deri dokusu içindeki

lifler birbirine yapışmışlardır. Taze yüzülmüş deri %60–65 oranında su içerir. Hemen

işleme alınması halinde su alma diye bir sorun yoktur. Tuzlu derinin su almasında ve

şişmesinde büyük sorunlar çıkmamaktadır. Çünkü konserveleme ile deriden uzaklaşan

suyun boşluklarına tuz depolanmış, lifler bu sayede kuruyup birbirlerine

yapışmamışlardır. Tuzlu derilerin ıslatılmasında lifler arasındaki tuz difüzyon ile

kolayca deriden çıkarılarak yerini ıslatma suyuna bırakmaktadır. Islatma yumuşatmada

derilerin su almaları ve şişmeleri açısından esas güçlük kurutulmuş derilerde

görülmektedir. Hava kurusu derilerde bu duruma çok rastlanmaktadır. Kurutma nedeni

ile deri dokusu içindeki tek lifler birbirine yapışmakta, boynuz gibi sertleşerek ıslatmada

su moleküllerinin deri içine girmesini engellemektedir. Bu durum kollagen liflerinin

dolayısı ile derinin tekrar şişmesini önlemektedir. Deride kollagen denen ve deriye

sağlamlığını veren lifli fibriler bir doku ile bu liflerin arasını dolduran globüler

proteinler denen suda eriyebilen akışkan proteinler vardır. İşte hava kurusu derilerde

liflerin arasını dolduran proteinler liflerle beraber kurumuş olduğundan bunların su

alması güçleşmektedir. Hâlbuki tuzlu derilerde lifler arası proteinler tuzlama ile ya

büyük oranda deriden ayrılmışlar veya en azından liflere yapışmamışlardır.15

24

Derinin kurutulması ile kurutmanın etkinliğine göre deri lifleri arasında suyun

meydana getirdiği boşluklar kapanarak lifler birbirine yaklaşarak yapışır, deri sertleşir.

Kurutma yolu ile salamura yapılmış derilerin ( hava kurusu, tuzlu kuru ) ıslatma

sırasında su almaları 3 aşamada olur.16

1- Deri ve lif yüzeyinin ıslanması

2- Lifçik demetlerinin içine suyun girmesi

3- Lifçik ve lifçik içlerinin ıslanması

6. KİREÇLİK İŞLEMİNDE MEYDANA GELEN DEĞİŞİMLER

Kireçlik işlemi şüphesiz kollagen molekülünde önemli değişiklikler meydana

getirir; kireç sıvısı molekül zincirlerini bir arada tutan çapraz bağların bazılarını koparır.

25

CO- NH → COOH + NH2

Bu eşitlikte görüldüğü gibi karboksil ve amino grupları serbest hale geçerek

kollagen molekülünün kendisinde zayıflık meydana getirir. Titrasyon eğrisi kollagenin

asit ve baz bağlama kapasitesinin kireçlik işlemiyle arttığını gösterir.15

Kireçlik görmüş kollagen numuneleriyle doğal kollagenin titrasyon eğrileri

arasında büyük farklılıklar vardır. ( Şekil 10. )

Şekil 10. Alkali muamelesinden önce ( yuvarlaklar ) ve alkali muamelesinden sonra

( üçgenler) sığır derisindeki kollagenin titrasyon eğrileri17

Doğal kollagenin İEN pH= 7’de asit bağlama kapasitesinin gram kollagen başına

0,85–0,9 ekivalent asit, maksimum baz bağlanma değerinin 0,4–0,5 ekivalent alkali

olduğu ve alkali muamelesi görmüş kollagenin pH= 6–8 arasında fonksiyonel hidroksil

gruplarında dikkate değer oranda azalmalar meydana geldiği tespit edilmiştir.

26

Doğal kollagenin büzülme temparatürü ( Ts) = 65 0C iken kireçlik sonrasında bu

50 0C’ye hatta kireçlik süresine göre daha aşağıya düşmektedir.

1941’de Theis ve Jacoby kireçlenmiş derilerin titrasyon eğrileri üzerinde

yaptıkları çalışmada çok uzun kireçlemenin kollagenin izoiyonik noktasını değiştirdiğini

ve daha asit noktaya getirdiğini buldular.18 İzoelektrik nokta bir günlük kireçlemede pH

7 iken 15 günlük kireçleme sonunda pH 5,8’e düşmektedir. En büyük değişme

kireçleme süresinin 3 ile 15. gününde olmaktadır. İzoelektrik noktanın değişmesi şu

sebeplerden veya şunların kombinasyonundan ileri gelmektedir:

a. İlave asit grupları teşkili olmaksızın aktif karboksil gruplarında artış

b. Kollagenin protein-alkali hidrolizinin basitleşmesiyle ilave asit

gruplarının meydana gelmesi.

c. Asit amid gruplarını aktif karboksil grupları ve amonyağa parçalanması.

CONH2 + H2O → COH + NH3

Alkali kalsiyum hidroksitte fazla kalış:

a. Artan asit bağlamaya

b. Artan alkali bağlamaya

c. Daha asit İzoelektrik noktaya sebep olur

Kireç proteinler üzerine etki ettiğinde proteinler hidrolize olarak yapısı kısmen

parçalanır ve daha küçük moleküllere çözünürler. Deride bulunan üç ana protein

üzerinde yapılan aminoasit analizleri kirecin bunlar üzerine farklı şekilde etki ettiğini

göstermiştir.

Globüler proteinler üzerine olan etkisi sonucu; deride serbest asit ve amino

grupları çoğunlukta olduğundan yüksek derecede çözünme görülür. Globüler

proteinlerin çözünmesi sonucu kollagenin moleküler kohezyonu değişir ve bitmiş

derinin tutumu, mukavemeti gibi özellikleri de etkilenir.

27

Kollagende ise az sayıda asit ve amino grupları kullanılabilir olduğundan,

kollagen ancak uzun süre asit veya alkali etkisinde kaldığında çözünme olabilir.

İndirgenmiş keratin hidrolize karşı daha duyarlıdır ve bu durumda alkalide

kollagenden daha fazla çözünür. İndirgen bir madde ve alkali ilavesi kollagende zarar

verici bir etki yapmazken kıl keratininde kısmi parçalanma ve erime meydana getirir.15

Tola gelişimi deri proteinlerinin parçalanması ve çözünerek deriden

uzaklaştırılması ile bağlantılıdır. Kollagen (yapılanmış deri proteini) yapısında olmayan

çözünebilir deri proteinleri ( yapılanmamış ) salamura ve ıslatma sırasında deriden

uzaklaştırılır. İyi gelişmiş bir tola %95’ten fazla kollagen ihtiva eder. Kollagen

kireçlikte kullanılan kimyasallardan az ya da çok etkilenir. Bu etkilenme, polipeptid

zincirlerinde çok sayıda yeni reaktif gruplar oluşturacak şekilde ise tola iyi gelişmiş

denir. Etkilenme, fazla protein kaybı ve polipeptid zincirlerinin fazla kırılarak

boylarının kısılması şeklinde olursa deride “boşluk” meydana getirir ve derinin

mukavemeti azalır. Buna “aşırı kireçlik” etkisi denir.16

Kollagende en önemli değişim pH= 7–9 arasındadır. Özellikle deaminize

kollagenin bu bölgedeki baz bağlama kapasitesinin doğal kollagenden 2 kat daha fazla

olduğu tespit edilmiştir. ( Kollagenin deaminasyonu, kollagen bünyesindeki amid

gruplarının parçalanarak asidik amino asitlerine dönüştürülmesidir. )9

Kireç sıvılarının bir etkisi de deri proteinleri üzerine olan şişme etkisidir.

