CN110643754A

CN110643754A - 一种在制革过程调控蛋白酶催化活性的方法

Info

Publication number: CN110643754A
Application number: CN201910931995.6A
Authority: CN
Inventors: 曾运航; 王欢; 石碧; 王亚楠; 周建飞
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2019-09-29
Filing date: 2019-09-29
Publication date: 2020-01-03
Anticipated expiration: 2039-09-29
Also published as: CN110643754B

Abstract

本发明公开了一种在制革过程调控蛋白酶催化活性的方法，是用蛋白酶可逆抑制剂与现有的蛋白酶制剂一起应用于浸水、脱毛或软化工艺中，达到先抑制后恢复蛋白酶活力的目的。本发明提供的方法，能在制革过程中降低蛋白酶初始催化水解反应的速率，使蛋白酶渗透皮后才开始水解皮蛋白质，减少蛋白酶对皮表层胶原纤维的作用时间和强度，提高蛋白酶对皮内各层胶原纤维水解作用的均匀性，解决现有基于蛋白酶作用的制革生物技术容易损伤皮胶原纤维，降低皮革品质的技术问题，同时提供的蛋白酶可逆抑制剂选自蛋白质，是一种环境友好的助剂。

Description

一种在制革过程调控蛋白酶催化活性的方法

技术领域

本发明属于皮革的加工制造技术领域，具体涉及一种在制革过程中调控蛋白酶催化活性的方法以及采用该方法制得的皮革。

背景技术

蛋白酶被越来越广泛地用于制革浸水、脱毛、软化等工序中，催化水解去除原皮内的白蛋白、球蛋白、弹性蛋白、蛋白多糖、角蛋白等非胶原蛋白质，可以达到提高浸水效率、实现清洁脱毛和适度分散纤维的目的，为后工序中鞣制及染整材料的渗透和结合创造适宜的条件。但是，蛋白酶催化反应的底物选择性不高，用其处理原皮或裸皮会同时水解多种蛋白质，包括皮内的非胶原蛋白质和胶原纤维。另外，动物皮复杂的组织结构和蛋白酶高效的酶促反应让蛋白酶在原皮内传递慢且反应快，常常造成皮粒面层（皮表层）比皮中间层受到的蛋白酶作用时间更长、强度更高，即导致了蛋白酶对皮内、外层胶原纤维作用不均匀。因此，在皮革生产过程中使用蛋白酶容易损伤皮中的胶原纤维，特别是粒面层中的胶原纤维，造成皮革出现空松、伤面、松面等质量问题，导致皮革产品价值下降。

为了解决使用蛋白酶制剂容易降低皮革品质的技术问题，一些研究者开发了抑制胶原酶活力（使胶原酶催化活性丧失）的酶制剂产品和酶处理方法。例如，中国专利CN103060487A题为“减小皮革损伤的脱毛酶制剂”公开了一种复配的脱毛酶制剂，该酶制剂在选用合适的蛋白酶（如2709蛋白酶）的基础上，加入了特定的蛋白酶抑制剂（EDTA），可以抑制其中的胶原酶活力；中国专利CN104711379B题为“一种用于消除牛皮皮革粒面伤害的酶脱毛方法”公开了一种先用胶原酶抑制剂（没食子酸钠、丙二酸钠、丁二酸钠、己二酸钠、谷氨酸钠和羟肟酸钠中的至少一种）预处理浸水牛皮，再用脱毛酶制剂进行脱毛的方法；中国专利CN105132600B题为“调控蛋白酶对动物皮内胶原蛋白和弹性蛋白选择性作用的方法”公开了一种先用阴离子表面活性剂预处理动物皮，再用蛋白酶处理动物皮，或者用阴离子表面活性剂预处理过的蛋白酶对动物皮进行酶处理的方法，其中所述的阴离子表面活性剂（长链烷基硫酸盐、长链烷基磺酸盐中的至少一种）可以抑制蛋白酶水解胶原的活力。这些发明无论是在蛋白酶制剂中复配抑制剂，还是在蛋白酶使用前添加抑制剂，都采用了不可逆抑制剂来抑制蛋白酶制剂中的胶原酶活力，从而减少皮胶原纤维的损伤。但值得指出的是，制革用蛋白酶制剂的主要酶组分不是胶原酶，而是其他的蛋白酶；且在制革过程中，即便用不含胶原酶组分的高纯度蛋白酶处理动物皮，还是难以避免皮胶原被水解从而出现皮革伤面和松面的问题。

