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Verfahren zum Enthaaren von Häuten und Fellen
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Der technische Fortschritt des vorliegenden Verfahrens, welches sich eines mittels Streptomyces fradiae gewonnenen keratinolytischen Enzyms bedient, liegt darin, dass, in Abkehr von dem Stand der Technik, das Enthaaren von Häuten und Fellen unter Verwendung von Kalkhydrat allein oder Kalk zusammen mit verschiedenen Anschärfungsmitteln fortfällt.
Die erfindungsgemässe Verwendung des Keratinaseenzyms führt zu einem äusserst wirtschaftlichen Verfahren, da konservierte tierische Häute und Felle ohne Anwendung mechanischer Mittel enthaart und dabei auch von den feinen Haaren befreit werden können und für die Gerbung vorbereitet werden, ohne dass es nötig ist, ein Kalkbad anzuwenden, und ohne die gesonderten Verfahrensstufen des Entkalkens und Beizens. Ferner schädigt die Enthaarung mit dem Keratinaseenzym das Haar und die Wolle weniger und liefert dadurch Nebenprodukte, die sich in besserem Zustande befinden und wertvoller sind.
Die nach der Behandlung mit den erfindungsgemässen, mikrobiologisch wirkenden Keratinaseenzympräparaten erhaltenen Häute und Felle haben einen weichen oder schwammigen Griff. Sie sind so weich, dass die durch den Druck des Daumens verursachte Vertiefung nicht verschwindet. Ausserdem haben diese Häute und Felle einen sauberen, glatten und niedrigen oder flachen Narben, und der Narben ist hinreichend offen, so dass Wasser und Luft mit Leichtigkeit durch das Fasergefüge hindurchtreten, wenn das Fell von Hand ausgedrückt wird.
Erfindungsgemäss kann die Behandlung der Häute mit einer Anzahl verschiedener Keratinasepräparate ausgeführt werden, zu denen filtrierte enzymreiche Brühen oder Flüssigkeiten, in konzentriertem oder unkonzentriertem Zustande, aus Konzentraten durch Zusatz von Holzmehl oder andern inerten Stoffen oder Füllstoffen und nachfolgendes Trocknen bei Temperaturen unter 40 C hergestellte Trockenpulver oder unmittelbar aus enzymreicher filtrierte Brühe hergestellte Trockenpulver gehören. Enzympräparate von grösserer Reinheit und Aktivität, die man durch die üblichen Methoden der Lösungsmittel- oder Salzausfällung erhält, können ebenfalls verwendet werden. Nach dem bevorzugten Verfahren werden jedoch verhältnismässig rohe Enzympräparate angewandt.
Natürlich variiert die erforderliche Enzymmenge mit der Reinheit der Präparate, dem Verhältnis von Häuten zu Wasser, dem Typ der Haut, der Geschwindigkeit, mit der die Behandlung durchgeführt werden soll, und der Gegenwart oder Abwesenheit geeigneter Aktivierungsmittel für das Enzym, die nachstehend beschrieben werden.
Nach einer besonderen Ausführungsform wird das die Keratinase enthaltende Enzympräparat nach dem Verfahren der deutschen Patentschrift Nr. 1090673 hergestellt. Obwohl dieses Verfahren als solches nicht zur vorliegenden Erfindung gehört, soll es nachstehend kurz beschrieben werden.
Das keratinasehaltige proteolytische Enzym kann durch Behandlung verschiedener Keratinstoffe mit einem Stamm von Streptomyces fradiae unter Bedingungen erzeugt werden, die den Abbau zu wasserlöslichen Abbauprodukten erleichtern. Stämme von Streptomyces fradiae sind in dem Werk "Actinomycetes and their Antibiotics" von Waksman und Lechevalier auf S. 97,87, 52,47 bzw. 46 beschrieben und in der Kultursammlung des"Institute of Microbiology of Rutgers", Staatliche Universität New Brunswick, New Jersey, niedergelegt, und die nachstehenden Zahlen beziehen sich auf die Zahlen dieser Sammlung.