Kireçlik sıvısında kollagen pH’ya ve tuz konsantrasyonuna bağlı olarak şişmektedir.

Alkali ortamda ( Na2S, Ca(OH)2, Yüzey Aktif Maddeler, NaSH gibi – Şekil 11. ) aktif

hale geçen kollagenin bazik gruplarından bir H+ iyonu çıkınca negatif yükü artmış olur

ve aynı ortamda bulunan alkalinin pozitif yükü tarafından dengelenir.

28

Şekil 11. Kollagenin Na2S, Ca(OH)2, Yüzey Aktif Maddeler, NaSH gibi maderle

etkileşimi

Bunun sonucunda bir kollagenin fibrili içinde oluşan su hareket halinde serbest

kalmış ve fibril hacminin genişlemesine ( şişmeye ) neden olmuş olur. Şişmenin tayini

kalınlık, ağırlık ve hacimdeki artışlardan tespit edilir. Ayrıca tek lifin boyu

ölçüldüğünde kireçlik olmuş kollagen lifinin normal kollagen lifine göre daha kısa

olduğu görülmüştür. Görünüm tamamen transparan bir hale gelmiş, her türlü fiziki ve

kimyasal etkilere karşı çok düşük stabilite göstermesi eğilimine girmiştir. Burada fibril

yapısına alınan su miktarı sadece basınca bağımlı kalmaz. Bu şişme olayı deri

işlentisinde pH = 12,5’e kadar tersinir özelliğini korur. Ancak alkalilik derecesi pH =

12,8’in üzerine çıktığı zaman aşırı şişme meydana gelir. Sonuçta kollagenin fibriler

örgüleri ve onları tutan kimyasal bağlar koparak molekül zincirleri parçalanır. Normal

bir kireçleme işleminde pH 12–13 arasındadır. Deri böyle bir sıvıya sokulduğunda cilt

ve et yüzü pH 12,5 değerine maruz kalırken derinin orta kısmı hala nötrdür. Bu

durumda derinin yüzeyleri ve orta kısmında farklı şişme meydana gelir. Süreye bağlı

olarak kireçleme ilerledikçe yüzey ile orta kısım arasındaki pH farklılığı azalır ve deri

homojen bir şekilde şişmiş olur. Normal olarak kılların ayrılması derinin düzgün şişme

durumunda daha fazladır. Bunun sonucu olarak eğer şişme homojen değilse kılların

ayrılması aksayabilir. Kireç veya diğer alkalilerin deri proteini üzerine etkisiyle protein

zincirleri arasındaki bazı hidrojen köprüleri bozulur. Bu deride daha fazla asit ve alkali

29

grupların ortaya çıkmasına neden olur. Pratikte bu duruma “derinin açılması” denir.

Derinin açılması fiziksel olduğu kadar kimyasaldır da. Kireçlik süresi arttıkça deride

daha fazla açılma veya kollagen lif demetlerinin ayrılması meydana gelir. Buna ek

olarak derinin kimyasal aktivitesi artar. Bu yönüyle şişme etkisinin pratik açıdan deri

özellikleri üzerine etkisi önemlidir.16 ( Şekil 12. )

30

Şekil 12. Kireçliğin deriyi açma etkisi9

Alkali ortamda yapılan kireçlikte kollagenler (-) negatif yüklenirler. Alkali

şişmesi ile kollagen lifleri deri dokusunda bir gerilme meydana getirir. Derinin sıkı

dokulu bölgelerinde lifler, kendi yapılarına göre değil, doku yapısının müsaade ettiği

şekilde ve yönde şişerler. Bu şişme etkisi liflerin mukavemetinin üzerine çıkması

halinde liflerde kopmalar olur. Normal yapısında esnek olan lif dokusu, liflerin kırılması

ile esnekliğini kaybederek sertleşir.

Deri lif dokusu, lifler kopmayacak şekilde şişmeye zorlandığında lif dokusu

gevşetilmiş olur. Bu gevşek yapıda lifler hareket serbestliğine sahip olurlar. Lifler bu

durumda tabaklanarak sabitleştirildiğinde deri yumuşak ve hoş tutumlu olur.

Deri şişme esnasında su bağlar kalınlığı ve ağırlığı artar. Şişme pozisyonunda

liflerin gerilmesi, derinin gevşek yapılı bölgelerinde, sıkı yapılı bölgelerine göre daha

fazla olur.

Aşırı olmayan şişmelerde deri lif dokusu gevşer, polipeptid zincirlerinin yan

dallarında, yardımcı madde ve tabaklama maddelerinin bağlanabileceği ilave aktif

31

gruplar oluşur. İyi gelişmiş tolanın fazla tabaklama maddesi bağlaması bu özelliğe

dayanır.16

Kireçlik çözeltisinde pH çok yüksek olursa derinin yüzeyi alkali absorblar ve

cildi derinin orta kısmından daha fazla etkilenir. İç gerilim ve dış gerilim arasındaki

farklılık yüzünden düzgün olmayan şişme meydana gelebilir ve hatta bazı kısımlarda

lifler arasında kopmalar olabilir. Bu durum derinin cilt görünüşüne etki ederek ciltte

kırışıklıkların ortaya çıkmasına neden olur.

Şişme ile deri liflerinin çapında boylarına göre daha fazla artış olur. Öte yandan

derinin farklı tabakalarında liflerin dokunuş tarzlarının farklı olması şişmenin başka bir

nedenidir. Hatırlanacağı gibi deri liflerinin dokunuş tarzı cilt tabakasında yüzeye dikey,

et tabasında ise paraleldir. Bu nedenle aşırı şişme ile deri liflerinin çapı boylarına göre

daha fazla arttığında cilt yüzeyi et yüzeyine göre daha fazla artar.15

7. KİREÇ GİDERME - SAMA İŞLEMLERİNDE MEYDANA GELEN

DEĞİŞİMLER

7.1 Kireç Giderme

Kireçlik işlemi sırasında deri kireç absorblamıştır ve kireç kollagen lifleri

arasında süspanse olarak ya da liflere kimyasal bağlı alkali durumunda bulunmaktadır.19

Kireçlikte kullanılan sodyum ve kalsiyum iyonları kollagen karboksil grupları ile

kuvvetli bağ teşkil ederler. Kalsiyum, sodyum ve amonyum iyonlarından daha kuvvetli

bağlanır.16

Kireçli deri kollagen lifleri arasına alkali absorbe etmiş durumdadır. Herfeld’e

göre kireç deri içinde üç formda bulunur;

1- Deriye bağlı kalsiyum olarak

2- Deriye bağlanmamış, deri lifleri arasındaki çözeltide asılı formda

3- Kalsiyum sabunları halinde15

32

Kireç giderme işleminde lifler kimyasal bir değişim göstermez. Sadece fiziksel

bir değişim gösterir. Kireç gidermede kullanılan maddelerin miktarının bu fiziksel

değişimlerde etkisi çok fazladır. Burada alkali etkisiyle oluşan deri liflerindeki şişme

kireç giderici maddelerle normale çekilir. Bunun sonucunda da lif boyutlarında bariz

uzama görülmektedir.

