DE2856320A1

DE2856320A1 - Enzymatisches beizverfahren

Info

Publication number: DE2856320A1
Application number: DE19782856320
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr Monsheimer; Ernst Dipl Chem Pfleiderer
Original assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Current assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Priority date: 1978-12-27
Filing date: 1978-12-27
Publication date: 1980-07-17
Also published as: US4273876A; GB2044294A; JPS5590600A; AR220249A1; IT7969478A0; DE2856320C2; IN153467B; JPS6247240B2; IT1119625B; GB2044294B; ES486658A1; BR7908523A

Description

Enzymatisches Beizverfahren

Bekanntlich müssen zur Herstellung von Ledern mit einer gewissen Weichheit und Geschmeidigkeit im Griff, die einen qualitativ hochwertigen Narben aufweisen, die Blößen nach dem Äschern und Entkälken einem weiteren enzymatischen Prozeß, der sogenannten Beize unterworfen werden. Ihr technologischer Sinn ist es, neben weiterer Reinigung der Haut von Haar-, Fett- und Epidemisresten einerseits eine Entquellung, andererseits eine Auflockerung und Konditionierung des gesamten Hautfasergefüges herbeizuführen. Bereits 1907 hat 0. Röhm ein enzymatisches Beizverfahren unter Verwendung von Pankreasenzymen unter Zusatz von Ammoniumsalzen CDRP 200 519) eingeführt. Die Ammoniumsalze haben ebenfalls eine entkalkende Wirkung und bilden mit dem freiwerdenden Ammoniak ein schwach alkalisches Puffersystem, das den für tryptische Fermente optimalen pH-Bereich stabilisiert. Im weiteren wurden zunehmend die aus Schimmelpilzen und Bakterien gewonnenen Proteasen für die Beize verwendet. Die meisten

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handelsüblichen Beizpräparate haben vergleichbare Zusammensetzungen und unterscheiden sich vor allem im Enzym- bzw. Ammoniumsalzgehalt, in der Enzymart und zum Teil auch durch die Netzmittelzusätze.

In der DE-PS 1 230 169 wird eine enzymatische Enthaarung der Felle und Häute mit Proteasen unter Zusatz von Carbohydrasen bei pH 5,5 bis 10 und Nachbehandlung mit proteolytischen Enzymen aus Mikroorganismen bei pH 3,0 bis 5,5 vorgeschlagen, wobei die Proteasen zur Erzielung eines optimalen Effekts mit Carbohydrasen kombiniert werden können. Bei den zur Anwendung kommenden Carbohydrasen handelt es sich nach der DE-PS 1 230 469 um Oligasen, d.h. um einfache Glykoside und Oligosaccharide spaltende' Enzyme (vgl. Handbuch der Enzymologie, Herausg. F.F. Nord und R. Weidenhagen, Akademische Verlagsgesellschaft, Leipzig 1940, S. 514 ff.). Unter modernen Gesichtspunkten ist der Erfolg der an die Äscherung anschließenden technologischen Schritte in der Wasserwerkstatt daran zu messen, ob die erwünschte Grundlockerung erreicht wird.

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In der DE-PS 1 800 891 wird ein Verfahren zum Weichen oder Beizen von Häuten oder Fellen oder Nachbeizen von vorgegerbtem Hautmaterial mittels proteolytischer Enzyme bei einem pH-Wert zwischen 3 und 5 unter nicht-schwellenden Bedingungen vorgeschlagen, das durch die Verwendung von Papain als Protease gekennzeichnet ist.

Es wurde nun gefunden, daß bei einem enzymatischen Beizverfahren im sauren pH-Bereich eine voll befriedigende Beizwirkung, verbunden mit einer ausgezeichneten Grundlöckerung, dann erreicht wird, wenn man als Enzyme Amylasen und Proteasen gleichzeitig, speziell Amylasen mit gewisser proteolytischer Begleitaktivität verwendet. Unter dem sauren pH-Bereich sei im Sinne der vorliegenden Erfindung in der Regel der Bereich von pH bis 7,5, insbesondere der Bereich von 3 bis 6, verstanden.