Ein Stamm von Streptomyces fradiae, der sich als besonders wertvoll zur Herstellung des Keratinaseenzyms erwiesen hat, ist Nr. 3739. Dieser Stamm wurde aus dem Boden gewonnen ; es wurde nachgewiesen, dass es sich um die Spezies Streptomyces fradiae handelt.
Keratinstoffe, die in dieser Weise behandelt werden können, sind z. B. menschliches Haar, Hufe von geschlachteten Tieren, Hühnerfedern, Fischschuppen usw. Die Behandlung dieser Keratinstoffe zur Erzeugung von Keratinase wird am besten in mineralsauren wässerigen Lösungen durchgeführt, die zur Erzielung der besten Ergebnisse während der Fermentation einen pH-Wert im Bereich von etwa 6, 5 bis 8, 8, vorzugsweise von etwa 7, 2 bis 8, 5 haben sollen. Mit fortschreitender Fermentation steigt der pH-Wert.
Die Steuerung des pH-Wertes kann durch geeignete Pufferung erreicht werden. In 3-5Tagen ist die fermentierte enzymreiche Brühe nach geeigneter Belüftung und Bewertung fertig zur Ernte und Gewinnung.
Das gewonnene Enzym ist ein proteolytisches Enzym, welches imstande ist, natürliches, unverändertes Keratin in keratinhaltigen Stoffen aufzuschliessen und daraus wasserlösliche Polypeptide in Freiheit zu setzen.
Das Enzym ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass es sich nicht dialysieren lässt, durch Wärmeeinwirkung denaturiert und durch Alkohol, Aceton und Ammonsulfat ausgefällt wird. Das Enzym erfordert für seine Wirksamkeit als Keratinaufschlussmittel keine Vorbehandlung des Keratins durch Stoffe mit Sulfhydrylgruppen oder Reduktionsmittel.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann mit geweichten oder ungeweichten Häuten oder Fellen durchgeführt werden, die durch Trocknen, Salzen oder auf andere Weise konserviert worden sind. Es wurde jedoch gefunden, dass das Haar schon bei geringeren Keratinaseenzymkonzentrationen und in kürzerer Zeit gelockert und entfernt wird, wenn man von geweichten, entfleischten Häuten oder Fellen ausgeht.
Die Behandlungszeiten liegen im allgemeinen im Bereich von 12 bis 24 h.
Die geweichten, entfleischten oder ungeweichten, grün gesalzenen oder volltrockenen oder lufttrockenen tierischen Häute oder Felle werden zusammen mit einer Lösung des proteclytischen Enzyms Keratinase in einem Walkfass bei einem Verhältnis von Häuten zu Wasser im Bereich von 1 : 0, 5 bis 1 : 2 gewalkt.
Unter diesen Bedingungen werden auch die feinen Haare entfernt, die sich normalerweise nur sehr schwer von der Haut entfernen lassen, es sei denn durch mechanische Mittel.
Im Interesse der höchsten Aktivität des Keratinaseenzyms wird der pH-Wert erfindungsgemäss im Bereich von etwa 8, 5 bis 9, 5 gehalten. Der pH-Wert wird durch Zusatz alkalischer Stoffe, wie Natriumborat,
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Natronlauge, Natriumcarbonat, Dikaliumphosphat, Kalkhydrat oder anderer geeigneter Puffer, eingestellt.
Die erforderliche Menge Alkali richtet sich natürlich nach dem Gewicht der Häute, der Art der Häute, ihrer Herkunft, der Härte des Wassers und der verwendeten Alkaliverbindung.
Wie bei allen enzymatischen Reaktionen, ist die Behandlungsgeschwindigkeit mit dem Keratinaseenzym auch im vorliegenden Falle eine Funktion der Temperatur. Erfindungsgemäss wird die Enthaarung nebst Vorbereitung der Häute bei Temperaturen zwischen 20 C und 400 C durchgeführt ; vorzugsweise arbeitet man im Temperaturbereich zwischen 25 und 35 C, in erster Linie deshalb, weil dieser Temperaturbereich ohne äussere Erhitzung innegehalten werden kann. Bei höheren Temperaturen zwischen 30 und 40 C wird die Behandlung beschleunigt, aber das Enzymbad muss dann beheizt werden.