7.2 Sama

Sama enzimlerinin kollagen üzerine olan etkilerini açıklamak için derinin

samadan önceki ve sonraki durumlarına bakmak gerekir. Samadan önce kollagen lifleri

sert, elastik ve şişkin durumdadır. Samadan sonra ise şişkinlik sönmüş, lifler

kayganlaşmış ve deri kendini salmıştır. Bu sırada edinilen gözlem samanın kollagen

liflerini parçalamadığı, fakat onları fiziksel olarak değiştirdiği şeklindedir. Bu durum ilk

defa Stiasny tarafından açıklanmış ve kollagen liflerinin samada çok hafif

peptidleşmeye uğradığı şeklinde yorumlanmıştır. Nitekim Gustavson triptik enzimlerin

sama işlemi sırasında kollagen molekülleri arasındaki çekim kuvvetlerini azalttığını,

bunun çok hafif peptidasyona yol açtığını belirtmektedir.

Enzim-kollagen çalışmalarının ortaya koyulduğu başka husus da enzim etkisine

tabi tutulmuş kollagen liflerini daha sonra sıcak suda çözünme göstermeleridir. Bu

durum, önce bir kısım enzimin kollagen lifleri arasında absorbe edildiği, daha sonraki

sıcak su muamelesi sırasında etkisine devam ederek liflerde çözünmeye yol açtığı

şeklinde yorumlanmıştır. Fakat iyice yıkanmış örneklerde bile sıcak suda çözünme

görüldüğüne göre, kollagen lifleri arasında veya yüzeyinde absorbe edilmiş enzim

yıkamayla uzaklaştırılamamaktadır. Bu husus enzimin kollagen lifleri yüzeyinde

mekanik olarak absorblanmadığı enzim-substrat bileşiği halinde bulunduğunu

göstermektedir. Teknolojik açıdan bu durum çok önemlidir. Kollagende çözünme

olmaması için samadan sonra deriler sıcak su ile yıkanmamalı ve soğuk su ile yıkanarak

pikle işlemine mümkün olduğunca çabuk geçilmeli, böylelikle enzimler uzaklaştırılmalı

ve inaktif hale getirilmelidir. 15

33

Tolanın kireçlikte artan şişme oranlarında, enzimlere karşı duyarlılığı

artmaktadır. Tola nötralize edilip şişkinliği giderildikten sonra da bu duyarlılık devam

etmektedir.

Kollagen üzerinde yapılan denemelerde, artan enzim konsantrasyonlarının,

enzim etkisi üzerinde fazla değişiklikler yapmadığı gözlemlenmiştir. Bunu pratikteki

anlamı samada daha yüksek enzim konsantrasyonlarının kullanılmasının ekonomik

olmadığıdır.

Trypsin enzimleri, kollagen yapısında olmayan proteinleri parçalar, kollagenin

parçalanması çok azdır. Etkili bir sama ile kollagenler fazla bir zarar görmeden derinin

yumuşaklığı artırılır. Enzim etkisi, yapılanmamış kollagen molekülleri fibrillerini

etkileyerek fibril yüzeylerini temizler. Böylece tabaklama, dolgu ve yağ maddelerinin

deriye işlemesi iyileştirilir, deri kuruken deri liflerinin birbirine yapışması önlenir.

Kurumuş deride liflerin birbirine yapışık halde bulunmaması yumuşaklığı artırır.16

Samada amaçlanan kollagene zarar vermeksizin yapıyı gevşetmektir. Enzimlerin

substrat spesifik özellikte olmaları önemli bir özellikleridir. Bu sayede örneğin samada

kullanılan enzimlerden biri olan pepsin sadece aromatik aminoasitler, mono amino

dikarboksilik asitler veya lipofilik amino asitlere bağlı karbonil gruplarını hidroliz

ederken valin, alanin, glisine bağlı karboksil gruplarında etkin değildir. Enzimlerin bu

spesifik özelliği kullanılarak derideki kollagen dışındaki proteinleri hidroliz etmek

mümkün olmaktadır.20

Sama işlemi derini en kritik işlemidir. Bu işlem sırasında enzimler yardımı ile

derinin şekilsiz proteinleri parçalanarak deriden uzaklaştırılırken işlem sırasında

meydana gelebilecek en küçük bir aksama bile deriyi tahrip edebilmekte ve mamul deri

kalitesine büyük zarar verebilmektedir.19

34

8. PİKLE İŞLEMİNDE MEYDANA GELEN DEĞİŞİMLER

Kollagen lif demetleri saflaştırılarak mineral tabaklama maddelerinin etkisine

hazırlanır; deri pikle işlemi gördükten sonra uzunca süre bozulma olmaksınız

depolanabilir. Pikle işleminde derinin asitle muamele edilmesiyle kollagenin amino

grupları pikle asidinin amonyum tuzları haline dönüşür.

Kireç giderme ile şişkinliği ve sertliği büyük oranda giderilmiş olan tolada hala

biraz şişkinlik bulunur. Bu şişlik pikle asidiyle tamamen giderilir ve deri yumuşak ve

dökümlü bir hale gelir.16

Sama işleminin pH’sına bağlı olarak deride bir miktar kalsiyum kalır. Pikle

işleminin ilk aşamasında asit ilk önce protein-alkali bileşiği üzerine etki ederek bağlı

alkaliyi proteinden söker. Bu durum aşağıdaki gibi formüle edilebilir.( Şekil 13. ).

35

Şekil 13. H2SO4 ilavesi ile alkalinin uzaklaşması

Banyoya asit ilavesi devam ederse deri proteininin asidik grupları tamamen

proton kazanır, asit bağlama kapasitesi yükselir ve deri katyonik ( + ) yüklü duruma

gelir.15

Deriye asit etkisiyle kollagenler su alarak şişerler ve böylece lif dokusu gerilerek

sertleşir. Asit etkisiyle meydana gelen şişme sonucu derinin kalınlığı artar, deri sertleşir

ve bükülme özelliği azalır. Mineral asitlerle meydana gelen şişme ve sertleşme,

alkalilerle ulaşılabilen şişme sertleşmeden çok fazladır. Bu şişme ve sertleşme ile lif

yapısı büyük bir mekanik gerilime maruz kalır. Bunu sonucunda lifler parçalanır ve

mekanik dayanıklılığı kalmaz. Alkali şişmesi büyük oranda geri dönüşlüdür ( kireç

giderme ile) ve deriye zarar vermez. Asit şişmesi geri dönüşlü olmadığı için deride

kalıcı zararlara neden olur. Asit şişmesi piklede tuz kullanılarak önlenir. 16

Kollagenin şişme özelliği deyince; lifler arasına su moleküllerinin girmesiyle

meydana gelen kalınlaşma veya kitle artışı anlaşılır. Asitler şişmeyi teşvik eder. pH

değeri olarak ifade edilen izoelektriki noktada kollagen minimal şişme gösterir.

36

İzoelektriki noktanın altında ve üstündeki pH değerlerinde şişme maksimuma yaklaşır.

Şekilde bu durum daha açık olarak görülebilir. ( Şekil 14. )

Şekil 14. pH değerine göre kollagenin % olarak su bağlamasındaki değişim.