Besonders bevorzugt ist die Verwendung von Amylasen in Kombination mit sauren Proteasen.

Unter den im Sinne der vorliegenden Erfindung geeigneten Amylasen seien die Enzyme verstanden, die die Hydrolyse einer ο 1 —^4 glykosidischen Bindung in Polysaccariden

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'ff

katalysieren,*} die eine proteolytische Begleitaktivität besitzen, insbesondere a-Amylasen (vgl. Fischer und Stein in "The Enzymes" Herausg. P.D. Boyer et al. Vol. IV, S. 313 - 343, Academic Press, 2. Auflage, I960). Der optimale pH-Bereich der geeigneten Amylasen liegt im Hinblick auf den Stärkeabbau im allgemeinen zwischen S und" 6, sofern im Temperaturbereich von 20 bis 40⁰C gearbeitet wird. Vielfach beobachtet man eine deutliche Temperaturabhängigkeit der pH-Optima hinsichtlich der Stärkehydrolyse, d.h. mit steigender Temperatur verschieben sich die pH-Optima zum Neutralpunkt hin, wobei die Enzymaktivität tendenzmäßig abnimmt. Umgekehrt nimmt die Aktivität auch mit fallendem pH-Wert ab.

Die erfindungsgemäß verwendbaren Amylasen sind tierischen, pflanzlichen oder mikrobiologischen Ursprungs. So können beispielsweise Pankreas-Amylasen, Bakterien- und Pilzamylasen Verwendung finden.

speziell diejenigen
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Die besonders geeigneten α-Amylasen können beispielsweise aus Bacillus-Arten wie Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus mesentericus, Bacillus stearthermophilus oder aus Pilzen, z.B.

Aspergillus Arten, wie Aspergillus oryzae (Taka-Amylase), Aspergillus candidus, ferner Pseudomonas-Arten wie Pseudomonas saccharophila, gewonnen werden. Ferner ist die Gewinnung von a-Amylase aus Malz möglich.

Unter den sauren Proteasen, die zur Kombination mit den Amylasen gemäß der vorliegenden Erfindung infrage kommen, seien die tierischen Proteasen, wie Pepsin und Trypsin, pflanzliche Proteasen wie Papain, sowie solche mikrobiologischen Ursprungs, vor allem Pilzproteasen wie die aus Aspergillus-Arten (Aspergillus saitoi, Aspergillus oryzae, Aspergillus niger, oder aus Penicillium-Arten wie Peaicillium roqueforti aus Rhiz. chinenensis oder Mucor

*
pusillus gewonnen, verstanden, deren optimaler Wirkungsbereich (gegenüber Haemoglobin) zwischen pH 2 und 7 liegt-

Besonders bevorzugt ist die Verwendung von proteolytischen Enzymen, deren Wirkungsoptimum gegenüber Haemoglobin bei pH-Werten unter 5,5 liegt. Als besonders günstig hat

werden

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sich die Kombination von sauren PiIz-Proteinasen mit den erfindungsgemäß verwendbaren Amylasen erwiesen.

Für den Einsatz der genannten Enzyme

können die bereits bekannten Verfahren, bei denen saure Proteasen zur Beize herangezogen worden sind, als Vorbild dienen.
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Die Temperaturen liegen dabei im allgemeinen zwischen Raumtemperatur und ca. 50⁰C. Die enzymatischen Ansätze können noch die üblichen Zusätze wie Salze, ins-

^5 besondere Ammonsulfat, Natriumsulfat und Kochsalz neben den zur Einstellung des gewünschten pH-Werts gebräuchlichen Agentien enthalten. Die Dauer der Behandlung hängt in erster Linie vom Substrat ab.

Bei "Wet Blues" liegt sie z.B. in der Größenordnung von 14 Stunden; bei Rindsoder Kalbsblößen genügt eine deutlich kürzere Behandlungsdauer, beispielsweise in der Regel zwischen 2 und 4 Stunden.

