CN104711380B - 一种酶脱毛助剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制革生产中的酶脱毛助剂，特别是指一种酶脱毛助剂及其制备方法。酶脱毛助剂由有效量氢氧化钾、过碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钙、复合磷酸盐、去离子水制成；将过碳酸钠、氢氧化钠混匀制成混合物，将氢氧化钙制成质量百分比为45％‑65％的水溶液，在步骤A中所制备的悬浮液中加入氢氧化钙水溶液及复合磷酸盐，加入去离子水在常温搅拌，加入氢氧化钾及余量的去离子水混合均匀，制成pH呈碱性的酶脱毛助剂。本发明解决了现有技术中酶脱毛难于大面积推广、酶脱毛助剂易造成环境污染等技术问题，具有脱毛效果，制备方法简单，脱毛过程中满足清洁化生产的要求等优点。

Description

一种酶脱毛助剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及制革生产中的酶脱毛助剂，特别是指一种酶脱毛助剂及其制备方法。

背景技术

目前我国制革业环境污染问题令人瞩目，特别是在一些制革企业集中地区水质污染现象较为严重。就其特点来看制革污水不仅产生量大而且是一种成分复杂高浓度的有机废水，其中含有大量对环境有害的物质，同时因原料皮(牛皮、羊皮、猪皮)的不同、加工工艺的不同、成品皮革的不同(鞋面革、服装革、沙发革、箱包革等)，制革废水的水质差异特别大，更增加了治理难度。

2009年12月3日，工业和信息化部发布《制革行业结构调整指导意见》，提出制革企业和接受制革废水的各类公共污水处理单位，实现污水达标排放，固体废物及危险废物基本实现安全处置。中国皮革行业“十二五”规划中，将“推进节能减排，建设低碳产业；走资源节约、环境友好的新型工业化道路，为我国由皮革大国跨入皮革强国行列夯实基础”作为重要指导思想。

生物酶被国际上称为“环境的友好使者”，是制革业实现生态清洁化生产的主要产品，但生物酶替代对环境有严重污染的硫化物用于制革脱毛时，操作条件要求严格、复杂，工艺繁琐，如控制不当极易发生皮胶原损失过多、松面、烂皮等问题。因此，虽然酶脱毛符合清洁脱毛生产的需要,但目前仅依靠单一的酶制剂脱毛还达不到令人满意的结果,酶脱毛大规模的工业应用受到极大限制。

毛的主要成分为角蛋白,因其含有由双硫键联接的肤氨酸而较稳定,表皮和毛根底部主要含有软角蛋白,半肤氨酸由于没有双硫键联接而不稳定,较易被攻击,硫化钠脱毛是利用硫化钠水解所产生的硫氢化钠在碱性条件中具有强烈的还原作用,破坏角蛋白的双硫键,从而使毛和表皮完全溶化,达到脱毛效果；从组织学角度看毛是由毛干、毛根两部分组成,毛根位于毛囊中,毛是通过毛球与毛乳头的连接而与皮组织紧密联系,毛根周围是最脆弱的地方。.BR巴巴金娜认为，无论灰碱法还是酶法脱毛,都是将存在于毛囊和表皮中的类粘蛋白溶解,以削弱毛、表皮和真皮粒面层之间的粘结,从而达到脱毛效果。国内学者通过电镜观察认为，硫化钠首先使小绒毛消解破碎,而不破坏其间的桥粒结构,最后细胞质大量溶解而使毛细胞溶解；酶脱毛则主要破坏细胞联结处的桥粒,从而使毛细胞结构松弛。而AD.Covington等人提出了新的脱毛理论,认为脱毛试剂首先从毛的内部开始作用,随着内部的毛髓和皮质层结构被破坏掉,毛稳定的精细结构将不复存在,从而导致掉毛。辅助酶法脱毛法的技术就是建立在这些脱毛机理上的。但国内外对辅助酶法脱毛的研究报道较少,且辅助脱毛剂一般用硫化物，如E BerlaThnagma等人用硫化钠与蛋白酶配合,并把它与硫化钠配合用于制革脱毛,获得了理想效果。但这些成功的酶辅助剂脱毛技术一直末能从根本上摆脱硫化物，制革生产上的最大污染源还不能彻底解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种酶脱毛助剂及其制备方法，所制备的酶脱毛助剂可辅助碱性条件下酶活性高、脱毛力强、且活力持续时间长的酶进行脱毛,利用其协同效应,在同一过程中完成多种作用,不仅能够发挥酶脱毛的清洁优点,能克服酶脱毛不净或烂面、松面,毛孔扩大,制革质量不稳定等缺陷，并且简化了工序,改善了操作工艺。