基于上述分析，一种在制革过程中能有效调控蛋白酶催化活性，防止皮胶原遭到过度水解的方法是目前行业内急需的。

发明内容

鉴于上述不足，本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点或不足，提供一种在制革过程中调控蛋白酶催化活性的方法。其特点是用蛋白酶可逆抑制剂与蛋白酶制剂一起应用于浸水、脱毛或软化工艺中，在酶处理的初始阶段抑制蛋白酶活力，降低蛋白酶催化水解反应的速率，使蛋白酶渗透原皮或裸皮后才恢复活力，开始水解皮蛋白质，从而提高蛋白酶处理皮内各层胶原纤维的均匀性，解决现有的用蛋白酶的制革生物技术容易损伤皮胶原纤维，降低皮革品质的技术问题。

原皮组织的复杂性和酶促反应的高效性使得蛋白酶在皮内传递慢而反应快，正因如此，使用蛋白酶处理原皮或裸皮容易造成皮表层胶原纤维过度水解、皮革品质严重降低。解决制革过程中蛋白酶传质与反应之间的矛盾，无疑是避免蛋白酶过度损伤皮胶原纤维的关键。酶的可逆抑制是指用特殊的可逆抑制剂与酶分子进行非共价键结合以暂时使酶的催化活性降低或丧失，待抑制剂被去除后，酶的催化活性即可恢复。

在本发明反复试验的过程中，我们发现使用适量的大豆胰蛋白酶抑制剂（TI）可以获得胰蛋白酶（trypsin，典型的制革用酶制剂）活力的可逆抑制，即先抑制后恢复（见图1，以不添加TI时trypsin的蛋白酶活力为100%，计算添加TI后trypsin的相对酶活力）。因此，本发明用蛋白酶可逆抑制剂作为调控蛋白酶催化活性的助剂，与制革用蛋白酶制剂一起应用于制革工艺中，实现了酶处理初期蛋白酶催化活性的暂时抑制，降低了蛋白酶水解反应的速率，达到了蛋白酶在渗入原皮后才逐渐恢复蛋白酶活力、开始水解皮蛋白质的目的，减少了蛋白酶对皮表层胶原纤维的作用时间和强度，缩小了皮中各层胶原纤维之间水解程度的差异，制得的皮革丰满且粒面清晰。

本发明的目的由以下技术措施实现，其中所述原料份数除特殊说明外，均为质量百分数。

一种在制革过程调控蛋白酶催化活性的方法，在制革过程中同时使用蛋白酶可逆抑制剂与蛋白酶制剂进行蛋白酶催化活性的调控。

进一步的，所述蛋白酶可逆抑制剂选自大豆胰蛋白酶抑制剂、南瓜胰蛋白酶抑制剂、亮肽素、抑肽酶中的至少一种。

进一步的，所述蛋白酶制剂选自微生物蛋白酶、动物蛋白酶和植物蛋白酶中的至少一种。

本发明还公开了一种根据上述任一在制革过程调控蛋白酶催化活性的方法制得的皮革。

本发明还公开了一种上述皮革的制备方法，该方法包括制备浸水皮、制备脱毛裸皮、制备软化裸皮。

进一步的，所述制备浸水皮包括如下步骤，按原皮的质量百分数计，将原皮装入转鼓中，加入200~400wt%的水，调节温度至18~25℃，加入0.2~0.5wt%碳酸钠、0.2~0.5wt%脱脂剂以及0.1~1.0wt%的蛋白酶制剂和0.01~0.1wt%的蛋白酶可逆抑制剂，转动30min后，调为间歇转动或持续转动，总时间为6~24h，得到浸水皮。

进一步的，所述制备脱毛裸皮包括如下步骤，按浸水皮的质量百分数计，将浸水皮装入转鼓中，加入100~300wt%的水，调节温度至25~35℃，加入0.2~0.5wt%脱脂剂、0.5~3.0wt%的蛋白酶制剂和0.02~0.2wt%的蛋白酶可逆抑制剂，转动30min后，调为间歇转动或持续转动，总时间为1~6h，得到脱毛裸皮。

进一步的，所述制备软化裸皮选自方法A或方法B中任意一种。

进一步的，所述方法A包括如下步骤，按浸灰裸皮的质量百分数计，将浸灰裸皮装入转鼓中，加入80~200wt%的水，调节温度至28~35℃，加入1.0~4.0wt%的脱灰剂和0.1~0.5wt%的脱脂剂，转动30~120min进行脱灰；然后换液，加入100~200wt%的水，调节温度至30~35℃，加入0.2~2.0wt%的蛋白酶制剂和0.02~0.2wt%的蛋白酶可逆抑制剂，转动30min后，调为间歇转动或持续转动，总时间为30~240min，得到软化裸皮。

