專利名稱：減小皮革損傷的脫毛酶制劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
脫毛工續(xù)是制革生產(chǎn)中必須進(jìn)行的一步，但傳統(tǒng)的硫化物脫毛對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重。酶法脫毛可減少污染，但通常應(yīng)用的蛋白酶，對(duì)皮膠原本身造成相當(dāng)?shù)膿p傷。本發(fā)明加入一種物質(zhì)可減少蛋白酶對(duì)皮革的損傷，同時(shí)保持蛋白酶的脫毛能力。本發(fā)明應(yīng)用于皮革生產(chǎn)中。
背景技術(shù)：
制革工藝中的脫毛是通過(guò)物理、化學(xué)或者生物處理的方法使毛和表皮脫離真皮的過(guò)程。同時(shí)，生皮的膠原纖維間含有很多的可溶性蛋白和纖維間質(zhì)，干燥后，它們把纖維粘在一起，使生皮板硬，不耐彎折，因此，脫毛過(guò)程中還要去除這些纖維間質(zhì)，松散膠原纖維，為后續(xù)工藝創(chuàng)造良好條件。傳統(tǒng)的灰堿法脫毛，脫毛干凈、操作簡(jiǎn)便、容易控制、質(zhì)量穩(wěn)定，且成本較低。但污染嚴(yán)重，脫毛是制革準(zhǔn)備階段的主要污染源，約占整個(gè)準(zhǔn)備階段的84% B0D,75% C0D,85%TDS，還有有毒的硫化物產(chǎn)生。其主要危害有三個(gè)方面①硫化物廢水中存在大量的硫離子，當(dāng)pH值小于8時(shí)，有硫化氫逸出，對(duì)人體造成傷害。而廢水中的硫化物排入江河，可使水質(zhì)發(fā)臭發(fā)黑，濃度大于1. 0ml/L時(shí)，魚將死亡。硫化物滲入土壤會(huì)使植物的根系發(fā)黑腐爛，農(nóng)作物枯萎。尤其麻煩的是，處理制革廢水時(shí)，由于硫化物能抑制微生物的生長(zhǎng)，濃度過(guò)高時(shí)，甚至破壞整個(gè)菌群，造成廢水處理困難。②有機(jī)物脫毛時(shí)大量毛和表皮被降解，浪費(fèi)了資源，大量增加COD、BOD,造成水質(zhì)的富營(yíng)養(yǎng)化，影響水生物 的生長(zhǎng)。③固體石灰大量石灰處于未溶解狀態(tài)，并未得到充分利用，直接排放，會(huì)提高堿度和TDS，石灰和毛渣甚至可能堵塞管道。為了減少灰堿法的污染，有一些其它工藝①有機(jī)硫化物脫毛采用硫醇、硫代乙醇酸鹽等有機(jī)硫化物取代硫化鈉脫毛，可以消除S2_的污染，但價(jià)格高，一般僅作為助劑使用。②用胺類物質(zhì)脫毛胺類物質(zhì)是一種親核試劑，它參與的脫毛反應(yīng)也屬于β —消除反應(yīng)，其反應(yīng)原理是胺類物質(zhì)能與角蛋白質(zhì)在堿作用下的反應(yīng)產(chǎn)物(脫氫丙氨酸)反應(yīng)，防止脫氫丙氨酸與胱氨酸反應(yīng)重新生成含單硫鍵的羊毛硫氨酸，即防止護(hù)毛作用的發(fā)生，從而達(dá)到脫毛的目的，這同硫化物的脫毛機(jī)理比較相似。胺類物質(zhì)脫毛中最成功的是用二甲胺結(jié)合氫氧化鈉進(jìn)行脫毛，這種方法在美國(guó)一些制革廠成功用了很多年，直到在制革廠空氣中發(fā)現(xiàn)有致癌作用的亞硝胺化合物才停止使用，這是因?yàn)榫哂袚]發(fā)性的仲胺在空氣中會(huì)與某些氮的氧化物發(fā)生反應(yīng)生成亞硝胺化合物。