本发明的整体技术构思是：

一种酶脱毛助剂，由以下质量百分比的原料制成：

氢氧化钾8-12；过碳酸钠11-15；氢氧化钠9-15；氢氧化钙14-16；复合磷酸盐1-3；余量为去离子水。

酶脱毛助剂的制备方法，包括如下工艺步骤：

A、将过碳酸钠、氢氧化钠混合均匀制成混合物，加入去离子水搅拌制成悬浮液；

B、将氢氧化钙制成质量百分比为45％-65％的水溶液，在步骤A中所制备的悬浮液中加入氢氧化钙水溶液及复合磷酸盐，加入去离子水在常温搅拌，加入氢氧化钾及剩余的去离子水混合均匀，制成pH呈碱性的酶脱毛助剂。

本发明的具体技术特征还有：

所述的步骤A中混合物：去离子水的质量比＝1:2.2，搅拌在常温下进行。

所述的步骤B中氢氧化钾的加入条件为温度22℃-25℃。

本发明中涉及的酶脱毛助剂中各原料成分的作用分析如下：

1、过碳酸钠是碳酸钠和过氧化氢的加成复合物，具有无毒、无臭、无污染等特点，被称为“绿色氧化剂”，在国外已广泛用于食品工业，有杀菌、除味、保鲜作用。在水溶液中分解为过氧化氢与碳酸钠，其中的过氧化氢能够氧化毛结构中角蛋白的双硫键,使角蛋白的化学稳定性降低,在碱性条件下,这种氧化作用更加强烈,从而起到脱毛的作用，但这种脱毛作用不够稳定。所以将其与酶配合，能够弥补各自的缺陷，起到协助效应，提高酶脱毛的效果；同时过碳酸钠与各种原材料、尤其是酶有良好的配伍性能，对酶的稳定性有很好的帮助。

2、氢氧化钙在其水溶液中生皮角蛋白结构中双硫键先断裂，新产生的疏基和次磺酸再与钙离子结合，形成牢固的交联键，不易被碱和酶等破坏，从而对皮纤维结构中的胶原蛋白和毛干有保护作用，因此能防止酶脱毛时对皮胶原的过度水解，减少烂皮等质量事故的发生。

3、氢氧化钠能破坏表皮和毛根组织，使酶脱毛作用更快和彻底。

4、氢氧化钾具有溶解蛋白质的性质，因此能协助提高酶脱毛的作用能力；同时钾离子对酶有激活作用。

5、复合磷酸盐是目前世界各国应用最广泛的食品添加剂,对皮纤维中的各类蛋白质有保水性和凝胶强度作用。酶的反应均在水介质中进行，在酶脱毛过程中可防止水分流失而造成的酶作用能力减弱的情况，同时其凝胶强度更能保护酶这种活性蛋白质在脱毛过程中不发生流失。

为验证本发明制备的酶脱毛助剂的相应效果，申请人进行了如下实验：

一、助剂对酶活力的影响

1、实验过程：准确称量2g所选的耐碱蛋白酶于1OOml小烧杯中,量取10ml的助剂加入其中混合均匀。在32℃下，放置0、4、8、12、16、20、24小时，用紫外分光光度法分别测定其酶活值。

2、结果与分析

(1)酶反应时要受到各种脱毛条件的影响，除温度等外，pH值是其重要的影响因素。这是因为一方面酶本身作为蛋白质具有离解基团的两性电解质,氢离子浓度将影响离解基团(尤其是活性基团)的状态；另一方面,氢离子浓度也对底物(蛋白质)的离解状态有重要影响,使其不易与酶的活性中心起作用。在碱性条件下脱毛是目前最常用的脱毛体系,本发明制备的酶脱毛助剂呈碱性，不仅符合现有的操作习惯，与现有设施设备要求相符，且能与耐碱蛋白酶适宜性配合，辅助其发挥最佳作用效率，更好的进行脱毛反应。