Şişmiş kollagen aldığı suyu oldukça sıkı bir şekilde tutar. Kollagenin suyu

kimyasal olarak bağlaması mümkündür. Çünkü yüksüz durumda bulunan su molekülü

gerilmiş bir durumda olmayıp, kıvrılmış durumda bulunmaktadır. O2 atomunun

yakınında çok az bir ( - ) negatif yük fazlalığı vardır.

H atomlarında ise ( + ) pozitif yük bulunmaktadır. Böyle bir moleküle dipol

denir. Dissosiye olmuş kollagen grupları, yani iyonlar tarafından dipoller çekilirler ve

zayıf bir şekilde bağlanırlar. Bu şekilde meydana gelen hidrat zarı bir maddenin

çözünürlüğü için büyük önem taşır. Kollagenin çok fazla şişmesi sonucu; kollagende

dönüşümü mümkün olmayan strüktürel bozulmalar meydana gelir ve tamamen

37

parçalanmış olur. İşte kollagenin bu özelliği deri üretimindeki proseslerin tertip ve

tanzim edilmesinde rol oynar. Bilindiği gibi dikkat edilmesi gereken husus asit

şişmesinin kontrol altına alınması gerektiğidir. Asit şişmesi sonucu lif demetlerinde

kopmalar meydana gelir. Tabaklama maddesinin girişi ve reaksiyonları engelleneceği

için mukavemet kaybı, yumuşak, boşluklu bir deri ortaya çıkar. Şişmenin negatif olması

halinde ise lif paketlerinin sıkışacağı, tabaklamanın aksayacağı söylenebilir.

Bir kollagen, su ve az miktarda bir asit yardımı ile şişirilecek olursa, kollagenin

esas triple heliks strüktürü aynı kalmak koşuluyla protofibriller arasındaki mesafenin

değişken olabileceği görülür. Özellikle X ışınları metoduyla asidin gösterdiği bu etki

incelenebilmektedir. Böylece lifler arasında mesafe oldukça artarak lifin geçirgen bir

özellik kazandığı da gözlenmektedir.

Kollagenin bağ dokusunun şişmesi, sulu çözeltilerin farklı işlemleriyle

sağlanabilmektedir. Örneğin kuvvetli bir asit olan HCl ile

Cl-. H+3 NHCOOH Cloro trihidridoimido karboksilat

şeklinde dissosiye oldukları ve kompleks oluşturdukları binmektedir. Bu suretle oluşan

iyon kondenzasyonu dokunun şişme derecesini belli etmektedir. Böylece çözeltilerde

asit veya alkali ortam arttıkça şişme bir an önce yükselir, hatta azami hale kadar

çıkabilir. Fakat sonra azalma olur ki bu olaya Donnah dengesi denir. Kollagenlerin bu

tür şişme olayında liflerin boyları kısalır ve kalınlıkları artar. Diğer bir şişme olayı ise

tuzlarla meydana gelir ki buna da Lyotropik şişme denir. Bu tür şişme olayında doku

içinde tutulan zayıf asit veya nötral tuzlar molekül veya iyonların hidrotasyonuna

bağlıdır. Fakat işaret etmek gerekir ki bu mekanizma henüz tam olarak anlaşılmış

değildir.

Bütün bu değişiklikler protein strüktürünün rijiditesinin azalmasına neden

olduğu söylenir. Kollagenin şişme süresi moleküller arası bağların sayısına, tipine ve

gücüne bağlıdır. Örneğin, bir hayvan derisi havada kurutularak konserve edildiğinde jel-

benzeri amorf dolgu maddesi denatüre olur ve lifler beraberce tutulur. Dolayısıyla

38

derinin katı ve sert bir tutum kazanmasına neden olduğu görülür ki hava kurusu bu

derilerin ıslatıldığı zaman kolayca şişmelerinin nedeni ancak böyle açıklanabilir.21

9. TABAKLAMA İŞLEMİNDE MEYDANA GELEN DEĞİŞİMLER

Kuşkusuz tabaklama işlemi, ilk olarak kimyasal tabiatlı ve kollagenin

strüktürünü değiştiren en önemli işlem basamağıdır. Teorik bilgiler eskiden beridir

gösteriledurmaktadır. Burada verilen örnekler modern ve yüksek derecede kompleks

metotların moleküler düzeydeki krom tabaklama mekanizmasının açıklaması ile katkı

sağlayıcı bilgilerdir.9 Daha sonra değişik tabaklama maddelerinin kollagene etkilerine

değinilecektir.

9.1 EXAFS ile yapılan krom tabaklama çalışmaları

Krom tabaklama ana tabaklama işlemidir ve bu şekilde de kalmaya devam

etmektedir. Bu yüzden krom tabaklamanın teorik bilgisi halen önemle ilgilenilen bir

konu olarak karşımıza çıkar. Teorik bakış açısı ile kollagendeki çapraz bağlayıcı etki

binukleer krom kompleksinin aspartik ve glutamik asitlerin karboksil grubuna

bağlanmasıyla oluştuğu temeli kabul görmüştür. ( Şekil 15 ). Bilgisayar modelleri bu

reaksiyonun intrafibriler düzeyde mümkün olabildiğini gösterir. 22

39

Şekil 15. Glutamik ve aspartik asitler

Fakat ne yazık ki, şimdiye kadar deride böyle bir mekanizmanın geçerli

olduğunu doğrulayan direkt kanıtlar ortaya konulamamıştır. Belki yakın zamanda

yapılan araştırmalar krom kompleksleriyle çözünmüş kollagenin arasındaki ilişkinin bir

parça olsun açığa çıkarılmasını sağlarlar.23

Rossendorf araştırma merkezindeki deri bilimciler tarafından deride kullanılan

EXAFS ( extended x-ray absorption fine structure ) spektroskopisinde krom

kompleksleri ile ilgili deneysel kanıtlar elde edilmiştir. Son yıllarda EXAFS

spektroskopisi şekilsiz katı ve sıvıların yapısal analizi için başvurulan bir metottur.

Birçok monografi ve inceleme makaleleri EXAFS’nin fiziksel prensiplerini

açıklamaktadır. Özet olarak belirli bir atomun daha önce belirlenmiş iyonizasyon

başlangıcı bir fotoelektronu çıkarılır. Bu çıkan elektron dalgaları iyonize edilmiş

atomun yakınındaki komşu atomlardan geri yayılır. Çıkan ve yayılan elektron dalgaları

arasındaki etkinin foton enerjisinin bir ilavesi gibi absorbsiyon katsayısının

modülasyonuna sebep olur. EXAFS spektrumu analizleri merkez atomu saran yakın

komşularda şu yapısal bilgileri verir: komşu atomun tipi, inter-atomik uzaklıklar,

koordinasyon numaraları ve Debye-Waller faktörleri.

40

Aşağıdaki örneklerin Cr K-edge EXAFS spektraları ölçülmüştür:

Krom Şapı ( katı ve 0,2 mol/l çözeltisi ) , teknik olarak bir krom tabaklama maddesi

temel bir krom sülfat’ın katı ve 0,2 mol/l’lik çözeltisi, deri ve Cr+3 muamele edilmiş

jelâtin.

Deri ağırlığının %1,5’u Cr2O3 ile tabaklanmış ve etkili bir şekilde yıkanmış ve

asetonla dehidrate edilmiştir. Jelâtin Cr2O3’ün değişik ilaveleriyle tabaklanmıştır.

