CN113980943A - 含胶原酶的复合酶制剂及其在处理皮革下脚料中的应用 - Google Patents

含胶原酶的复合酶制剂及其在处理皮革下脚料中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及酶制剂及应用，特别是指含胶原酶的复合酶制剂及其在处理皮革下脚料中的应用。复合酶制剂包括按比例复配的碱性蛋白酶、碱性脂肪酶、角蛋白酶、胶原酶，通过采用将皮革固废热水浴、酶解反应，离心得到水解液。本发明解决了现有技术中存在的工艺繁琐、二次污染严重、水解率低等技术问题。具有工艺简单、水解率高、无化学试剂添加和二次污染等优点。

Description

含胶原酶的复合酶制剂及其在处理皮革下脚料中的应用
技术领域
本发明涉及酶制剂及应用，特别是指含胶原酶的复合酶制剂及其在处理皮革下脚料中的应用。
背景技术
我国的传统制革工艺一直延续至今，皮革加工需要经过几十道工序，使用一百多种化工材料。皮革加工准备阶段主要目的是去除生皮中的制革无用物(如毛、表皮、脂肪、皮下组织等)、松散胶原纤维，此过程会产生大量的制革下脚料。制革工业从原皮到成革仅利用了原皮的20％左右，大部分制革下脚料只能堆积掩埋处理，对环境生态带来了巨大压力。2020年《中华人民共和国固体废弃物污染环境防治法》正式实施，给制革行业带来了巨大冲击。
制革下脚料的堆置不仅造成环境污染，而且是对生物质资源的严重浪费。近年来大量研究人员不断找寻各种方法，将廉价的制革下脚料进行水解处理。主要处理方法有物理法和化学法两种。物理法是将下脚料粉碎处理，作为肥料或饲料等应用，但因气味等感官问题，其需求量很少，大部分依旧堆积，并且经济价值低；化学法主要采用酸、碱、酶进行水解，用于提取明胶、胶原蛋白、复鞣剂、加脂剂和蛋白填充剂等，但存在处理工艺繁琐、下脚料的利用率低等缺陷。
申请人检索的背景技术包括：
公开号为CN1144836U的专利文献中公开了皮革下脚料提取蛋白的方法，其主要技术思路是采用水解、脱色、浓缩、干燥的工艺提取蛋白，采用活性炭吸附色素等有害物质，采用酸解、中和的方法将有害铬元素进行转化的方法。公开号为CN109796878A的专利文献中公开了利用皮革废弃边角料制备工业明胶和工业蛋白粉的方法，公开号为CN113201607A的专利文献中公开了一种皮革下脚料蓝湿皮先脱铬资源化再生利用新工艺，公开了通过酸法和碱法联处理回收皮革下脚料的方法。上述专利文献均采用化学法进行水解，不仅工艺复杂，而且二次污染严重。
公开号为CN102321718A的的专利文献中公开了化学与酶协同水解制革下脚料生产工业蛋白粉的方法，其主要技术思路是采用化学法与酶法相结合，依旧有大量二次污染试剂引入。
公开号为CN102492998B的专利文献中公开了一种从制革下脚料中提取胶原纤维的方法，其主要技术思路是采用物理机械的方法处理制革下脚料，是对下脚料的初级加工，其回收率较低，应用前景有限。
公开号为CN102407085B的专利文献及公开号为CN108018327B的专利文献的主要技术思路均采用酶法水解，但其采用酶制剂结构简单，酶具有专一性的特点，其所作用的位点较少，水解效率较低，水解时间长，同时回收率较低。
因化学法会产生大量废水，在环保日益严峻的今天已不再适用。废弃边角料以羊皮、牛皮为主，其皮质较厚，胶原蛋白成分较多，而胶原蛋白不易被普通蛋白酶水解。同时皮中不可避免地含有毛纤维成分，常规酶法无法将毛纤维水解掉，造成水解效率低，毛纤维资源浪费，并且给后处理带来困难，因此，针对废弃边角料的各种成分制备复合酶制剂，有效水解废弃边角料并获得有利用价值的氨基酸水溶液，减少化学试剂添加量，已成为本领域技术人员的主要技术研究方向之一。
发明内容