进一步的，所述方法B包括如下步骤，按浸灰裸皮的质量百分数计，将浸灰裸皮装入转鼓中，加入100~200wt%的水，调节温度至30~35℃，加入1.0~4.0wt%的脱灰剂和0.1~0.5wt%的脱脂剂，转动30~120min进行脱灰；然后不换液，继续加入0.2~2.0wt%的蛋白酶制剂和0.02~0.2wt%的蛋白酶可逆抑制剂，转动30min后，调为间歇转动或持续转动，总时间为30~240min，得到软化裸皮。

本发明还公开了一种根据上述任一方法制得的皮革。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1. 本发明提供的在制革过程中调控蛋白酶催化活性的方法，能使蛋白酶在制革过程中充分渗透后才催化水解皮蛋白质，减少蛋白酶对皮表层胶原纤维的作用时间和强度，提高蛋白酶对皮内各层胶原纤维水解作用的均匀性。

2. 本发明提供的在制革过程中调控蛋白酶催化活性的方法，能有效减小皮内胶原纤维，特别是粒面层中胶原纤维被蛋白酶损伤的风险，解决现有基于蛋白酶作用的制革生物技术容易降低皮革品质的技术问题。

3. 本发明用蛋白酶可逆抑制剂与蛋白酶制剂一起应用于皮革制备工艺中，不会影响蛋白酶制剂处理原皮或裸皮的效果。

4. 本发明提供的蛋白酶可逆抑制剂选自蛋白质，是一种环境友好的助剂。

附图说明

图1为大豆胰蛋白酶抑制剂（TI）对胰蛋白酶（trypsin）活力的影响。

图2为实施例7与对比例2软化裸皮纵剖面放大50倍的扫描电子显微照片。

图3为实施例7与对比例2软化裸皮中间层纵剖面放大300倍的扫描电子显微照片。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细描述，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员可以根据上述的发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。

实施例1

以下材料用量均以原皮的质量百分数（wt%）计。

将原皮装入转鼓中，加入400wt%的水，调节温度至25℃，加入0.5wt%碳酸钠、0.5wt%脱脂剂以及1.0wt%的浸水用蛋白酶制剂（蛋白酶活力为2000U/g）和0.1wt%的大豆胰蛋白酶抑制剂，转动30min后，调为间歇转动（每小时转动10min），总时间为24h，得到浸水皮。

实施例2

以下材料用量均以原皮的质量百分数（wt%）计。

将原皮装入转鼓中，加入200wt%的水，调节温度至18℃，加入0.2wt%碳酸钠、0.2wt%脱脂剂以及0.1wt%的浸水用蛋白酶制剂（蛋白酶活力为5000U/g）和0.05wt%的亮肽素，转动30min后，调为间歇转动（每小时转动10min），总时间为12h，得到浸水皮。

实施例3

以下材料用量均以原皮的质量百分数（wt%）计。

将原皮装入转鼓中，加入300wt%的水，调节温度至22℃，加入0.3wt%碳酸钠、0.3wt%脱脂剂以及0.5wt%的浸水用蛋白酶制剂（蛋白酶活力为4000U/g）和0.01wt%的抑肽酶，转动30min后，调为间歇转动（每小时转动10min），总时间为6h，得到浸水皮。

实施例4

以下材料用量均以浸水皮的质量百分数（wt%）计。

将浸水皮装入转鼓中，加入300wt%的水，调节温度至30℃，加入0.5wt%脱脂剂、3.0wt%的脱毛用蛋白酶制剂（蛋白酶活力为20000U/g）和0.04wt%的大豆胰蛋白酶抑制剂，转动30min后，调为间歇转动（每小时转动20min），总时间为4h，得到脱毛裸皮。

对比例1

以下材料用量均以浸水皮的质量百分数（wt%）计。

将浸水皮装入转鼓中，加入300wt%的水，调节温度至30℃，加入0.5wt%脱脂剂和3.0wt%的脱毛用蛋白酶制剂（蛋白酶活力为20000U/g），转动30min后，调为间歇转动（每小时转动20min），总时间为4h，得到脱毛裸皮。