③氧化法脫毛氧化法脫毛是指使用氧化劑破壞角蛋白質(zhì)中的雙硫鍵，使毛溶解的脫毛方法。早期的氧化脫毛法使用的是二氧化氯，其缺點(diǎn)是皮革粒面容易脆裂，而且革身過(guò)于緊實(shí)，缺乏可撓曲性，鉻鞍時(shí)鉻鹽吸收不好，成革各項(xiàng)強(qiáng)度較差。另外，二氧化氯和脫毛產(chǎn)物對(duì)空氣也有污染。近幾年來(lái)，氧化脫毛法轉(zhuǎn)向使用雙氧水，雙氧水用于脫毛不帶入有害物質(zhì)，多余的雙氧水又能分解掉，是一種比較可行的脫毛方法。氧化法脫毛的缺點(diǎn)是它會(huì)破壞皮膠原結(jié)構(gòu)，影響成革的物理機(jī)械性能，成革容易松面，另外其最大的缺點(diǎn)就是氧化劑對(duì)木轉(zhuǎn)鼓有腐蝕作用，改用不銹鋼轉(zhuǎn)鼓還存在設(shè)備投資大、不容易推廣的問(wèn)題，另外耗用的化工材料成本也較聞。④碳酸鎳脫毛=Sehgal等使用碳酸鎳、氫氧化鈉和石灰脫毛。但碳酸鎳本身毒性也不小。⑤保毛脫毛法保毛脫毛法是一種較常用的減少硫化物污染的方法，它是通過(guò)控制堿和還原劑對(duì)毛的作用條件，使脫毛材料只作用于毛根而留下完整的毛，再使用循環(huán)系統(tǒng)來(lái)分離毛，回收得到的毛可用于填地或出售，不排放到廢水中，從而減少了固體懸浮物及有機(jī)物，降低了BOD和COD的值，另外也減少了硫化物的用量和排放量。保毛脫毛法又可分為兩類先硫化物處理再堿處理的方法和先堿處理后硫化物處理的方法。⑥脫毛浸灰廢液的循環(huán)使用灰堿法中的硫化物和石灰只有不到50%被有效利用，其余排入水中。如果加以利用，可節(jié)省硫化物和石灰，減少?gòu)U水排放量，還可降低BOD、COD和硫化物濃度。但廢液中大量的角蛋白水解物，使廢液粘度增加，影響沉降和過(guò)濾，影響了脫毛效果和對(duì)膠原纖維的松
散。 以上都是化學(xué)法脫毛，試圖對(duì)灰堿法進(jìn)行改進(jìn)。而酶脫毛作為一種生物法，無(wú)疑更符合當(dāng)今世界環(huán)保的理念。早期的“發(fā)汗法”可能是最古老的酶脫毛技術(shù)。所謂“發(fā)汗法”就是利用附著在皮上的微生物菌株，在一定條件下，對(duì)動(dòng)物皮組織進(jìn)行作用，使毛和真皮的聯(lián)結(jié)松開，從而脫毛。本質(zhì)上是附在皮上的腐敗細(xì)菌發(fā)酵生長(zhǎng)，所釋放出的酶產(chǎn)生了脫毛作用。澳大利亞細(xì)綿羊皮采用發(fā)汗法脫毛，可以保證貴重的羊毛不受損傷。后來(lái)的學(xué)者從發(fā)汗法脫毛的原料皮上分離到多種具有脫毛能力的菌株。如從澳大利亞細(xì)綿羊毛中分離出普通變形桿菌、無(wú)色桿菌、黃桿菌，具有脫毛能力。英國(guó)的原料皮上分離出普通變形桿菌；美國(guó)的原料皮分離的則是極毛桿菌。日本的農(nóng)田春和二見(jiàn)明分離出枯草芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、短小芽孢桿菌和蠟狀芽孢桿菌。這些菌株發(fā)酵得到的酶制劑對(duì)羊皮脫毛能力良好。真正現(xiàn)代酶脫毛技術(shù)的創(chuàng)始人則是德國(guó)人RShm,他于1908年發(fā)明了軟化酶Oropon, 1910年發(fā)明了酶脫毛工藝“Arazym Process”,其使用的酶是以動(dòng)物胰臟為主的酶制劑，開創(chuàng)了現(xiàn)代酶技術(shù)在皮革中應(yīng)用的先河。