EXAFS deneylerinin amacı kromun yakın komşuları çevresinde yapısal parametreleri

belirlemek ve çift çekirdekli komplekslerin her bir Cr-Cr etkilerini gösteren durumumun

olduğunu göstermek içindir. Hamburger Synchrotronstrahlungslabor ( HASYLAB )’da

Si ( 111 ) çift kristal monokromotör EXAFS II kullanılarak 20 K’da geçiş modunda Cr

K-edge EXAFS deneyleri yapılmıştır.9

41

Şekil 16. EXAFS çalışma prensibi ve oluşan eğrilerle çift çekirdekli krom

kompleksinin kanıtlanması.

Şekil 16’da deri örneği verisinin FT ( fourier transform ) yerini tutan ve Cr K-

edge EXAFS spektrumu,iki düzenli kabuğun kanıtını gösterir.1,97 ± 0,02 A da FT’de

ilk tepe nokta krom atomunu çevreleyen altı oksijen atomunu gösterir.. İkinci tepe nokta

FT’de krom atomunu aborbe edenden 2,97 ± 0,02 A bir uzaklıkta bir krom atomuna

gösterir. 2,97 A’da bir Cr – Cr etkileşiminin bulunması deri örneğinde çift çekirdekli bir

krom kompleksinin oluşumunun direkt kanıtıdır.9

42

Çizelge 2’de XRD aracılığıyla Cr2(OH)2(H2O)8’in hacim ölçümünü elde etmeyi

ve bilgisayar modellemesiyle hesaplamak için EXAFS yapısal parametreleri

karşılaştırılmıştır. Görüldüğü gibi yapısal parametreler Şekil 16’da belirli yapı için XRD

ile ölçülen inter-atomik uzaklıklarla mükemmel bir uyum içerisindedir. 2,97 A Cr – Cr

uzaklığımız bilgisayar modeli ile elde edilen 2,71 A değeriyle bir uyum içindedir.

Sonuçlar bilgisayar modellerinden tahminlerle tam olarak saptanmıştır ve bu sonuçlar

şimdiye kadar deride kollagen üzerinde krom bağlayıcı hakkındaki genel fikirlerin ilk

deneysel kanıtıdır.9

1.kabuk Cr-O’dan

meydana gelir

2. kabuk Cr-Cr’den

Meydana gelir

Koordinasyon numarası: N ± 0,2

İnter-Atomik mesafe: R ( Å ) ± 0,002

Yapısal Düzensizlik ( Debye- Walter Faktörü ) σ2 (Å2)

Parantez içindeki ( X ) rakamların anlamı ± son pozisyon

Cr – O Cr – Cr

N R σ N R σ

Chromasal solid 5,6 1,97 0,0027 2,0(4) 3,07 0,009(1)

Chromasal 0,2m 6,0 1,97 0,0038 0,7(2) 3,00 0,009(1)

Chromalum solid 5,6 1,97 0,0017 - - -

Chromalum 0,2m 6,3 1,98 0,0038 - - -

Chrom Leather 6,0 1,98 0,0032 1,2(2) 2,97 0,0040(8)

Asetonla dehidrate edilmiş wet-blue, %1,5 Cr2O3, yoğun şekilde yıkanmış

Gelatine 5,9 1,98 0,0032 1,2(2) 2,97 0,0044(8)

Mesafe -O-Cr-O-Cr-O- 6,91 Å

(Cr)2(OH)2(H2O)8

Kristal Strüktür Araştırması verileri:

Parantez içindekiler hesaplanmış değerlerdir.

Çizelge 2. EXAFS verilerinin kristal strüktür ve bilgisayar modelleriyle karşılaştırılması

43

Çizelge 2’de verilen EXAFS yapısal parametrelerinden birkaç önemli sonuç

çıkarılabilir.

1. Krom şapı hem katı olarak hem de çözelti halinde Cr – Cr etkileşiminin kanıtını

göstermez ve bu nedenle mono – nükleer bir krom kompleksi gibi bulunur.

2. Katı haldeki kromda 3,07 A Cr – Cr etkileşimi için koordinasyon numarası

2’dir. Bu nedenle katı haldeki temel krom poli-nükleerdir. Kromun

koordinasyon numarası çözelti içerisinde binükleer bir krom kompleksinin

yaklaşık olarak göstergesidir.

3. Çapraz bağlanmanın aynı mekanizması tüm diğer yapısal şartlara rağmen

derideki gibi jelatin içinde gerçekleşir.

9.2 Değişik Tabaklama Maddelerinin Kollagene Etkisi

Bilindiği gibi tabaklama olayı çeşitli tipteki tabaklama maddelerinin sulu

ortamda nüfus ettirilerek kollagende bulunan bağ yerleri ile fiziksel ve kimyasal

anlamda reaksiyona sokulması sonucu doğal kollagen strüktürünün sağlamlaştırılması

işlemidir. Şekil 17’de değişik tipteki tabaklama maddelerinin kollagenle meydana

getirdiği çaprz bağlar görülmektedir.24

44

Şekil 17. Değişik tabaklama maddelerinin kollagenle meydana getirdiği bağlar.

9.2.1 Bitkisel tabaklama

Bitkisel tabaklamada kollagenin karbonamid gruplarıyla bitkisel tabaklama

maddelerinin fenolik –OH grupları arasında H köprüleri teşkil edilmek suretiyle çapraz

bağlar oluşur. Gerek hidrolize olabilir gerekse kondanse olmuş bitkisel tabaklama

maddelerinin deri ile meydana getirdiği bağların büyük kısmı H köprülerine

dayandırılmaktadır. Burada tabaklama maddesinin fenolik hidroksil grupları H atom

vericisi olarak görev yaparlar. Fenolik hidroksil gruplarının H atomları kollagendeki

karşıtları veya tepkimeye giren kısım ilk aşamada peptid gruplarının çift bağlı O2

atomudur. Diğer bir hidrojen köprüsü kollagenin H atomunu kateşinin eter O2 atomuna

bağlamasıyla olur.

Bitkisel tabaklama maddelerinde çok sayıda –OH grubu olduğundan ve

kollagende yeter miktarda bağ teşkil edecek partner bulunduğundan bir çok H köprüsü

meydana getirilir ve bu köprülerin güçlerinin toplamı tabaklama maddelerinin deriye

oldukça sağlam bağlanması için yeterlidir.

9.2.2. Sintanlarla Tabaklama

45

Burada da bitkisel tabaklama maddelerinde olduğu gibi tabaklama reaksiyonu H

köprüleri üzerinden tamamlanır.

9.2.2.1.Naftalin Sintanlar

Deriye bitkisel tabaklama maddeleri gibi bağlanırlar. Sintanın sülfo grubu

kollagenin kenar zincirindeki katyonik gruplara tuz bağı ile bağlanır. Bu nedenle fazlaca

tabaklama etkileri yok ve derinin büzülme temparatürünü ( Ts ) ancak 3-5 0C

yükseltebilirler. Nötr pH’da az olan fiksasyon pH düştükçe artar.

9.2.2.2 Fenolik Sintanlar

Fenolik hidroksil grubu taşıdıklarından kollagen ile reaksiyona girerler ve

tabaklama etkisi gösterirler. Fenolik sintanların retenajda bitkisel tanenlere üstünlüğü

kollagene karşı daha yavaş bir reaksiyon hızına sahip olmalarıdır. Bu nedenle deri içine

daha homojen dağılarak ciltte yığılma göstermezler ve cilt kırışıklığı tehlikesi

yaratmazlar.