(2)辅助剂对酶活力的影响

作为辅助酶脱毛的助剂，最关键的要求是不能对酶的作用活力产生破坏或抑制。采用JW-2脱毛蛋白酶与本发明制备的酶脱毛助剂按质量比0.7：10，在pH＝10.5、32℃条件下，用福林法测定JW-2脱毛蛋白酶(河北省微生物研究所生产)不同时间的活力，结果见图1。

由图1可见，本发明制备的酶脱毛助剂在反应初期即对JW-2脱毛蛋白酶的活力起到了激活作用，且随时间的增加，酶脱毛助剂对其活力不但没有抑制效应，反而能使之保持稳定。

目前，制革中所采用的硫氢化钠、过氧化氢等做为酶脱毛助剂均在不同程度上会对脱毛蛋白酶的活力产生抑制作用。酶脱毛助剂则不会对脱毛蛋白酶产生不利影响，更加适用于做为酶脱毛的助剂。

二、助剂辅助酶脱毛实验

1、原料

(1)浸水助剂、杀菌剂、脱脂剂、纯碱、盐…等常规制革化料，除特殊注明外，均为工业级，购自无极皮革化料商店。

(2)盐湿牛皮，按图2所示分区域。

2、过程

(1)浸水：水250％-300％；BASF公司生产的浸水助剂AMOLIZNS0.2％-0.3％；杀菌剂0.1％-0.2％；脱脂剂0.1％-0.2％；纯碱0.4％-0.5％；盐1.2％-1.5％；温度25℃-28℃。

按上述条件在φ350×150mm实验转鼓内，加入原料和原皮，初转动15-20分钟后，每小时转动5-10分钟，总时间48-50小时。

(2)涂酶脱毛：取出原皮，控水30分钟。

按皮重的1.3％-1.4％称取JW-2脱毛蛋白酶，其一半加入到占皮重10％-15％的本发明制备的酶脱毛助剂中，搅拌均匀后涂抹于牛皮左侧的实验区域上；另一半用适量温水溶解后，均匀涂抹于牛皮右侧的对照区域上。

涂好后的牛皮用塑料布覆盖，放置在室温下(约26℃-28℃)24-28小时后人工推毛，如图3A、图3B。

(3)脱毛残液中蛋白质含量情况如图4。生皮脱毛实际上是酸或碱或酶对毛根部位的蛋白质水解过程，因而脱毛残液中蛋白质的含量高低能表示出毛的脱落程度，采用lowry法测定脱毛残液中总蛋白含量。

(4)脱毛残液中羟脯氨酸含量情况如图5。羟脯氨酸是胶原蛋白的代表特征，其在脱毛残液大小能表示皮纤维所受损程度，进而直接影响成革质量，根据GB/T 9695.23-2008中规定方法，测定脱毛残液中羟脯含量。

(5)根据脱毛情况，分为如下五个等级，确定其脱毛效果：

少部分毛脱落，以★表示；大部分毛脱落，以★★表示；大毛脱落，以★★★表示；小毛未完全脱落，以★★★★表示；毛脱落完全，仅有少量毛根，以★★★★★表示。

3、结果与分析

(1)在助剂的辅助下，酶脱毛在较低的温度(室温，平均22℃-28℃)进行：①易于控制；②有利于节约能源，降低生产成本；③一般脱毛酶中均含有对胶原有主要破坏作用的胶原酶，而胶原酶作用活力受温度影响较大。温度下降，胶原酶活力显著降低。因此，在较低温度下脱毛，能避免产生风险，使之生产更加安全、可靠。

(2)脱毛效果见表一

表一

由上表可见，实验区域的生皮在助剂的辅助下，一是产生微膨胀，松散并扩展了纤维间隙，利于脱毛酶的渗入，从而加快了脱毛过程；二是由于助剂的协同效应，不仅提高了脱毛酶的活力，使之脱毛作用极大的增强，且能维持脱毛酶活力持久，使之脱毛作用持续、稳定。