Die Bewegung der Enzymlösung und der Häute und Felle führt zu einer rascheren und gleichmässigeren Enthaarung und Vorbereitung der Häute.
Durch die kombinierte Wirkung des keratinasehaltigen Enzympräparates und der Bewegung wird das Haar von den Häuten oder Fellen entfernt. Das Haar kann leicht nach bekannten Methoden aus der Enzymlösung gewonnen werden. Nach dem Waschen kann das Haar unmittelbar weiter verwendet werden, während die Haut ohne nachfolgendes Beizen fertig zum Pickeln und Gerben ist.
Eine Anzahl von neutralen Salzen kann als Aktivierungsmittel zugesetzt werden. um eine schnellere Enthaarung und Vorbereitung der Häute zu erreichen und eine niedrigere Enzymkonzentration anwenden zu können. Zu diesen Salzen gehören Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Natriumsulfat und Magnesiumsulfat, und diese können in Konzentrationen von 0, 05 bis 5, 0%, vorzugsweise von 0, 1 bis 0, 5%, angewendet werden.
Bei grüngesalzenen Häuten ist die Zugabe neutraler Aktivierungsmittel nicht erforderlich. Reduzierende Aktivierungsmittel, wie NaSH, NaHS03 und Salze der Thioglykolsäure, z. B. Natriumthioglykolat, können ebenfalls zugesetzt werden, sind aber nicht wesentlich.
Bei dem vorliegenden Verfahren wird die Vorbereitung der Häute zum Gerben einschliesslich des Enthaarens in 12-24 h durchgeführt.
Die zur Verhinderung unerwünschter Mikrobenentwicklung verwendeten Konservierungs- und Desinfizierungsmittel werden in Mengen von etwa 0, 2 bis 1 Teil auf je 1000 Teile Enzymlösung zugesetzt ; zu diesen Mitteln gehören Verbindungen, wie Phenol und verschiedene Phenolderivate, Kresol, ss-Naphthol, Kieferöl und andere übliche Konservierungsmittel.
Das Haar, welches bei der Enzymbehandlung von den Häuten oder Fellen entfernt wird, lässt sich leicht aus der Enzymbrühe durch Dekantieren, Filtrieren oder andere geeignete Trennverfahren gewinnen.
Die Menge keratinasehaltiger Enzympräparate, die für diese Enthaarung und Vorbereitung der Häute verwendet werden kann, richtet sich nach der Aktivität des Präparates und dem Gewicht und der Oberfläche der Häute und Felle. Eine Keratinaseeinheit ist hier als diejenige Enzymmenge definiert, die Wollkeratin so weit aufschliesst, dass bei einem pH-Wert von 8, 6 in 3 h eine Zunahme der optischen Dichte bei 280 ma (2800 A) um 0, 040 stattfindet. Die Gewichtsmenge an Enzympräparat, die diese Wirkung hervorbringt, schwankt daher mit der Reinheit und Aktivität des Präparates. In einem durch Trocknung der Brühe hergestellten Präparat ist z. B. eine Keratinaseeinheit in etwa 100 y enthalten, während bei einem durch Ausfällung mit Ammonsulfat hergestellten Präparat eine Keratinaseeinheit in 10 y des Niederschlages enthalten ist.
Für die hier beschriebene wirtschaftliche und wirksame Behandlung von Häuten vor der Gerbung soll die Keratinaseaktivität zwischen 100 und 1100 Keratinaseeinheiten je cm3 liegen, während das Verhältnis von Häuten zu Wasser im Bereich von 1 : 0, 5 bis 1 : 2 liegt. Vorzugsweise liegt die Keratinaseaktivität im Bereich von 100 bis 500 Keratinaseeinheiten/cm3, wenn das Verhältnis von Häuten zu Wasser 1 : 2 beträgt.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung weiter erläutern, ihren Umfang jedoch nicht beschränken.