9.2.3. Aldehitlerle Tabaklama

Aldehitlerin kollagenin yüksek aminoasitleri ( elektriksel net yükü olan amino

asitler) ile reaksiyona girdiğinde reaksiyonun çözelti asiditesi, reaksiyon süresi ve

çözeltinin sahip olduğu aldehit konsantrasyonundan büyük ölçüde etkilendiği tespit

edilmiştir. Formaldehit ve glutaraldehitin pH= 6,25 – 7,10 arasında fonksiyonel alfa ve

∑- amino gruplarıyla verdiği reaksiyonun maksimum ulaştığı pH = 8 değerine doğru

reaksiyon veriminde önemli düşüşler olduğu görülür.

46

Formaldehit ve glutaraldehitin fonksiyonel amino gruplarına metilen köprüleri

üzerinden çapraz bağlanarak tabaklayıcı etki gösterdiği bulunmuş; aldehit ile

tabaklanmış derilerin büzülme temparatürünü 15 0C arttırarak 80 0C’ye çıkarır ancak

formaldehit ile tabaklanmış derilerin asidik çözeltilerde yıkanmasıyla metilen bağlarının

parçalanarak büzülme temparatüründe önemli düşüşler kaydedilir. Amino gruplarına

aldehit bağlanmış olan derilerin katyonik yüklerinin azalıp İEN pH’larında ani düşüşler

olduğu bilinir.

9.2.4. Mineral Tabaklama

-OH grubu taşıyan metal kompleksleri kollagene kısmen koordinatif kısmen de

valanslar üzerinden bağlanır. Bağlanmaları pH’ya son derece bağlıdır. Ör: Al, Zr.

Bu işlem sonrasında kollagenin hidrotermal stabilitesini 60- 65 0C’ten 120 0C’ye

çıkıyoruz. Tüm fiziksel ve kimyasal etkilere ( özellikle bakterilere ) karşı daha da

dayanıklı hale gelir.

Doğal kollagenin krom ile muamelesinde büzülme sıcaklığı 115 0C bağlı

oksitlerin miktarı % 5,51 olarak tespit edildiğinde, nitroz asit ile deriştirilen kollagene

%3,46 krom oksit bağlanırken büzülme sıcaklığı 113 0C olduğu sodyum glioksilat

muamelesi görmüş kollagenin krom ile reaksiyonu sonunda bünyesinde %6,98 oranında

krom oksit bağlandığı ve büzülme sıcaklığının 114 0C’ye ulaştığı anlaşılmıştır.

Etkin bir krom tabaklama için deri tarafından tüketilen Cr miktarı artması için

molekül reaksiyonu ile kollagene ilave karboksil grupları dahil edilebilir. (Şekil 18. )

( Amino yan zincirine kovalent bağ yapmasıyla ). Böylece kollagenin büzülme

sıcaklığında dikkate değer artışlar olduğu anlaşılır.

47

Şekil 18. Esterefikasyon ve Süksilasyon

10.YAŞ BİTİM İŞLEMLERİNDE MEYDANA GELEN DEĞİŞİMLER

Yaş bitim işlemleri yıkama/su ile temizleme, nötralizasyon, retenaj/dolgu,

yağlama ve boyama işlemlerini içerir. Boyama işleminde kullanılan boya yardımcı

maddelerinin tabaklama kabiliyetlerini göz ardı edersek yapısal bakış açısıyla bizi

ilgilendiren işlemler retenaj / dolgu ve yağlama işlemleridir.9

10.1 Retenaj

Tabaklama / retenaj işlemlerinde pratikteki esas, kollagen yapısına makroskobik

olarak bağlanma şeklinde olan penetrasyon işlemleriyle ilgilidir. Tanenlerin etkin gücü

reaktif grupları ve bunların kollagenin gruplarına karşı afinitesi olduğunda, partikül

boyutu küçük ise yapısal etki azdır. Tabaklama işlemini esas takviye edici bir işlem

olarak görüyorsak, potansiyel çapraz bağlayıcılar asgari düzeyde bifonksiyonel ve

olabildiğince küçük olmalı fakat kollagendeki reaktif grupların arasındaki mesafeyi

kapsayabilecek kadar da geniş olabilmelidir. Bu durumdan dolayı çok küçük veya hiç

48

denecek kadar az bir “doldurma efekti” gözlenir. O yüzden ilk olarak afinitesiyle

penetre olmayan fakat konsantrasyon eğilimiyle, dolaptaki mekanik hareketle

desteklenen doldurucu maddelere ihtiyacımız var. Örneğin önce doldurma işini yapan

ve esasen kollagenin yapısındaki makro porların içinde olan maddeler gibi. Bu gevşek

bölgelerin doldurulması vs. gibi işlemler için uygundur. Bunlar yaş bitim/retenaj

işlemlerinde önemlidir fakat “esas tabaklama” işinde ilk örneği teşkil etmezler.9

10.2 Yağlama

Yağlama işlemi kimyasal olan yağlama efekti ile kollagen strüktür elemanlarının

( CSE ) değişimine neden olur. Çoğu, deri, deriye uygun bir yumuşak karakter

kazanmak için böyle bir yağlama işlemine ihtiyaç duyarlar. Biz bunu hissederek veya.

BLC Softnesss meter ( yumuşaklık ölçüm cihazı ) ve buna benzer aletlerle aşağı yukarı

ölçebiliriz. Yumuşaklığın ölçülmesi ve koryumdaki değişik tabakalar arasındaki

topografik değişikliklerin hesaplanması hakkındaki yöntemi geliştirilen Çek Deri bilim

adamı Vaculik’in “Sandwich-tester” metoduna odaklanılabilir. Yumuşaklık ayrı

tabakalarda 3mm genişliğinde derinin çıkarılması, nazikçe çenelerin arasına

sıkıştırılması ile ölçülür. 2mm’lik bıçak, 0,1 den 3 Newton’a kadar kuvvetle 0,1 mm

derine girer. Bilgisayar deri örneğinin kuvvet altında olduğunda ve kuvvet altında

olmadığı zamanlardaki şeklini kayıt eder. Bunun anlamı farklı sıkıştırılabilme

değerlerinin ölçümüdür. Sonuçlar direkt olarak SEM resimleri ile karşılaştırılarak eğri

şeklinde belirtilebilir.

49

Şekil 19. Sandwich Testinin Prensibi

Yağlamanın ayrıntılarını içeren çok sayıda orijinal bildiriler, tezler vardır. Yine

de bazı deriyle ilgilenen bilim adamları bu işlemi “kara kutu” olarak isimlendirirler.

Yapısal bakış açısıyla “yağlayıcı tabaklama maddeleri” özel bir ilgiyi hak ediyorlar

çünkü yağlamanın yanı sıra doldurma efekti de sağlıyorlar. Yağlama işlemi ile deri

lifleri birbirine yapışmadan kuruyacak şekilde izole edilir. Bunun sonucu deri yumuşak

ve dolgun olur.9

50

11. KURUTMA İŞLEMİNDE MEYDANA GELEN DEĞİŞİMLER

Boyama ve yağlama sonrası deri kurutma için hazırdır. Deri tabaklanmıştır ve

tabaklama, boyama ve yağlama maddeleri liflerle sıkı temas içindedir. Bu maddelerden

bir kısmı hala lifler arasındaki çözelti içindedir ve liflerle reaksiyon tam olarak

tamamlanmamıştır. Kurutma işlemi sadece deriyi pratik olarak kullanılabilir forma

dönüştürmek üzere basitçe nemim giderilmesi değil, aynı zamanda deri üretimindeki

kimyasal reaksiyonlara da katkıda bulunan bir işlemdir.