該技術(shù)在美國(guó)用于山羊和小山羊皮的脫毛，直至1930s。二戰(zhàn)以后，隨著工業(yè)微生物生產(chǎn)技術(shù)的突破，大量來(lái)自于細(xì)菌、霉菌、放線菌的新型酶制劑出現(xiàn)，取代了來(lái)自動(dòng)植物的酶制劑，酶脫毛再次受到重視。在此期間，Burton、Reed,美國(guó)東部地區(qū)農(nóng)業(yè)研究中心的Cordon、Bailey、Cooper,意大利的Simoncini,澳大利亞的Yates,德國(guó)的SchlOsser、Heidemann,蘇聯(lián)的色色金娜，以及印度和日本的學(xué)者，運(yùn)用當(dāng)時(shí)的生物知識(shí)、測(cè)試手段，對(duì)酶脫毛技術(shù)從工藝到原理進(jìn)行了深入的研究，取得重大進(jìn)展。但由于酶脫毛過(guò)程控制難、對(duì)皮損傷大、價(jià)格高等原因，到1970年后，第二次遭到冷落。值得一提的是，此時(shí)，由于特殊的原因，我國(guó)的酶脫毛技術(shù)曾經(jīng)紅火一時(shí)。進(jìn)入90年代，由于世界各國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，生物技術(shù)的重大突破，酶脫毛技術(shù)第三次受到重視。最早用于皮革工業(yè)的酶制劑正是來(lái)自動(dòng)物胰臟的胰酶，它是一種蛋白酶。早期的酶脫毛多用胰酶，德國(guó)、美國(guó)稱為“Arazym”，蘇聯(lián)則稱為“奧羅邦”，在山羊皮上取得一定效果，其它皮張效果不佳，粒面容易產(chǎn)生管皺和松面。也有從植物中提取蛋白酶來(lái)脫毛的。最早的是從木瓜(Carica papaya)中提取木瓜蛋白酶，具有一定的脫毛能力，但成本太高。1953年，印度的S. Bose等從Calotropisgigantea(—種巨大牛角瓜)提取植物蛋白酶“馬塔爾”乳液,從Eleusine coracana(—種蟋蟀草屬植物)提取淀粉酶“拉特然”乳液，用于脫毛，適用于印度小公牛皮、山羊皮。據(jù)報(bào)道，用植物提取液進(jìn)行酶脫毛在印度至今仍有應(yīng)用。Rose、Chellan等于2004年在美國(guó)申請(qǐng)了相類似的專利。 毫無(wú)疑問(wèn)，脫毛用酶制劑的主要來(lái)源是微生物。

細(xì)菌、霉菌、放線菌中都有一些菌株可產(chǎn)生具有脫毛能力的蛋白酶。早期報(bào)道的細(xì)菌有覃狀芽抱桿菌(Bacillus mycodies)、巨大芽抱桿菌(Bacillus megatherium)、馬鈴薯芽抱桿菌(Bacillus mesentericus)、枯草芽抱桿菌(Bacillus subtilis)等。放線菌有白色鏈霉菌(St. albus)、抗生素鏈霉菌(St. antibioticus)、金色鏈霉菌(St. aureus)、灰色鏈霉菌(St. grseus)等。霉菌有黑曲霉(Asp. niger)、米曲霉(Asp. oryzae)、黃曲霉(Asp. f lavus)等。但是，蛋白酶脫毛的同時(shí)，不可避免會(huì)損傷真皮的結(jié)構(gòu)，影響皮制品的使用性能，這嚴(yán)重影響了酶脫毛的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