本发明的目的在于提供含胶原酶的复合酶制剂及其在处理皮革下脚料中的应用，采用该复合酶制剂处理皮革下脚料，可有效水解废弃边角料，获得有利用价值的氨基酸水溶液，减少化学试剂添加量。
本发明的整体技术构思是：
含胶原酶的复合酶制剂，由如下单位质量份的原料组成：
碱性蛋白酶：碱性脂肪酶：角蛋白酶：胶原酶＝0.5～1.5：0.5～1.5：0.5～1.5：1.5～2.5；其中各组分的参数如下：
碱性蛋白酶酶活700000U/g～800000U/g，反应温度为20℃～60℃，反应pH为8～12；
碱性脂肪酶酶活1500U/g～2000U/g，反应温度为30℃～60℃，反应pH为7～10；
角蛋白酶酶活为5000U/g～10000U/g,反应温度为25℃～60℃，反应pH为8～10；
胶原酶酶活为1000U/g～1500U/g，反应温度为10℃～45℃，反应pH为8～10。
申请人需要说明的是，因各原料组分均有现有市售商品，申请人对其具体组成成分不再赘述。
含胶原酶的复合酶制剂在处理皮革下脚料中的应用。
本发明的具体技术特征还有：
复合酶制剂优选采用如下条件的各原料组分：
碱性蛋白酶反应温度为40℃～50℃，pH为10～11。
碱性脂肪酶反应温度为35℃～45℃，反应pH为7.5～8.5。
角蛋白酶反应温度为35℃～45℃，反应pH为7.5～8.5。
胶原酶反应温度为25℃～35℃，反应pH为7.5～8.5。
含胶原酶的复合酶制剂在处理皮革下脚料中的应用，包括如下工艺步骤：
A、将皮革固废在65℃～75℃水浴1～1.5小时；
B、将步骤A中的反应体系冷却至室温，按照每1kg皮革固废加入1.8‰～2.2‰的比例加入含胶原酶的复合酶制剂，调节反应体系的pH＝8.5～9.5，酶解反应3～3.5小时，40℃～43℃水浴；
C、水解后将溶液过滤，高速离心分离3～5分钟，吸取上清，获得水解液。
所述的步骤B中皮革固废的原料选用牛皮、羊皮或其混合。
优选的技术实现手段是，所述的步骤D中高速离心的转速为5000～8000转/分钟。
本发明所取得的实质性特点和显著的技术进步在于：
1、本发明针对皮革废弃边角料的各种成分，将胶原酶和角蛋白酶等复配制成复合酶制剂，并且其水解条件能够有效水解废弃边角料，获得有利用价值的氨基酸水溶液。
2、采用本发明中的复合酶制剂水解皮革固废的方法步骤简单，化学试剂添加量少，有利于制革工业的可持续发展。
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，任何依据说明书所做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
含胶原酶的复合酶制剂，由如下单位质量份的原料组成：
碱性蛋白酶：碱性脂肪酶：角蛋白酶：胶原酶＝1.5：1.5：1.5：2.5；其中各组分的参数如下：
碱性蛋白酶酶活700000U/g～800000U/g，反应温度为20℃～60℃，反应pH为8～12；
碱性脂肪酶酶活1500U/g～2000U/g，反应温度为30℃～60℃，反应pH为7～10；
角蛋白酶酶活为5000U/g～10000U/g,反应温度为25℃～60℃，反应pH为8～10；
胶原酶酶活为1000U/g～1500U/g，反应温度为10℃～45℃，反应pH为8～10。
含胶原酶的复合酶制剂在处理皮革下脚料中的应用，包括如下工艺步骤：
A、将皮革固废在75℃水浴1.5小时；
B、将步骤A中的反应体系冷却至室温，按照每1kg皮革固废加入2.2‰的比例加入含胶原酶的复合酶制剂，调节反应体系的pH＝9.5，酶解反应3.5小时，43℃水浴；
C、水解后将溶液过滤，高速离心分离5分钟，吸取上清，获得水解液。
所述的步骤B中皮革固废的原料选用羊皮。
所述的步骤D中高速离心的转速为8000转/分钟。
实施例2
