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Verfahren zur raschen enzymatischen Enthaarung von Häuten
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Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft ein rasches Verfahren
zur enzymatischen Enthaarung von Häuten, insbesondere von Großviehhäuten mittels
Druckeinspeisung der Enzyme.
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Stand der Technik Die enzymatische Enthaarung von Großviehhäuten wurde
bisher als zusätzlicher Schritt innerhalb des normalen Wasserwerkstattprozesses
durchgeführt. Dabei fanden insbesondere zwei Ausführungsformen Anwendung: - Das
Badverfahren Gut geweichte Häute werden im Ascherfaß einer ausreichenden Konzentration
proteolytischer Enzyme für mindestens 20 Stunden ausgesetzt, danach wird auf Spezialmaschinen
enthaart und in einem angeschärften Äscherprozeß werden in ca. 18 Stunden die Restkeratine
entfernt und der Hautaufschluß durchgeführt. Das Gesamtverfahren dauert somit etwa
24 Stunden länger als das heute übliche Verfahren mit Haarversulzung (ESV). Der
Effekt der geringeren Abwasserbelastung durch Haarerhaltung wird durch die zusätzlichen
Arbeitskosten und den Zeitaufwand überkompensiert. Für das Badverfahren sind nur
spezielle Pilzproteasen mit geringer Hautaufschlußwirkung anwendbar, deren höherer
Einstands-
preis das umweltfreundlichere Verfahren zusätzlich belastet.
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- Das Schwödeverfahren Geweichte Häute werden mit einem viskosen Enzymbrei
von der Fleischseite eingerieben. Die Häute werden gestapelt und nach etwa 20 Stunden
auf der Maschine enthaart. Danach folgt ein angeschärfter Äscher zur Entfernung
der Resthaare sowie Epidermisreste und zum Hautaufschluß. Neben dem noch höheren
manuellen Aufwand wird beim Schwödeverfahren ca. 40 °Ó mehr Enzym eingesetzt als
beim Badverfahren. Die ökonomischen Nachteile sind somit noch gravierender als beim
Badverfahren.
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Günstiger ist die Breite der Enzympalette, die in dem Schwödeverfahren
eingesetzt werden kann. Da das Enzym nur von der Fleischseite zur Haarwurzel diffundiert,
können auch die aggresiveren Bakterienproteasen mit pH-Optimum zwischen pH 8 und
10 angewendet werden. Die lange Einwirkdauer bei stark schwankender Temperatur in
den Jahreszeiten birgt jedoch Gefahren für die Qualität des erzielten Endproduktes
Leder.
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Die enzymatischen Enthaarungsverfahren des Standes der Technik haben
ihren Niederschlag u.a. in einer Reihe von Schutzrechten gefunden (DE-C 10 26 038,
DE-C 12 11 349). In der DE-C 12 30 169 wird ein Verfahren zur Herstellung gerbfertiger
Blößen durch enzymatische Enthaarung der Felle und Häute mit proteolytischen Enzymen
unter Zusatz von Carbohydrasen bei pH 5,5 bis 10 und einer Nachbehandlung der enthaarten
Häute und Felle mit proteolytischen Enzymen aus Mikroorganismen bei pH 3,0 bis 5,5
vorgeschlagen.
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Aufgabe Die Verfahren des Standes der Technik können - wie oben aufgezeigt
wurde - wegen der zeitlich ausgedehnten Anwendung von proteolytischen Enzymen ein
gewisses Risiko mit sich bringen, wenn z.B. die Empfehlungen nicht genau beachtet
werden, so bei Nichteinhaltung des Milieus, Überdosierungen, Überschreiten der vorgeschriebenen
Inkubationszeiten, erheblichen Temperaturschwankungen u.ä. Auch erfordern die wechselnden
Hautprovenienzen eine gewisse Anpassung der Reaktionsbedingungen.
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Es bestand daher ein Bedürfnis nach einem enzymatischen Enthaarungsverfahren,
das die potentiellen Fehlerquellen möglichst weitgehend ausschaltet, ohne daß die
Qualität der Verfahrensprodukte darunter in irgendeiner Form leidet.
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Lösung Es wurde nun gefunden, daß sich die Nachteile von Bad- und
Schwödeverfahren des Standes der Technik vermeiden lassen, wenn man das Verfahren
gemäß der Erfindung anwendet. Das erfindungsgemäße Verfahren zur raschen Enthaarung
von Häuten unter Verwendung proteolytischer Enzyme sieht vor, daß man von der Fleischseite
der Häute her proteolytische Enzyme mit Enthaarungswirkung, vorzugsweise in wäßrigem
Milieu unter Anwendung von Druck einspeist und bis zur erfolgten Haarlockerung einwirken
läßt.
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Dem Verfahren zugänglich sind Häute, insbesondere Großviehhäute wie
Bullen-, Rinds-, Ochsen- und Kuhhäute, vorzugsweise in geweichtem Zustand. Dem Verfahren
geht also die übliche Weiche voraus. Irngewünschtem Zustand wird entfleischt.