Das in den nachstehenden Beispielen verwendete rohe Keratinasepräparat war durch Einwirkung von Streptomyces fradiae I. M. No. 3739 auf ein Nährmedium aus löslichen Schlempebestandteilen und Hufmehl gewonnen worden, welches mit Dikaliumphosphat gepuffert war und Spuren von Zinksulfat, Ferrosulfat, Magnesiumsulfat, Calciumchlorid und Kobaltnitrat enthielt.
Beispiel 1 : Zwei ungefähr gleiche Stücke aus grüngesalzenem Rinderfell mit einem Gesamtgewicht von 65, 2 g wurden ohne Bewegung 1/2 Stunde mit der vierfachen Menge ihres Eigengewichtes an Wasser gewaschen, dann gespült und über Nacht bei Raumtemperatur in der vierfachen Menge ihres Eigengewichts an Wasser geweicht. Die Fellstücke wurden dann in ein Walkfass mit 130, 4 cm3 Wasser von 28 C eingegeben, welches 0, 75% Borax und ein rohes Keratinasepräparat in einer Konzentration von 274 Keratinaseein- heiten/cm enthielt. Der anfängliche pH-Wert der Lösung betrug 9, 01. Man liess das Fass 10 Umdrehungen ausführen, um die gleichmässige Verteilung des Enzympräparates über die Fellstücke zu gewährleisten, worauf der Inhalt 24 h bei 28 C gehalten wurde.
Am Ende der sechsten dieser 24 h liess man das Fass nochmals etwa 10 Umdrehungen ausführen. Der End-pH-Wert der Lösung betrug 8, 52.
Am Ende der 24 h war alles Haar, welches sich auf einem Stück Fell befunden hatte, einschliesslich des feinen Haares, vollständig entfernt. Die Enthaarungswirkung auf das andere Fell war auf derjenigen Seite desselben, die in die Lösung eingetaucht war, nahezu ebenso vollständig, war jedoch auf dem Rest des Felles zu vernachlässigen, da dieser aus mechanischen Gründen nicht in die Lösung eingetaucht hatte.
Das erste Fell wurde 10 min bei 27 C und dann 10 min bei 18 C gewaschen. Das Fell war nun rein und fertig zur Gerbung.
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Beispiel 2 : Zwei etwa gleichgrosse Stücke grüngesalzenes Rinderfell von einem Gesamtgewicht von 75, 5 g wurden ohne Bewegung 1/2 Stunde mit der vierfachen Menge ihres Eigengewichts an Wasser gewaschen, dann gespült und über Nacht bei Raumtemperatur in der vierfachen Menge ihres Eigengewichts an Wasser geweicht. Dann wurden die Felle in ein Walkfass mit 75, 5 cm3 Wasser eingegeben, welches 0, 75% Borax und ein rohes Keratinasepräparat in einer Konzentration von 548 Keratinaseeinheiten/cm3 enthielt. Der anfängliche pH-Wert der Lösung betrug 8, 88. Man liess das Fass 10 Umdrehungen aus- führen, um die gleichmässige Verteilung des Enzympräparates über die Felle zu gewährleisten, worauf der Inhalt 24 h auf 28 0 C gehalten wurde.
Am Ende der sechsten dieser 24 h liess man das Fass nochmals
10 Umdrehungen ausführen. Der End-pH-Wert betrug 8, 10.
Am Ende der 24 h war alles Haar, welches sich auf den beiden Fellen befunden hatte, einschliesslich des feinen Haares, vollständig entfernt. Die beiden Felle wurden 10 min bei 18 C gewaschen und waren nun rein und fertig zur Gerbung.
Beispiel 3 : Zwei geweichte entfleischte Seiten von Rinderfell wurden in ein Walkfass bei einem Ver- hältnis von Fellen zu Wasser von 1 : 2 eingegeben, wobei das Wasser 1, 5% Borax und ein rohes Keratinase- präparat in einer Konzentration von 610. 000 Keratinaseeinheiten je kg geweichter entfleischter Felle (entsprechend etwa 300 Keratinaseeinheiten/cm3 Lösung bei einem Verhältnis von Fellen zu Wasser von 1 : 2*) enthielt. Die Lösunghatte eineAnfangstemperaturvon32 Cund einen anfänglichenpH-Wertvon 9, 2.