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Dabei wurden die in üblicher Weise geweichten und geäscherten Blößen nach den mechanischen Arbeitsgängen wie z.B. Entfleischen und Spalten in üblicher Weise im Faß, Mischer, Gerbmaschine, Haspel u.a. entkalkt.

Die Durchführung der sauren Beize wird bei der Herstellung von Chromledern am einfachsten mit dem zur Sauerstellung erfor-

10- derlichen Pickel kombiniert. Zur Vermeidung des Auftretens einer Säureschwellung sollte man entweder mit einem Kochsalzpuffer oder mit sogenannten nicht-schwellen-.den Säuren wie z.B. Naphthalinsulfonsäure,

*5 Naphtholsulfonsäure, Sulfophthalsäure u.a. arbeiten.

Beim Arbeiten im Gerbfaß geht man dabei zweckmäßig so vor, daß man zunächst SO-100 Gew.-I Wasser bezogen auf das Blößen-O gewicht mit einer Einlauftemperatur von

ca. 23 - 25⁰C in das Faß einlaufen läßt.

man Nun gibt man die Blößen dazu. SofernYohne

nicht-schwellende Säuren arbeitet, gibt man 5 - 10 Gew.-$ Kochsalz zu und bewegt ^J ca. 20 Minuten. Danach setzt man das Enzymprodukt zu und reguliert durch Zugabe von Säuren den pH-Wert. An Säuren können z.B. eingesetzt werden: Ameisensäure, Essigsäure, Salzsäure, Schwefelsäure. Die Mengendosierung sollte so bemessen sein, daß ein pH-Wert in der Flotte von 4,0 bis 4,5 nicht

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wesentlich unterschritten wird. Je nach dem Alkaligehalt sowie der Stärke der Blößen benötigt man hierfür zwischen 0,5 und 1 Gew.-I Ameisensäure ( 85 % - technisch). Die Enzymmenge richtet sich u.a. danach, ob es sich um einen Kurzzeitprozeß von einigen Stunden oder um einen Prozeß der z.B. über Nacht durchgeführt wird, handelt. Für Kurzprozesse benötigt man die 3 - 4fache Enzymmenge wie für Langzeitverfahren. Im allgemeinen benötigt man zwischen 0,01 und 0,2-*) Gew.-t bezogen auf das Blößengewicht eines Enzymprodukts mit zwischen 800 und 2500 .Löhlein-Volhard-Einheiten. (Siehe nachstehende Definitionen). Am Ende der Beize liegt die Blöße in einem grundfreien, verfallenen Zustand vor. Die zur Chromgerbung erforderliche Sauerstellung kann im gleichen Bad durch weitere Säurezugabe erfolgen. Auch die nachfolgende Chromgerbung wird im selben Bad durchgeführt.

Während die eingangs angeführten, auf.der Basis von Pankreas-Enzymen aufgebauten Beizmittel, die im neutralen oder schwach-alkalischen pH-Bereich angewandt werden, vorwiegend eine Reinigung des Narbens von Schmutz und Grund bewirken, führen die sauren Beizmittel auch zu einer Auflockerung des

j5O Fasergefüges, die in einem weicheren Griff des Leders zum Ausdruck kommt.

. ^Jvorzugsweise zwischen 0,02 und 0,08 -

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Physikalische Untersuchungen der Zugfestigkeit und der Dehnung haben gezeigt, daß die Werte im Vergleich zu konventionellen Beizverfahren um 15 - 20 % verbessert sind.

Mit im sauren pH-Bereich angewandten Kombinationen von proteolytischen und amylasehaltigen Enzymen ist es somit möglich, den in der Praxis häufig durchgeführten Nachäscher einzusparen. Werden sie bei der Entpicklung von Pickelblößen (Beispiel 3) eingesetzt, so werden die beim Versand häufig auftretenden Liegefalten beseitigt.

Da bei der Herstellung von Pickelblößen häufig nur ein kurzer Äscher durchgeführt wird, sind solche Pickelblößen oft nur in unzureichendem Maße grundrein. Die Grundlockerung kann durch Anwendung einer sauren Beize der oben beschriebenen Art wesentlich verbessert werden. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, diese Blößen zur Herstellung von naturell gefärbten Anilinledern zu verwenden, die ohne eine aus- reichende Grundlockerung nicht gegeben ist.