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Die Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht auf der Einspeisung
der Enzyme u n t e r D r u c k . In der Regel soll der angewendete Druck ausreichen,
die proteolytischen Enzyme ohne langwierige Diffusionsprozesse direkt zu den Haarwurzeln
gelangen zu lassen. Der dabei anzuwendende Druck liegt im allgemeinen in der Größenordnung
10 bis 50 bar, vorzugsweise 15 bis 35 bar, insbesondere im Bereich 20 + 5 bar. Als
Richtwert für die Einspeisdauer können 15 + 5 sec angenommen werden.
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Die zu beobachtende Haar lockerung kommt aus einer Reihe von Gründen
unerwartet. So ist es eher entgegen den Erwartungen, daß die Enzyme in der Regel
mit Molgewichten im Bereich 25 000 - 50 000 durch die (ebenfalls Eiweiß als Strukturproteine
und in anderer Form enthaltende) Haut in verhältnismäßig kurzer Zeit zum Ort der
Enthaarungswirkung gelangen können. Ferner war nicht ohne weiteres zu erwarten,
daß bei der Passage unter Druck durch einen verhältnismäßig engen Düsenkanal mit
den dabei auftretenden Scherkräften die Enzyme ihre Aktiviät bezüglich der Enthaarungswirkung
voll beibehalten würden.
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Die Durchführung des Verfahrens kann im Prinzip mit Vorrichtungen
erfolgen, die eine Flüssigkeitseinspeisung unter Druck auf ein flächiges Substrat
gestatten. per Druck wird in der Regel über komprimierte Gase, beispielsweise Luft
ausgeübt (Druckluftinjektion). Einschlägig verwendbare Geräte zur Druckluftinjektion
bzw. Druckimpfung bestehen in der Regel aus einem Druckaggregat, einer Einspritzpumpe,
einer Düse bzw. einem Düsensystem und Druckschalter. Geeignet sind zum Beispiel
die mit Druck arbeitenden zum lokalen Applizieren von Flüssigkeiten geeigneten Pistolen,
wie die sogenannten "Impfpistolen".
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Solche Impfpistolen (die ihren Namen ihrer Pistolenform und "schußartigen"
Wirkweise verdanken) bestehen u.a. aus einer Düse mit Öffnungen, gewöhnlich im Bereich
von 0,10 bis 0,50 mm, speziell 0,3 + 0,5 mm Durchmesser, in deren Kanal die Lösung
eingespeist wird, einen Druckanschluß zum Druckaggrrgat und einem Drücker zum Auslösen
des "Schusses".
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Geeignete Vorrichtungen werden beispielsweise in den US-Patenten 2
322 245, 2 704 542, 2 704 543, 2 816 543 und 2 928 390 beschrieben.
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Genannt seien z.B. Impfpistolen der Fa. Schere Corporation, Detroit,
Mi., wie sie unter dem Namen Hypospra , Jet-Injector, angeboten werden. Allgemein
und besonders bei Anwendung von Impfpistolen einzeln oder in Serie wird man auf
gleichmäßige Verteilung z.B. unter Überlappung der von der Druckeinspeisung erfaßten
Areale der Haut achten.
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Zum automatisierten Betrieb eignet sich insbesondere eine Vorrichtung,
wie sie in der europ. Offenlegungsschrift 0 009 081 vorgestellt wird. Die Anwendung
der in der genannten EU-OS beschriebenen Vorrichtung im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren stellt einen besonders interessanten Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens
dar.
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Bei der Durchführung des Verfahrens liegt die Enzymkonzentration des
wäßrigen Mediums im allgemeinen in etwa im gleichen Bereich wie bei dem Badverfahren
des Standes der Technik. Als proteolytische Enzyme können die bisher zur Enthaarung
von Häuten vorgeschlagenen Enzyme zur Anwendung kommen, insbesondere solche mit
Wirkungsoptimum im neutralen und speziell im alkalischen pH-Bereich und entsprechender
Stabilität, daneben aber auch saure Proteasen. (Vgl. Ullmanns Encyklopädie der Techn.
Chemie, 4. Auflage, Bd. 10, S. 517-520,
Verlag Chemie, 1975 und
L. Keay in "Process Biochemistry, August 1971, pg. 17-21). Genannt seien sowohl
Proteasen tierischer und pflanzlicher Provenienz als insbesondere solche mikrobiologischen
Ursprungs.
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Unter tierischen Proteasen seien die unter der Klassifizierung E.C.
3.4.23. zusammengefaßten verstanden, beispielsweise Pankreasproteasen (mit pH-Optimum
gegen Casein und Haemoglobin bei 9,0 (30 - 400C)).
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Unter pflanzlichen Proteasen seien die unter der Klassifizierung E.C.