实验区域酶脱毛过程平稳、均匀、彻底，脱毛效果极佳；而单独用酶的对比区域，脱毛过程不均匀，若要达到彻底脱毛效果时，需要较长时间，而生皮在脱毛酶的长时间作用下，可能使胶原过多损失或发生烂皮风险。

三、批量化实验

1、原料

盐湿牛皮600张，平均12.5kg/张，每批200张，共三批。

2、工艺过程

(1)浸水

水250％-300％；BASF公司生产的浸水助剂AMOLIZNS0.2％-0.3％；杀菌剂0.2％-0.3％；脱脂剂0.1％-0.2％；纯碱0.4％-0.5％；盐0.10％-0.12％。

初时转动10-15分钟后，每1小时转动5-8分钟，转、停结合，共48-50小时，出鼓，去肉。

(2)复浸水

水250％-300％；杀菌剂0.2％-0.3％。转动10-15分钟后，停鼓过夜，出鼓控水2-3小时。

(3)涂酶脱毛

按皮重1.3％的脱毛酶量，加入适量本发明制备的酶脱毛助剂中配成脱毛液，将脱毛液均匀涂于生皮肉面。生皮肉面对肉面相叠成堆，复覆塑料布。在室温(26-28℃)下放置24小时，机械推毛。

(4)浸灰

水250％-300％；常州海正化工有限公司生产的乙二胺四乙酸0.6％-0.8％、德国罗姆公司生产的浸灰助剂MB 1.5％-2％。

转动60-90分钟，pH＝11-12时，控水。水80％、206液125％、德国罗姆公司生产的浸灰助剂MB2％。转动120分钟，控水。

(5)水洗

水250％-300％。每1小时转3-5分钟，转、停结合共18-20小时。

(6)片皮

机械片皮后，称重。

(7)脱灰

水200％；无铵脱灰剂2％；脱脂剂0.3％。

转动60分钟、pH＝8.0，停鼓过夜，次日控水。

(8)软化

温水(水温33-35℃)150％、OO软化酶0.5％、1398蛋白酶0.1％、无铵脱灰剂0.5％、脱脂剂0.6％。

转动2×60分钟，控水。

(9)水洗

水300％，转动60分钟。

(10)铬鞣

水150％；氯化钠8％；甲酸1.5％(二次加入)；硫酸0.7％。

转动60分钟，pH＝2.8时，铬粉6％，转动180分钟。

海波5％(分次加入)，转动90分钟。

醋酸钠1％、小苏打2％。转动5×60分钟，pH＝4.0。提温至37℃，转动10小时，出鼓。

(11)整理。

3、检测

(1)过程

由河北省环境监测总站全过程对各种制革污染物进行监督、检测。

(2)指标

所产的成革样品，送中国皮革质量监督检测中心按QB/T1873-2010(现行)标准检测。

检测(2)中采用了制革生产中要求较严挌的鞋面用皮革产品进行试验，由于该类产品无国家标准，目前执行的为QB/1873-2010(中标分类：Y46；ICS分类：59.140.30。由全国皮革工业标准化技术委员会〔SAC/TC252〕归口)，该标准适用于各种鞋面用皮革，并规定了鞋面用皮革的产品分类、要求、分级、试验方法、检验规则和包装、标志、运输、贮存。

4、结果

经河北省环境监测总站全过程的监督、检测，其结果表明符合生态制革的清洁化生产工艺。

根据河北省环境监测中心对本中试的全程监测结果，工艺过程污水各指标如下：

①耗水指标：

本发明清洁化工艺生产100张牛皮，共耗水21250kg；现用灰碱工艺生产100张牛皮，共耗水39345kg。

本发明清洁化工艺比现用灰碱工艺在相同情况下，可减少用水45.99％。

②悬浮物指标：

本发明清洁化工艺全过程的悬浮物最高数量产生在浸水阶段，为2620mg/L；而现用灰碱工艺相同情况下，悬浮物最高数量不仅产生在浸水阶段，在软化阶段也产生了较高的数量，分别为9640mg/L和6080mg/L，比清洁化工艺分别高出7020mg/L和3460mg/L。这种情况也说明，在清洁化工艺的酶脱毛过程中，还兼有一定的软化作用，因此不仅节省了软化时间和用料，降低了悬浮物产生，同时也缩短了生产周期与用水量。