Man liess das Fass 10 Umdrehungen ausführen und es dann 1 h stillstehen. Dieser Zyklus wurde einmal wiederholt, und dann folgte für den Rest der Behandlungszeit ein Zyklus von jeweils 10 Umdrehungen und 4 h Ruhe für eine Gesamtdauer von 21 h. Am Ende der Behandlungsdauer betrug die Lösungstemperatur
27 C und der pH-Wert 8, 7 und alles Haar einschliesslich des feinen Haares war vollständig von den Fellen entfernt.
Nach dem Waschen waren die Felle zum Gerben bereit.
Beispiel 4 : Acht Seiten von geweichten, entfleischten Rinderfellen mit einem Gewicht von etwa 73 kg wurden in ein Walkfass bei einem Verhältnis von Häuten zu Wasser von 1 : 2 eingebracht, wobei das Wasser 1, 5% Borax und 1470 cm3 eines rohen Keratinasepräparates mit einer Konzentration von etwa 66. 000 Ke- ratinaseeinheiten je kg geweichter entfleischter Felle enthielt. (Dies entspricht etwa 300 Keratinaseeinheiten je cm3 Lösung bei einem Verhältnis von Häuten zu Wasser von 1 : 2. ) Die Lösung hatte eine Anfangstem- peratur von 31 C und einen anfänglichen pH-Wert von 9, 18.
Das Fass wurde 2 min gedreht, dann 1 h in Ruhe gehalten, 1 min gedreht, wieder 1 h in Ruhe gehalten und dann bis zum Ablauf der gesamten Behandlungszeit von 22 h abwechselnd l min gedreht und 4 h in Ruhe gehalten. Am Ende der Behandlungszeit betrug die Lösungstemperatur 24 C und der pH-Wert 8, 5, und alles Haar einschliesslich des feinen Haares war vollständig von den Häuten entfernt ; die Häute waren rein und frei von Schleim. Nach dem Entleeren der Enzymlösung aus dem Fass und Ersatz derselben durch frisches Wasser bei 27 C und 10 min langes Drehen des Fasses, um die Häute zu waschen, waren die
Häute fertig zur Gerbung.
Beispiel 5 : 93 Ziegenfelle aus Nigeria, die nach dem Weichen und Walken in üblicher Weise ein
Gewicht von etwa 91 kg hatten, wurden in einem Fass 20 min mit Wasser von 35 C gewaschen. Nach dem
Entleeren des Waschwassers wurde Wasser in einem Verhältnis von Fellen zu Wasser von 1 : 2 zugesetzt.
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fänglichen pH-Wertes der Lösung auf 9, 0 und 1900 cm3 eines rohen Keratinasepräparates von einer Konzentration von etwa 30. 000 Keratinaseeinheiten je kg der geweichten Felle zugesetzt. (Dies entspricht etwa 310 Keratinaseeinheiten/cm3 Lösung bei einem Verhältnis von Fellen zu Wasser von 1 : 2,) Das Fass wurde 5 min gedreht, 1 h unbeweglich gehalten, 2 min gedreht, 2 h unbeweglich gehalten, 2 min gedreht, 3 h unbeweglich gehalten, 2min gedreht und dann über Nacht bei 35 C in Ruhe gehalten.
Am nächsten Morgen wurde das Fass 7 min gedreht, dann 1/2 Stunde in Ruhe gehalten, 2 min gedreht und wieder 1/2 Stunde in Ruhe gehalten. Die gesamte Behandlungszeit mit Keratinase betrug 20 h und der End-pH-Wert 8, 6.
Alles Haar einschliesslich des feinen Haares und des dichten Nackenhaares war vollständig entfernt.
Nachdem die Häute 20 min bei 32 C gewaschen worden waren, waren sie fertig zur Gerbung.