國(guó)內(nèi)普遍認(rèn)為，蛋白酶制劑中存在的膠原酶是水解膠原蛋白，從而引起損傷的主要原因。眾所周知，膠原蛋白的主體結(jié)構(gòu)是甘氨酸-脯氨酸-羥脯氨酸重復(fù)單元組成的三螺旋結(jié)構(gòu)。甘氨酸體積小，使螺旋能緊密排列；羥脯氨酸通過(guò)水分子和其它氨基酸生成氫鍵。其特殊的構(gòu)成，使得膠原蛋白排列緊密，具有強(qiáng)大的抗張力。除了螺旋結(jié)構(gòu)外，膠原蛋白的兩端還存在非螺旋區(qū)域，實(shí)際上，膠原纖維由長(zhǎng)段的螺旋區(qū)域和小段的非螺旋區(qū)域交替組成。通常情況下，由于膠原蛋白結(jié)構(gòu)特殊，螺旋排列緊密，普通的蛋白酶很難和膠原蛋白螺旋區(qū)域結(jié)合，從而很難水解膠原蛋白。如果膠原蛋白在加工中變性，則容易被蛋白酶水解。如果蛋白酶中存在少量的膠原酶，膠原酶可從N-端的3/4處斷裂，膠原蛋白的緊密結(jié)構(gòu)被破壞，其它蛋白酶就可以水解膠原蛋白。也就是說(shuō)，脫毛的蛋白酶制劑中存在的少量膠原酶能夠和蛋白酶協(xié)同，較大地加強(qiáng)對(duì)皮的損傷。如果能抑制膠原蛋白酶活性，對(duì)減少損傷有好處。本發(fā)明選擇特定的蛋白酶，加入蛋白酶抑制劑，可以抑制其中的膠原酶活力，而對(duì)蛋白酶的脫毛能力沒(méi)有影響。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一50kg經(jīng)過(guò)預(yù)處理的豬皮,放入轉(zhuǎn)鼓中，加入50kg水，I %蛋白酶(400u/ml)、0.1 %膠原酶抑制劑、O. 2% JFC，28°C，轉(zhuǎn)動(dòng)lOmin，靜置20min，5小時(shí)后，出鼓，拔毛。實(shí)施例二50kg經(jīng)過(guò)預(yù)處理的牛皮,放入轉(zhuǎn)鼓中，加入40kg水，I %蛋白酶(400u/ml)、0.1 %膠原酶抑制劑、O. 2% JFC，28°C，轉(zhuǎn)動(dòng)lOmin，靜置20min，5小時(shí)后，出鼓，拔毛。實(shí)施例三20kg經(jīng)過(guò)預(yù)處理的豬皮，取1%蛋白酶(400u/ml)、0.1 %膠原酶抑制劑，用適量水調(diào)成糊狀，均勻涂于肉面規(guī)定部分，24°C 30°C，放置2 3天，拔毛。實(shí)施例四20kg經(jīng)過(guò) 預(yù)處理的豬皮，取1%蛋白酶(400u/ml)、0.1 %膠原酶抑制劑、適量填充齊U，用適量水調(diào)成糊狀，均勻涂于肉面規(guī)定部分，24°c 30°C，放置2 3天，拔毛。
權(quán)利要求
1.選擇合適的蛋白酶，加入特定的蛋白酶抑制劑，可以抑制其中的膠原酶活力，減少對(duì)皮的損傷。同時(shí)對(duì)蛋白酶的脫毛能力沒(méi)有影響。該產(chǎn)品為復(fù)配的酶制劑。
2.(I)中的蛋白酶為2709蛋白酶。
3.(I)中的蛋白酶抑制劑為EDTA。
全文摘要
減小皮革損傷的脫毛酶制劑。本發(fā)明選擇特定的蛋白酶，加入蛋白酶抑制劑，可以抑制其中的膠原酶活力，而對(duì)蛋白酶的脫毛能力沒(méi)有影響。本發(fā)明可用于皮革生產(chǎn)中的脫毛工序。
文檔編號(hào)C14C1/06GK103060487SQ20111031940
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月20日
發(fā)明者宋健 申請(qǐng)人:江南大學(xué)