Auch sogenannte "Wet blues" (Beispiel Nr. 5) können mit Kombinationen aus Amyläsen und Proteasen in chromgegerbtem Zustand enzy- -,Q matisch behandelt werden. Voraussetzung hierfür ist, daß die nicht an die Faser gebundenen Chromsalze durch die Zugabe von so-

* (Beispiel 4)

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genannten Maskierungsmitteln (Formiat, Azetat, Sulfit etc.) gebunden oder durch Waschprozesse aus der Lösung entfernt werden. Diese Vorbehandlung ist erforderlich um eine Inhibierung der proteolytischen Enzyme zu vermeiden.
Da die Schrumpfungstemperatur von "Wet blues" gegenüber derjenigen von Blößen erhöht ist, können bei der praktischen Durchführung der Enzymbehandlung Temperaturen von ca. 40⁰C angewandt werden. Nach den Vorbereitungsprozessen liegt im Behandlungsbad ein pH-Wert von 4-4,5 vor, der auch im optimalen Wirkungsbereich der Enzyme liegt. Aus dem genannten Grund ist eine Einstellung des pH-Wertes bei der Verarbeitung von "Wet blues" nicht erforderlich. Die Behandlung sollte bei "Wet blues" Über Nacht andauern. Am Ende der Enzymbehandlung liegen die Leder in einem weichen, verfallenen Zustand vor. Dies zeigt sich durch das Vorhandensein eines Eiweiß-Hydrolysatfilms sowohl auf dem Narben als auch auf der Fleischseite.

Die Durchführung der Daumen-Druckprobe als praktischen Beiztest ist möglich. Durch die Enzymbehandlung lassen sich Liegefalten beseitigen. Es werden egalere Färbungen erhalten. Die physikalischen Meßwerte von Zugfestigkeit und Dehnung sind verbessert. Vor der Enzymbehandlung luftundurchlässige

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"Wet blues" sind nach der Enzymbehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung luftdurchlässig geworden. Ein mittlerer Cr₂ O_-Gehalt von 1-2 Gew.-I bezogen auf Blößengewicht ergibt die besten Wirkungseffekte.

Die proteolytische Wirksamkeit der Enzyme wird zweckmäßig nach der sogenannten Löhlein-Volhardmethode ("die Löhlein-Volhard'sche Methode zur Bestimmung der proteolytischen Aktivität", Gerbereitechnisches Taschenbuch, Dresden-Leipzig 1955) bestimmt Und in "LVE" (Löhlein-Volhard-Einheiten) angegeben bzw. bestimmt.

Unter einer LVE-Einheit ist diejenige Enzymmenge zu verstehen, die unter den spezifischen Bedingungen der Methode 1,725 mg Kasein verdaut. Für die Aktivitätsbestimmung der im sauren Bereich wirksamen Enzyme, die aus der Anson-Methode

(M.L. Anson, J. Gen. Physiol. U, 79 (1939)) abgeleitet wurde, gilt: Die Einheiten werden als "Proteinase-Units (Hämoglobin)" = IW bezeichnet. Eine U„, entspricht derjenigen Enzymmenge, welche die Freisetzung von trichloressigsäure-löslichen Bruchstücken aus Hämoglobin äquivalent 1 Mol Tyrosin pro Minute bei 37°C (gemessen bei 280 nm) katalysiert. 1 mUj,, = 10~ U„. .

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Die Aktivität der erfindungsgemäßen α-Amylasen unter Verwendung von Stärke als Substrat kann nach der Methode von Sandstedt, Kneen & Blish (Cereal Chem. J_6, 172 (1939) und Technical Bulletin Nr. 1024, U.S. Dept. of Agriculture) bestimmt werden. Dabei ist 1 Amylaseneinheit (= 1 SKB-Einheit) diejenige Enzymmenge, die bei 3O⁰C und den im übrigen gegebenen Reaktionsbedingungen imstande ist, 1 g lösliche Stärke im Laufe von 1 Stunde zu dextrinieren.