对实施例4和对比例1进行相应的脱毛效果测试，测试结果如表1所示。

表1 脱毛效果对比表（脱毛4h）

测试项目	脱毛率（%）a	废液的羟脯氨酸浓度（mg/L）b
			实施例4	95.2	26.7
对比例1	96.1	42.2

注：a. 脱毛率（%）= 脱毛裸皮粒面无毛部分的面积/脱毛裸皮粒面的总面积*100；

b. 脱毛废液中羟脯氨酸（胶原蛋白的特征氨基酸）的浓度越高，表明皮胶原纤维的损伤程度越大。

根据表1结果可知，本发明提供的蛋白酶可逆抑制剂与蛋白酶制剂一起应用于脱毛工艺中，不会影响蛋白酶制剂脱毛的效果，且能有效减小皮胶原纤维的损伤。

实施例5

以下材料用量均以浸水皮的质量百分数（wt%）计。

将浸水皮装入转鼓中，加入100wt%的水，调节温度至35℃，加入0.2wt%脱脂剂、0.5wt%的脱毛用蛋白酶制剂（蛋白酶活力为30000U/g）和0.2wt%的南瓜胰蛋白酶抑制剂，转动30min后，调为间歇转动（每小时转动10min），总时间为6h，得到脱毛裸皮。

实施例6

以下材料用量均以浸水皮的质量百分数（wt%）计。

将浸水皮装入转鼓中，加入200wt%的水，调节温度至25℃，加入0.35wt%脱脂剂、1.5wt%的脱毛用蛋白酶制剂（蛋白酶活力为50000U/g）和0.02wt%的抑肽酶，转动60min，得到脱毛裸皮。

实施例7

以下材料用量均以浸灰裸皮的质量百分数（wt%）计。

将浸灰裸皮装入转鼓中，加入200wt%的水，调节温度至32℃，加入4.0wt%的硫酸铵和0.5wt%的脱脂剂，转动90min进行脱灰；然后换液，加入200wt%的水，调节温度至32℃，加入2.0wt%的软化用蛋白酶制剂（蛋白酶活力为1000U/g）和0.04wt%的大豆胰蛋白酶抑制剂，转动30min，停30min，调为间歇转动（每小时转动15min），总时间为240min，得到软化裸皮。

对比例2

以下材料用量均以浸灰裸皮的质量百分数（wt%）计。

将浸灰裸皮装入转鼓中，加入200wt%的水，调节温度至32℃，加入4.0wt%的硫酸铵和0.5wt%的脱脂剂，转动90min进行脱灰；然后换液，加入200wt%的水，调节温度至32℃，加入2.0wt%的软化用蛋白酶制剂（蛋白酶活力为1000U/g），转动30min，停30min，调为间歇转动（每小时转动15min），总时间为240min，得到软化裸皮。

对实施例7和对比例2进行相应的软化效果测试，测试结果如图2、图3和表2所示。根据图2的结果可以看出，本发明提供的蛋白酶可逆抑制剂与蛋白酶制剂一起应用于软化工艺中，不会影响蛋白酶分散胶原纤维的效果。从图3的结果可以进一步看出，本发明能提高蛋白酶对皮内各层胶原纤维作用的均匀性。

表2 软化效果对比表（软化240min）

测试项目	废液的羟脯氨酸浓度（mg/L）a
		实施例7	38.4
对比例2	67.5

注：a. 软化废液中羟脯氨酸（胶原特征氨基酸）的浓度越高，表明皮胶原纤维受到损伤的程度越大。

根据表2的结果可知，实施例7软化废液的羟脯氨酸浓度明显低于对比例2，由此可见本发明提供的蛋白酶可逆抑制剂与蛋白酶制剂一起应用于软化工艺中，能减小皮胶原纤维的损伤，解决现有蛋白酶制剂在软化过程中容易降低皮革品质的技术问题。

实施例8

以下材料用量均以浸灰裸皮的质量百分数（wt%）计。

将浸灰裸皮装入转鼓中，加入80wt%的水，调节温度至28℃，加入1.0wt%的无氨脱灰剂和0.1wt%的脱脂剂，转动120min进行脱灰；然后换液，加入100wt%的水，调节温度至30℃，加入0.2wt%的软化用蛋白酶制剂（蛋白酶活力为2000U/g）和0.2wt%的抑肽酶，转动30min，停30min，调为间歇转动（每小时转动15min），总时间为120min，得到软化裸皮。

实施例9

以下材料用量均以浸灰裸皮的质量百分数（wt%）计。

将浸灰裸皮装入转鼓中，加入120wt%的水，调节温度至35℃，加入2.5wt%的无氨脱灰剂和0.3wt%的脱脂剂，转动30min进行脱灰；然后换液，加入150wt%的水，调节温度至35℃，加入1.0wt%的软化用蛋白酶制剂（蛋白酶活力为3000U/g）和0.02wt%的亮肽素，转动30min，得到软化裸皮。