含胶原酶的复合酶制剂，由如下单位质量份的原料组成：
碱性蛋白酶：碱性脂肪酶：角蛋白酶：胶原酶＝0.5：0.5：0.5：1.5；其中各组分的参数如下：
碱性蛋白酶酶活700000U/g～800000U/g，反应温度为40℃～50℃，pH为10～11；
碱性脂肪酶酶活1500U/g～2000U/g，反应温度为35℃～45℃，反应pH为7.5～8.5；
角蛋白酶酶活为5000U/g～10000U/g,反应温度为35℃～45℃，反应pH为7.5～8.5；
胶原酶酶活为1000U/g～1500U/g，反应温度为25℃～35℃，反应pH为7.5～8.5。
含胶原酶的复合酶制剂在处理皮革下脚料中的应用，包括如下工艺步骤：
A、将皮革固废在65℃水浴1小时；
B、将步骤A中的反应体系冷却至室温，按照每1kg皮革固废加入1.8‰的比例加入含胶原酶的复合酶制剂，调节反应体系的pH＝8.5，酶解反应3小时，40℃水浴；
C、水解后将溶液过滤，高速离心分离3分钟，吸取上清，获得水解液。
所述的步骤B中皮革固废的原料选用牛皮。
所述的步骤D中高速离心的转速为5000转/分钟。
实施例3
含胶原酶的复合酶制剂，由如下单位质量份的原料组成：
碱性蛋白酶：碱性脂肪酶：角蛋白酶：胶原酶＝1：1：1：2；其中各组分的参数如下：
碱性蛋白酶酶活700000U/g～800000U/g，反应温度为20℃～60℃，反应pH为8～12；
碱性脂肪酶酶活1500U/g～2000U/g，反应温度为30℃～60℃，反应pH为7～10；
角蛋白酶酶活为5000U/g～10000U/g,反应温度为25℃～60℃，反应pH为8～10；
胶原酶酶活为1000U/g～1500U/g，反应温度为10℃～45℃，反应pH为8～10。
含胶原酶的复合酶制剂在处理皮革下脚料中的应用，包括如下工艺步骤：
A、将皮革固废在70℃水浴1.5小时；
B、将步骤A中的反应体系冷却至室温，按照每1kg皮革固废加入2‰的比例加入含胶原酶的复合酶制剂，调节反应体系的pH＝9，酶解反应3.5小时，42℃水浴；
C、水解后将溶液过滤，高速离心分离4分钟，吸取上清，获得水解液。
所述的步骤B中皮革固废的原料选用羊皮。
所述的步骤D中高速离心的转速为7000转/分钟。
实施例4
含胶原酶的复合酶制剂，由如下单位质量份的原料组成：
碱性蛋白酶：碱性脂肪酶：角蛋白酶：胶原酶＝0.8：1.2：0.9：1.8；其中各组分的参数如下：
碱性蛋白酶酶活700000U/g～800000U/g，反应温度为40℃～50℃，pH为10～11；
碱性脂肪酶酶活1500U/g～2000U/g，反应温度为35℃～45℃，反应pH为7.5～8.5；
角蛋白酶酶活为5000U/g～10000U/g,反应温度为35℃～45℃，反应pH为7.5～8.5；
胶原酶酶活为1000U/g～1500U/g，反应温度为25℃～35℃，反应pH为7.5～8.5。
含胶原酶的复合酶制剂在处理皮革下脚料中的应用，包括如下工艺步骤：
A、将皮革固废在68℃水浴1小时；
B、将步骤A中的反应体系冷却至室温，按照每1kg皮革固废加入1.9‰的比例加入含胶原酶的复合酶制剂，调节反应体系的pH＝8.5，酶解反应3.2小时，41℃水浴；
C、水解后将溶液过滤，高速离心分离5分钟，吸取上清，获得水解液。
所述的步骤B中皮革固废的原料选用牛皮。
所述的步骤D中高速离心的转速为6000转/分钟。
实施例5
含胶原酶的复合酶制剂，由如下单位质量份的原料组成：
碱性蛋白酶：碱性脂肪酶：角蛋白酶：胶原酶＝1.2：0.7：0.9：1.8；其中各组分的参数如下：
碱性蛋白酶酶活700000U/g～800000U/g，反应温度为20℃～60℃，反应pH为8～12；
碱性脂肪酶酶活1500U/g～2000U/g，反应温度为30℃～60℃，反应pH为7～10；