③COD指标：

本发明清洁化工艺全过程的COD最高数量产生在浸水杀菌阶段，为8420mg/L；而现用灰碱工艺过程中的较高COD产生于多个阶段，分别为17400mg/L、7050mg/L、8780mg/L、7180mg/L。说明现用灰碱工艺的COD总量远远大于本发明中的清洁化工艺。

④氨氮指标：

同COD情况相同，本发明清洁工艺全过程中氨氮的较高数量仅产生浸水阶段，最高数值为281mg/L；而现用灰碱工艺却产生于多个阶段，数值分别为695mg/L、404mg/L、1550mg/L、1000mg/L、1540mg/L、718mg/L、706mg/L、573mg/L，这不仅说明清洁工艺氨氮总量和各阶段产生数量极其显著的低于现用灰碱工艺氨氮总量和各阶段产生数量，而且氨氮这一关键数值的产生情况，也充分体现出了本发明显著的清洁化特点。

⑤硫化物指标：

可看出硫化物指标是本发明清洁化工艺最主要特征，在清洁工艺中几乎没有，其最高数值仅为0.919mg/L，而现用灰碱工艺最高数值为117mg/L，相差100多倍。

⑥总铬指标：

本发明清洁化工艺最高总铬值为414mg/L，现用灰碱工艺最高值为1290mg/L。这是因为清洁工艺的酶脱毛作用也较好的松散了皮内纤维，使之能更多且牢固的结合铬离子，因而使污水中铬的残留数量明显降低。

⑦六价铬指标：

本发明清洁工艺全过程各工序六价铬指标均低于现用灰碱工艺。

⑧动植物油指标：

本发明清洁工艺动植物油指标高于现用灰碱工艺，这是由于清洁工艺中酶脱毛兼有较好的脱脂作用，因而污水中动植物油的数值较高。由此体现出清洁工艺比灰碱工艺可更少的使用脱脂表面活性剂等对环境有害的化料。

所产的成革样品三批共600张牛皮鞋面革，经中国皮革质量监督检测中心检测，包括甲醛(C类)、可分解有害芳香胺染料、撕裂力、规定负荷伸长率、涂层耐折牢度、崩裂高度、崩破强度、摩擦色牢度、气味、收缩温度、pH等指标上全部达到国家标准。

结论：本清洁化工艺与现用灰碱工艺全过程可节约用水45％，污水中几乎不含硫化物，COD、氨氮、总铬等关键指标显著低于现用灰碱工艺。

本发明所取得的实质性特点和显著的技术进步在于：

1、本发明所制备的酶脱毛助剂辅助酶进行脱毛时，可在较低温度下进行，易于实现及控制，便于节约能源且降低了成本，生产安全且可靠性高，脱毛效果好且皮损少，脱毛后皮革经检测符合国家标准要求。

2、原料来源容易，制备方法简单，成本低且易于实现。

3、脱毛过程中能够满足清洁化生产的要求，有效解决了现有脱毛工艺造成的制革废水造成环境污染的技术难题，各项指标符合环保部门的相关要求。

附图说明

图1是酶脱毛助剂对碱性蛋白酶的影响示意图。

图2是助剂辅助酶脱毛实验中盐湿牛皮分区域示意图。

其中左侧区域为本发明制备的酶脱毛助剂辅助酶脱毛实验区域，右侧区域为单独用酶脱毛对照区域。

图3A是酶脱毛实验开始22小时后的脱毛对照图。

其中上方区域为单一酶脱毛区域，显示结果为脱毛实验22小时后毛较为牢固，不易脱除；下方区域为本发明制备的酶脱毛助剂辅助酶脱毛区域，显示结果为脱毛实验22小时后毛轻推即可脱下。