Ferner wird die Methode von Willstätter zur Bestimmung der Aktivität der Pankreas-Amylase herangezogen (Hoppe-Seylers.

.je Z. physiol. Chem. 126, 143 (1923). Dabei wird eine Willstätter-Amylase-Einheit als das Hundertfache derjenigen Enzymmenge, die unter den gegebenen Versuchsbedingungen die Stärke mit einer solchen Geschwindigkeit

«λ spaltet, daß die monomolekulare Reaktionskonstante gleich 0,01 ist.

Die folgenden Beispiele sollen das Verfahren der Erfindung erläutern ohne den nachgebe suchten Schutz auf diese Ausführungsarten zu beschränken ist definiert.

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Beispiele Beispiel 1

100 kg Rindsblößen werden nach der Entkälkung im Faß zur Beize behandelt mit 5

100,0 Gew.-I Wasser mit 25°C Einlauftemperatur

0,025 Gew.-i Pankreasamylase mit 2500 LVE 0,9 Gew.-% Ammonsulfat

Nach 20 Minuten Laufzeit wird mit sogenannten nicht schwellenden Säuren, wie z.B. Sulphtalsäure, Naphtalinsulfonsäure,

-r Naphtolsulfonsäure auf pH 5,0 eingestellt. Nach 3-stündiger Bewegung sind die Blößen grundrein. Der Pickel kann in der selben Flotte durch Einstellung auf pH 3,5 mittels der oben angeführten nicht schwellenden Säuren vorgenommen werden. Die Prozentangaben beziehen sich auf das Blößengewicht.

*
42 Willstätter¹sehen Amylaseneinheiten/g und...

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Beispiel 2

100 kg Kalbsblößen werden nach der Entkälkung in der Gerbmaschine zur Beize zunächst mit

60,0 Gew.-I Wasser mit 25°C Einlauftemperatur bezogen auf das Blößengewicht 10

5,0 Gew.-I Kochsalz

0,025 Gew.-I Amylase. aus Ba- * -

cillus subtilis mit 850 LVE 15

0,05 Gew.-I Pilzproteinase aus Aspergillus parasiticus mit 1800 LVE

0,9 Gew.-I Natriumsulfat

20 Minuten bewegt. Zur Einstellung des pH-Wertes auf 5,0 gibt man

0,8 Gew.-I Ameisensäure techn.

(85Ug) 1:10 verdünnt

zu und bewegt 2 Stunden. Nach dieser Zeit sind die Blößen grundrein und weisen die charakteristischen Beizmerkmale, wie Luftdurchlässigkeit,

. 5000 SKB-Einheiten und...

- Ί5 -

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Stehenbleiben des Eindruckes bei der Daumendruckprobe auf. In der gleichen Flotte kann nun die weitere Sauerstellung im Pickel durch Zugabe von technischer Schwefelsäure 1:10 verdünnt, erfolgen.

Beispiel 3

100 kg Schafpickelblößen werden zunächst im Faß mit

200,0 Gew.-$ Wasser, 25°C Anfangstemperatur (Prozent-

' angaben bezogen auf

Abtropfgewicht)

12,0 Gew.-% Natriumchlorid 1»5 Gew.-I Natriumbikarbonat

entpickelt. Vor Einbringen der Blößen ist es erforderlich, daß das Wasser und Natriumchlorid gut durchmischt ist, um eine Säure-Schwellung zu vermeiden. Nach einer Laufzeit von 1 Stunde hat sich ein pH-Wert von 5,0 in der Flotte eingestellt. Jetzt gibt man zur Beize

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0,0125 Gew.-$ Amylase aus Asper- *

gillus orycae mit 900 LVE

0,019 Gew.-I Bakterienproteinase aus Bacillus subtilis mit 850 LVE

zu und bewegt 1 Stunde. Die Blößen bleiben über Nacht im Faß. Während der Nacht bewegt man mehrmals 10 Minuten. Am nächsten Morgen bewegt man 20 Minuten. Die Blößen sind grundrein, luftdurchlässig und weisen keine Liegefalten mehr auf.