51

Wilson adlı araştırmacının deri teknolojisi konusunda ilk kitaplarında bir jelatin

küpünün kurutulması derinin kurutulmasına örnek olarak verilmiştir. Kollagen hem asit

hem alkali bölgede çok sayıda reaktif gruba sahip doğal protein maddesinin komplike

bir örgü ağıdır. Kollagen büyük miktarda su ile bağlıdır. Wilson’ın jelatin küp örneği

aslında lifsi yapıya sahip olmayan bir ham deri proteinidir. Jelatin bloğunun

kurutulmasında jelin dış yüzeyindeki rutubet giderilir ve bloğun iç tarafından dış yüzüne

doğru dereceli bir nem migrasyonu gerçekleşir. Çok yavaş kurutma koşulları altında

yüzeydeki buharlaşma yüzeyden uzaklaşan suyun içeriden migre olan suyla telafi

edilecek yeterli hızda gerçekleştirilir. Hızlı buharlaşmada içerideki su yeterli hızla göç

edemez ve yüzey dehidrate olur. Bu dehidratasyon jelatin moleküllerinin birbirini

çekmesini ve hidrojen bağlarının oluşmasını ya da lifler arasında çapraz bağ oluşmasını

engeller. Dış yüzey bloğun içine göre oldukça farklı bir madde galine gelir. Suyun

yüzeye geçişini azaltan sert bir kütle oluşturur. Deri söz konusu olduğunda, aşırı ısıtma

durumunda dış yüzey dertleşir ve derinin iç kısmı hapsolmuş suyla nemli kalır.

Düzgün tabaklanmış deri jelatin bloğu örneğinden oldukça farklı davranır.

Tabaklama kollagenin bazı hidrofilik gruplarını elimine eder ve bunlar artık su emmez

hale gelir. Böylece derinin içindeki su çok daha kolay yüzeye göç edebilir ve

buharlaşma olabilir.

Çoğu deride olduğu gibi deri liflerinin birbirini çekmesi kuruma sırasında bazı

yapışmalara neden olacaktır. Sonuçta deride bazı fiziksel büzülmelere neden olacaktır.

Deriyi uzatılmış pozisyonda tutan mekanik sistemleri içeren kurutma metotları daha

geniş bir deri alanı verecektir ve liflerin düzensiz çekim kuvvetlerinden oluşacak

bükülmeleri engelleyecektir. Pratik kurutma metotları iyi bir alan elde etmek ve

kurumada büzülmeyi engellemek üzere deriyi gerecek şekilde dizayn edilmiştir.

Deriyi içindeki maddelerle kalıcı fiksasyon sağlayacak şekilde çok az nem

içeriğine kadar kurutmak alışılmış bir olaydır. Bir kere kurutulduktan sonra deri tekrar

ıslatılabilir fakat ancak kurutma öncesi haline dönemez. Tabaklama, yağlama ve

boyama reaksiyonu kurutma işlemi sırasında tamamlanır. Bu liflerin fiziksel formlarını

52

etkin bir şekilde sabitler. Kurutma bu yüzden pratik deri kalitesinde büyük öneme sahip

hem kimyasal hem de fiziksel bir aktivitedir.25

Kurutma işleminin deriye alan kazandırma etkisi sağladığı çok iyi bilinen bir

gerçektir. Bu tipik strüktürel bir problemdir, liflerin kalıcı şekilde ayrılıp ayrılmadığı

meselesini ortaya koyar. Bu problem otomotiv ve mobilyalık deri tiplerinde ortaya

çıkar. Sıcaklığın artışı ve rutubetin düşüşü gibi etkilerin altında kalan deri büzüşür. Aynı

çerçevede bu büzüşme ve meydana gelen kuvvet o kadar güçlüdür ki deri kaplı

otomobil kontrol paneli zarara uğrar. Bu kuvvetin araştırılmasında -sıcaklık ve rutubetin

baskı altındaki değişimi- bir metot geliştirilmiştir.

Bu metot elastiklik sabiti olarak bilinen mekanik olarak bağlı disklerin ölçümü

yapılarak basit deri parçalarındaki gerilimi bulmak için kullanılıyor. Derideki gerilimler

diskin içindeki düz eğrilere transferle başlatılıyor ve bu nedenle kuvvet terimleriyle

değerlendiriliyor. Bu diskteki yer değiştirmeleri diskin alt tarafında bulunan metal

tabaka ve sabitlenmiş metalik destek arasındaki kapasite farkının değişimi aracılığıyla

ölçeriz.9 ( Şekil 20. )

53

Şekil 20. Sıcaklık ve rutubetin baskı altındaki değişimi testinin prensibi.

54

12. MEKANİK İŞLEMLER VE FİNİSAJ İŞLEMİNDE MEYDANA GELEN

DEĞİŞİMLER

12.1 Mekanik İşlemler

İskefe ve kuru dolap gibi mekanik işlemler yağlama efekti de dahil olmak üzere

yapısal değişkenlik sağlarlar. Akustik emisyon spektroskopisinin yapısal değişiklikleri

araştırmadaki yararı kanıtlanmıştır. Mekanik işlemler vasıtasıyla CSE’nin ( Kollagen

yapı elemanlarının) adhesyonunun önlenmesiyle deri daha yumuşak hale getirilebilir.

Bu mekanik yağlamanın tipik nedenidir. 9

12.2 Finisaj

Finisaj işleminin normalde yapısal değişiklikle bir ilgisi bulunmamaktadır. Fakat

eğer su derinin derinliklerine doğru aşırı şekilde penetre olursa ve kötü kurutma

koşulları oluşturulursa veya çapraz bağlayıcıların yanlış uygulamaları ile CSE’ler

(Kollagen Strüktür Elemanları) sert bir hale çevrilebilir ve böylece yapısal değişikliğe

neden olunabilir. Bu gibi hatalardan sakınmak için çalışırken çok dikkatli olunmalıdır.9

55

13. SONUÇ

Kollagenin deri işlem basamaklarındaki değişimi şu şekilde özetlenebilir;

Eğer Kollagenin 1. tipi hakkındaki bilgilerimizle deri üretimini tespit etmek

istiyorsak, şunu bilmeliyiz ki gerçekte hücre dışı matrixin parçası olan “kollagen

superfamily” olarak adlandırılan 20 tane kollagene sahibiz. Kollagen Strüktür

Elemanları ( CSE ) hiyerarşik bir prensibe göre sıralanmışlardır: moleküller,

(varsayılan) mikrofibriller / protofibriller ve lifçikler kollagenin “mikroskobik

seviyesinin” temsilcileridirler. Lif yığınları, basit lifler, lifler ve en az ama

azımsanmayacak kadar da lif yapı iskeletleri de kollagen yapısının “makroskobik

seviyesine” aittirler. Yukarıda bahsedilen tüm kollagen strüktür elemanları (CSE)

yapısal değişim geçirirler. Bunlar su ile sürekli etkileşim halindedirler. Bu su-kollagen:

bir “sistem”dir şeklinde ifade edilebilir.