图3B是本发明制备的酶脱毛助剂辅助酶脱毛后牛皮表面损伤示意图。

从图3B中看出脱毛后牛皮表面粒面清晰，无损伤。

图4是脱毛残液中蛋白质含量对比示意图。

图4中助剂辅助酶脱毛的实验区域脱毛残液中蛋白质含量为8.34mg/ml，单独酶脱毛的对比区域脱毛残液中蛋白质含量为5.68mg/ml，因此在相同时间，助剂辅助酶脱毛的脱毛程度要大于单独用酶的脱毛程度。

图5是脱毛残液中羟脯氨酸含量对比示意图。

图5中助剂辅助酶脱毛的实验区域脱毛残液中羟脯氨酸含量为0.4487μm/ml，单独酶脱毛的对比区域脱毛残液中羟脯氨酸含量为0.6258μm/ml，说明助剂的协同效应明显保护了生皮中胶原蛋白。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步描述，但不应理解为对本发明的限定，本发明的保护范围以权利要求记载的内容为准，任何依据说明书所作出的等效技术手段替换，均不脱离本发明的保护范围。

实施例1

本实施例的酶脱毛助剂，由以下质量百分比的原料制成：

氢氧化钾8；过碳酸钠11；氢氧化钠9；氢氧化钙14；复合磷酸盐1；余量为去离子水。

酶脱毛助剂的制备方法，由如下工艺步骤组成：

A、将过碳酸钠、氢氧化钠混合均匀制成混合物，按照质量比为混合物：去离子水＝1:2.2的比例加入去离子水，常温下揽拌制成悬浮液；

B、将氢氧化钙制成质量百分比为45％的水溶液，在步骤A中所制备的悬浮液中加入氢氧化钙水溶液及复合磷酸盐，加入去离子水在常温搅拌，在22℃-25℃下加入氢氧化钾及余量的去离子水混合均匀，制成pH呈碱性的酶脱毛助剂。

实施例2

本实施例的酶脱毛助剂，由以下质量百分比的原料制成：

氢氧化钾12；过碳酸钠15；氢氧化钠15；氢氧化钙16；复合磷酸盐3；余量为去离子水。

制备方法的步骤A中氢氧化钙制成质量百分比为65％的水溶液，其余内容如实施例1。

实施例3

本实施例的酶脱毛助剂，由以下质量百分比的原料制成：

氢氧化钾10；过碳酸钠13；氢氧化钠12；氢氧化钙15；复合磷酸盐2；余量为去离子水。

制备方法的步骤A中氢氧化钙制成质量百分比为55％的水溶液，其余内容如实施例1。

实施例4

本实施例的酶脱毛助剂，由以下质量百分比的原料制成：

氢氧化钾9；过碳酸钠12；氢氧化钠10.5；氢氧化钙14.5；复合磷酸盐1.5；余量为去离子水。

制备方法的步骤A中氢氧化钙制成质量百分比为50％的水溶液，其余内容如实施例1。

实施例5

本实施例的酶脱毛助剂，由以下质量百分比的原料制成：

氢氧化钾11；过碳酸钠14；氢氧化钠13.5；氢氧化钙15.5；复合磷酸盐2.5；余量为去离子水。

制备方法的步骤A中氢氧化钙制成质量百分比为60％的水溶液，其余内容如实施例1。

实施例6

本实施例的酶脱毛助剂，由以下质量百分比的原料制成：

氢氧化钾10；过碳酸钠12；氢氧化钠15；氢氧化钙14；复合磷酸盐2.5；余量为去离子水。

制备方法的步骤A中氢氧化钙制成质量百分比为58％的水溶液，其余内容如实施例1。

实施例7

本实施例的酶脱毛助剂，由以下质量百分比的原料制成：

氢氧化钾11；过碳酸钠14；氢氧化钠10；氢氧化钙15；复合磷酸盐1；余量为去离子水。

制备方法的步骤A中氢氧化钙制成质量百分比为48％的水溶液，其余内容如实施例1。

Claims (1)

1.一种酶脱毛助剂，其特征在于由以下质量百分比的原料制成：

氢氧化钾8％-12％；过碳酸钠11％-15％；氢氧化钠9％-15％；氢氧化钙14％-16％；复合磷酸盐1％-3％；余量为去离子水。