*4700 SKB/g und...
Beispiel 4

100 kg Spaltblößen werden im Mischer in üblicher Weise entkält und gespült. Zur Beize werden sie folgendermaßen weiterverarbeitet: 20

70,0 Gew.-I Wasser, 25°C Einlauftemperatur

0,02 Gew.-^? ₀ Pankreasamylase mit 750 LVE 25

0,02 Gew.-% Bakterienproteinase aus Bacillus subtilis mit 900 LVE

0,9 Gew.-I Natriumsulfat.

**
. 42 Willstätter-Einheiten und...

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Nach einer Bewegung von 30 Minuten wird der pH-Wert der Flotte mit Naphtalinsulfonsäure auf pH 5,0 eingestellt. Man bewegt insgesamt 2 Stunden. Die Blößen bleiben über Nacht im Mischer und werden 3mal 10 Minuten bewegt. Die Gesamtbehandlungsdauer beträgt 14 Stunden. Nach dieser Zeit ist die Blöße abgeschwellt, verfallen und weist die charakteristischen Beizunterschiede auf. Die Blöße wird dann in der gleichen Flotte gepickelt und gegerbt. Die Prozentangaben beziehen sich auf das Blößengewicht.

Beispiel 5

100 kg wet-blues aus Lammblößen werden zunächst im Faß mit

100,0 Gew.-% Wasser, 35°C . 1,0 Gew.-V Natriumsulfat

60 Minuten bewegt. Danach werden sie 2mal mit 100 Gew.-S Wasser, 35°C gewaschen. Ziel

dieser Maßnahmen ist es, den nicht gebundenen Chromgerbstoff zu entfernen und die Einstellung des für die Enzymbehandlung erforderlichen optimalen pH-Wertes zu erreichen, der bei pH 5,0 liegen sollte. Nicht ausgewaschener Chromgerbstoff bewirkt die Inhibierung der Enzyme. Die Enzymbehandlung erfolgt mit

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100,0 Gew.-»ο Wasser, 35°C

0^06 Gew.-I Amyläse aus

Bacillus subtilis mit 5000 SKB und 1800 LVE

0,9 Gew.-I Natriumsulfat.

Zunächst wird 2 Stunden bewegt. Die Leder bleiben über Nacht im Faß. Während dieser Zeit wird mehrmals 20 Minuten bewegt. Die Behandlungsdauer beträgt 14 Stunden. Danach wird die Flotte abgelassen, gewaschen und in üblicher Weise gegerbt. Die Prozentangaben beziehen sich auf das Blößengewicht. Am Ende der Enzymbehandlung zeigen die Leder die charakteristischen Beizmerkmale, wie z.B. schlüpfriger Narben, Luftdurchlässigkeit, Stehenbleiben des Eindruckes bei der

Daumendruckprobe.
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Claims

Enzymatisehes Beizverfahren

Patentansprüche

Verfahren zur enzymatischen Beize von Blößen im sauren pH-Bereich unter gleich zeitiger Grundlockerung,

dadurch gekennzeichnet,

daß man als Enzyme Amylasen und Proteasen gleichzeitig anwendet.
2. Verfahren zur enzymatischen Beize von Blößen im sauren pH-Bereich unter gleich- ~ zeitiger Grundlockerung, dadurch gekennzeichnet, daß man als Enzyme Amylasen mit proteolytischer Begleitaktivität, die im sauren pH-Bereich ausreichende katalytisch^ Wirksamkeit entfalten, verwendet.
3. Verfahren zur enzymatischen Beize von Blößen im sauren pH-Bereich unter gleichzeitiger Grundlockerung, dadurch gekennzeichnet, daß man als Enzyme Amylasen mit proteolytischer Begleitaktivität, deren hydrolytische Aktivität gegenüber Polysacchariden unter Spaltung der a-1-*"4-glykosidischen Bindung unterhalb von pH 7 ihr Optimum hat, verwendet.

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Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Enzyme Amylasen mit proteolytischer Begleitaktivität und gleichzeitig saure Proteasen verwendet.

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