角蛋白酶酶活为5000U/g～10000U/g,反应温度为25℃～60℃，反应pH为8～10；
胶原酶酶活为1000U/g～1500U/g，反应温度为10℃～45℃，反应pH为8～10。
含胶原酶的复合酶制剂在处理皮革下脚料中的应用，包括如下工艺步骤：
A、将皮革固废在72℃水浴1.4小时；
B、将步骤A中的反应体系冷却至室温，按照每1kg皮革固废加入2.1‰的比例加入含胶原酶的复合酶制剂，调节反应体系的pH＝9.5，酶解反应3.4小时，42℃水浴；
C、水解后将溶液过滤，高速离心分离4分钟，吸取上清，获得水解液。
所述的步骤B中皮革固废的原料选用牛皮。
所述的步骤D中高速离心的转速为7500转/分钟。
为验证本发明的技术效果，申请人对实施例1～5中的水解率以及所得到的水解液成分进行测试，结果如下：
表一 实施例1～5水解反应的水解率
Figure BDA0003419139770000071
Figure BDA0003419139770000081
表二 实施例1～5水解液的成分分析
Figure BDA0003419139770000082
从以上结果可以看出，采用本发明制备的复合酶制剂处理皮革固废，水解率可达85.8％，最高为89.2％，酶法水解后溶液中氨基酸含量明显高于化学法。

Claims (9)

1.含胶原酶的复合酶制剂，其特征在于由如下单位质量份的原料组成：
碱性蛋白酶：碱性脂肪酶：角蛋白酶：胶原酶＝0.5～1.5：0.5～1.5：0.5～1.5：1.5～2.5；其中各组分的参数如下：
碱性蛋白酶酶活700000U/g～800000U/g，反应温度为20℃～60℃，反应pH为8～12；
碱性脂肪酶酶活1500U/g～2000U/g，反应温度为30℃～60℃，反应pH为7～10；
角蛋白酶酶活为5000U/g～10000U/g,反应温度为25℃～60℃，反应pH为8～10；
胶原酶酶活为1000U/g～1500U/g，反应温度为10℃～45℃，反应pH为8～10。
2.根据权利要求1所述的含胶原酶的复合酶制剂，其特征在于所述的碱性蛋白酶反应温度为40℃～50℃，pH为10～11。
3.根据权利要求1所述的含胶原酶的复合酶制剂，其特征在于所述的碱性脂肪酶反应温度为35℃～45℃，反应pH为7.5～8.5。
4.根据权利要求1所述的含胶原酶的复合酶制剂，其特征在于所述的角蛋白酶反应温度为35℃～45℃，反应pH为7.5～8.5。
5.根据权利要求1所述的含胶原酶的复合酶制剂，其特征在于所述的胶原酶反应温度为25℃～35℃，反应pH为7.5～8.5。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的含胶原酶的复合酶制剂在处理皮革下脚料中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于包括如下工艺步骤：
A、将皮革固废在65℃～75℃水浴1～1.5小时；
B、将步骤A中的反应体系冷却至室温，按照每1kg皮革固废加入1.8‰～2.2‰的比例加入含胶原酶的复合酶制剂，调节反应体系的pH＝8.5～9.5，酶解反应3～3.5小时，40℃～43℃水浴；
C、水解后将溶液过滤，高速离心分离3～5分钟，吸取上清，获得水解液。
8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于所述的步骤B中皮革固废的原料选用牛皮、羊皮或其混合。
9.根据权利要求6所述的应用，其特征在于所述的步骤D中高速离心的转速为5000～8000转/分钟。
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