Derideki kollagenin konservasyonu sırasında en önemli aşama kollagenin

makroskobik elemanlarının “birbirine yapışmasını” önlemektir. Bunun anlamı

kollagenin yapı iskeletinin çökmesini önlemek ve liflerin değişkenlik kabiliyetini, basit

liflerin hatta lifçiklerin yapılarını garanti altına almaktır. 3 aşama dikkate alınmalıdır:

deri/koryum içinde yapışmaya neden olacak maddelerin ortadan kaldırılması, örneğin

diğer su ve/veya tuzda çözünebilir proteinlerin, glukoproteinlerin, ve hatta 1 ve 3. tip

olmayan proteinlerin ortadan kaldırılması gibi. Bu tabaklama öncesi yaş işlemlerin ve

konservasyonun temel rolüdür.

Tabaklama işleminin görevi mikroskobik düzeydeki kollagen yapı elemanlarının

kuvvetlendirilmesidir, suyun uzaklaştırılması esnasında kapiller etki altındaki lifçikler

çok yakın olamazlar ve bir araya gelemezler ve böylece birbirleriyle yapışamazlar.

Tabaklama maddeleri bu özellikleri sağlayarak “çapraz bağlayıcı” ve “lif mesafelerini

koruyucu” olarak görev alırlar. Yağlayıcı maddeler ile kimyasal olarak yapılan yağlama

ve mekanik işlemlerle elde edilen yağlama efektleriyle ve optimal kurutma işlemleriyle

kollagen yapısı sağlamlaştırılmış olur.

56

Bu esasla deri üretiminin bilinmeyen detaylarını örneğin; nerde ve niçin farklı

maddelerle çalışıyoruz ve kullandığımız maddelerin optimal miktarlarının nasıl olması

gerektiği gibi sorulara cevap verebilecek ileriki yapısal araştırmalara başlayabiliriz.

Mamül deri özelliklerinin nasıl geliştirilebildiğini anlayabilir ve müşterilerimizin

gereksinimlerine cevap verecek şekilde deriler üretebiliriz.

Şu görülüyor ki yapısal değişikliklerin test edilmesinde oldukça modern ve çok

yönlü metodlar ve araçlar kullanılıyor: Modern X-ray uygulamaları ( XRD, EXAFS ),

scannig force mikroskobu ( SEM ) , environmental scanning elektronik mikroskobu

( ESEM ) ve atomik force mikroskobu ( AFM ), gerilim ölçme ve sandwich testleri

bunlara örnekler olarak verilebilir. Diğer olasılıklar ve kimyasal incelemelerle birlikte

yapısal durumların kimyasal incelenmesi teorik ve pratik açıdan deri üretiminde daha

fazla gelişme sağlayacaktır. Bu yüzden sonsuza kadar doğru olacak bir ifade dile

getirilebilir:

“Eski materyal deri ile geleceğe doğru...”9

KAYNAKLAR

57

1. http://www.iultcs.org/leather_terms/c.asp, 04.05.2008

2. Çolak, M.S. , 2005 Ham Deri Ders Notları (Yayımlanmamış), E.Ü. Mühendislik Fakültesi, Bornova, İZMİR.

3. Varnali, T. , “What’s Leather” Bogazici University Faculty of Arts and Sciences Department of Chemistry, Bebek-ISTANBUL

4. Bansal, M. , 2008, “The Madras Triple Helical Collagen Structure: Recent Data Confirm Old Hypothesis” , Molecular Biophysics Unit Indian Institute of Science, Bangalore- INDIA.

5. http://www.steve.gb.com/science/extracellular_matrix.html, 04.05.2008

6. Hansen, E.F. , Lee S.N. and Sobel H. , 1992, “The Effects Of Relative Humidity On Some Physical Properties Of Modern Vellum” , JAIC Volume 31, Number 3, Article 5 (pp. 325 to 342)

7. http://courses.cm.utexas.edu/jrobertus/ch339k/overheads–1.htm, 04.05.2008

8. Terry, M.T. , 2002, Lecture Notes: Amino Acids and Proteins, Reading: Ch. 5 in text

9. Reich G., 1998, “The Structural Changes Of Collagen During The Leather Making Processes 1998 Atkin Memorial Lecture”, JSLTC Vol. 83, p. 63

10. Garwood, R. , 1990, “Use an aplications of microscopy in the leather industry – a pratical approach to process control and leather manufacture”, J Amer. Leather Chemists Ass. , 90, 337

11. Long, A. J. , Attenburow, G. E. , Covington, A. D. Et al. , 1997, Increasing leather strength through the optimisation of leather fibre polyurethane emulsion interactive forces”, Proceedings, IULTCS Congress, London, pp. 114-124

12. http://www.imagecontent.com/Lucis/applications/bio/tem1/side/tem1-side.html , 04.04.2008

13. Afşar, A. , 2005, Dericilikte Temel İşlemler 1 Ders Notları (Yayımlanmamış), E.Ü. Mühendislik Fakültesi, Bornova, İZMİR.

14. Burgess, D. and Wolf, K.H., 1998, “Automotive upholstery leather”, Leather.

15. Yakalı,T. ve Dikmelik,Y. , 1994, Deri Teknolojisi Yaş İşlemler, Sepici Şirketler Topluluğu Kültür Hizmeti-2, Özen Ofset, İZMİR.

16. Toptaş, A., 1993, Deri Teknolojisi, İstanbul Üniv.Teknik Bilimler Mes. Yük. Ok. Yayınları, İSTANBUL.

58

17. Bowes H. J. Ve Kenten R. H. ,1948, “The Effect of Alkalis on Collagen”, The

British Leather Manufacturers' Research Association, London, S.E. 1

18. Theis, E.R. ve Jacoby T. F. , 1942, “The acid-base binding capacity of collagen”, Biochemistry Division, Department of Chemistry, Lehigh University, Bethlehem.

19. Çolak, M.S. , 2006 Deri Teknolojisi–1 Ders Notları (Yayımlanmamış), E.Ü. Mühendislik Fakültesi, Bornova, İZMİR.

20. Büyükuslu, M. , 1998, “ Deri Sanayinde Enzim Kullanımı” , DETEK, Yıl:1, Sayı:6.

21. Toplu, B. ve Güzelcan M.R., 1989 , “Kollagenin Şişmesi ve Önemi” ( Diploma Tezi), E.Ü. Ziraat Fak. Deri ve Lif Teknolojisi Bölümü.

22. Brown, E. M., King, G. and Chen, J.M., 1997, “Model of the helical portion of a type I collagen microfibril”, J. Amer Leather Chemists Ass. , 92 ,1

23. Brown, E. M. , Dudlay R. L., and Elsetinow, A.R., 1997, “A confarmotional study of collagen as affected by tanning procedures” , 92, 225

24. Sarı, Ö., 1999, Tabaklama Maddeleri Ders Notları (Yayımlanmamış), .E.Ü. Müh. Fak. Deri Müh. Bölümü, Bornova-İZMİR.

25 Thorssenten, T.C., 1993, Practical Leather Technology.

TEŞEKKÜR

59

Öğrenim süremiz boyunca bize bilgilerini aktaran ve çalışmalarımızda yol

gösteren hocamız Yrd. Doç. Dr. Selime ÇOLAK’a teşekkür ederiz.

60