实施例10

以下材料用量均以浸灰裸皮的质量百分数（wt%）计。

将浸灰裸皮装入转鼓中，加入150wt%的水，调节温度至35℃，加入2.5wt%的氯化铵和0.3wt%的脱脂剂，转动30min进行脱灰；然后不换液，继续加入0.8wt%的软化用蛋白酶制剂（蛋白酶活力为3000U/g）和0.02wt%的大豆胰蛋白酶抑制剂，转动30min，得到软化裸皮。

实施例11

以下材料用量均以浸灰裸皮的质量百分数（wt%）计。

将浸灰裸皮装入转鼓中，加入200wt%的水，调节温度至32℃，加入4.0wt%的硫酸铵和0.5wt%的脱脂剂，转动60min进行脱灰；然后不换液，继续加入2.0wt%的软化用蛋白酶制剂（蛋白酶活力为1000U/g）和0.1wt%的南瓜胰蛋白酶抑制剂，转动30min，停30min，调为间歇转动（每小时转动15min），总时间为240min，得到软化裸皮。

实施例12

以下材料用量均以浸灰裸皮的质量百分数（wt%）计。

将浸灰裸皮装入转鼓中，加入100wt%的水，调节温度至30℃，加入1.0wt%的无氨脱灰剂和0.1wt%的脱脂剂，转动120min进行脱灰；然后不换液，继续加入0.2wt%的软化用蛋白酶制剂（蛋白酶活力为2500U/g）和0.2wt%的抑肽酶，转动30min，停30min，调为间歇转动（每小时转动15min），总时间为180min，得到软化裸皮。

Claims

1.一种在制革过程调控蛋白酶催化活性的方法，其特征在于，在制革过程中同时使用蛋白酶可逆抑制剂与蛋白酶制剂进行蛋白酶催化活性的调控。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述蛋白酶可逆抑制剂选自大豆胰蛋白酶抑制剂、南瓜胰蛋白酶抑制剂、亮肽素、抑肽酶中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述蛋白酶制剂选自微生物蛋白酶、动物蛋白酶和植物蛋白酶中的至少一种。

4.一种根据权利要求1~3所述任一在制革过程调控蛋白酶催化活性的方法制得的皮革。

5.一种根据权利要求4所述皮革的制备方法，其特征在于，该方法包括制备浸水皮、制备脱毛裸皮、制备软化裸皮。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述制备浸水皮包括如下步骤，按原皮的质量百分数计，将原皮装入转鼓中，加入200~400wt%的水，调节温度至18~25℃，加入0.2~0.5wt%碳酸钠、0.2~0.5wt%脱脂剂以及0.1~1.0wt%的蛋白酶制剂和0.01~0.1wt%的蛋白酶可逆抑制剂，转动30min后，调为间歇转动或持续转动，总时间为6~24h，得到浸水皮。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述制备脱毛裸皮包括如下步骤，按浸水皮的质量百分数计，将浸水皮装入转鼓中，加入100~300wt%的水，调节温度至25~35℃，加入0.2~0.5wt%脱脂剂、0.5~3.0wt%的蛋白酶制剂和0.02~0.2wt%的蛋白酶可逆抑制剂，转动30min后，调为间歇转动或持续转动，总时间为1~6h，得到脱毛裸皮。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述制备软化裸皮选自方法A或方法B中任意一种。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法A包括如下步骤，按浸灰裸皮的质量百分数计，将浸灰裸皮装入转鼓中，加入80~200wt%的水，调节温度至28~35℃，加入1.0~4.0wt%的脱灰剂和0.1~0.5wt%的脱脂剂，转动30~120min进行脱灰；然后换液，加入100~200wt%的水，调节温度至30~35℃，加入0.2~2.0wt%的蛋白酶制剂和0.02~0.2wt%的蛋白酶可逆抑制剂，转动30min后，调为间歇转动或持续转动，总时间为30~240min，得到软化裸皮。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法B包括如下步骤，按浸灰裸皮的质量百分数计，将浸灰裸皮装入转鼓中，加入100~200wt%的水，调节温度至30~35℃，加入1.0~4.0wt%的脱灰剂和0.1~0.5wt%的脱脂剂，转动30~120min进行脱灰；然后不换液，继续加入0.2~2.0wt%的蛋白酶制剂和0.02~0.2wt%的蛋白酶可逆抑制剂，转动30min后，调为间歇转动或持续转动，总时间为30~240min，得到软化裸皮。

11.一种根据权利要求5~10所述任一方法制得的皮革。