3.4.22 zusammengefaßten verstanden, insbesondere das Papain (E.C. 3.4.22.1.) mit
pH-Optimum 7 - 8) und die wirkungsähnlichen Enzyme Bromelain (3.4.22.5), Ficin (3.4.22.3).
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Ferner seien besonders genannt die Bakterienproteasen.
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Als Quellen kommen insbesondere Bacillus-Arten, speziell die aus B.subtilis,
B.licheniformis, B.firmus, B.alcalophilus, B.pumilis, B.polymixa, B.mesenthericus,
B.natto, B.amylolique faciens, B.thermoproteolyticus in Frage. Von Interesse sind
insbesondere die sogenannten Serin-Proteasen, d.h. die Gruppe tierischer und bakterieller
Endopeptidasen mit einem katalytisch aktiven Serinrest im aktiven Zentrum (vgl.
Lexikon Biochemie, Verlag Chemie, Weinheim 1976, S. 512-513). Man kann hier im allgemeinen
von einer Enzymaktivität zwischen 3 000 und 10 000 Löhlein-Volhard-Einheiten (LVE)
pro Gramm Enzym ausgehen.
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Genannt seien insbesondere alkalische Bakterienproteasen (E.C. 3.4.21.14),
insbesondere die aus B.subtilis isolierten Enzyme (Subtilisine), die im pH-Bereich
7 - 11 wirksam sind.
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Weiter seien genannt Proteasen aus Pseudomonas und Streptomyces
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wie z.B. die aus Streptomyces fradiae. rVgl.
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J.J. Noval et al. in J. Bacteriol. 77, 251-63 (1959) und die aus Streptomyces
griseus gewonnene Pronase, J. Feder et al. Biochem. Biophys. Res. Com., 28, 318-23
(1967) J sowie S.rectus gewonnene Proteasen. Schließlich seien noch Schimmelpilzproteasen
genannt, insbesondere die aus Aspergillus- und/oder Mucor-Arten oder aus Paecilomyces
oder Rhizopus-Arten gewonnenen. Genannt seien insbesondere Proteasen aus A.oryzae,
A.flavus, A.niger, A.saitoi, A.parasiticus, A.awamori, A.usamii.
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Besonders bevorzugt ist die Anwendung von proteolytischen Enzymentderen
Wirkungsoptimum gegen Haemoglobin (oder alternativ gegen Casein) als Substrat im
pH-Bereich 7,5 bis 13,0, vorzugsweise 8,0 bis 10,0, liegt. Besonders bevorzugt sind
Proteasen mit einem pH-Optimum 8,5 + 0,5.
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Die proteolytischen Enzyme werden entsprechend ihrer Aktivität und
den zu enthaarenden Hautprovenienzen angewendet.
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Im allgemeinen werden die angewendeten Enzymmengen im Bereich 15 000
bis 150 000 Löhlein-Volhard-Einheiten (LUE) pro kg Hautmaterial liegen, vorzugsweise
bei 40 000 bis 60 000 LVE/kg Hautmateriai in geweichtem Zustand.
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Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin
zu sehen, daß eine wesentlich größere Flexibilität hinsichtlich der einsetzbaren
Proteasen besteht als bei den Verfahren des Standes der Technik. So können z.B.
auch wohlfeilere Proteasen und Proteasen geringeren Reinheitsgrades, z.B. natürlich
anfallende oder speziell hergestellte Enzymgemische mit Vorteil verwendet werden.
So sind z.B. auch amyloytische oder lipolytische Begleitaktivitäten im allgemeinen
nicht zu bean-
standen. Es eignen sich z.B. auch Amylasen mit proteolytischer
Begleitaktivität wie sie aus der DE-A 28 56 320 bekannt sind.
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Unter den genannten Aspekten seien z.B. Pankreasamylasen und Pankreaslipasen
genannt.
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Die proteolytischen Enzyme werden im allgemeinen in wäßrigem Milieu,
vorzugsweise in wäßriger Lösung appliziert, wobei bei der Herstellung des Milieus
der Milieuabhängigkeit der Proteasen Rechnung getragen werden sollte, ebenfalls
den (an sich bekannten) Stabilitätsbedingungen.
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So kann z.B. der gewünschte pH-Wert durch Alkali wie Natrium-, bzw.
Kaliumhydroxid, -carbonat- oder-bicarbonat und/oder Zusatz anderer Salze schwacher
Säuren wie z.B. Natriumacetat, Natriumpropionat, oder mit Ammoniak bzw. Ammoncarbonat
eingestellt werden. Gegebenenfalls können auch Pufferlösungen wie z.B. Natriumborat/Natronlauge,
Soda/Natriumhydrogencarbonat angewendet werden.
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Im allgemeinen beträgt der Gehalt des wäßrigen Mediums an proteolytischen
Enzymen 1 bis 10 g/l, vorzugsweise 3 bis 5 g/l. Neben den Enzymen können noch an
sich bekannte Hilfsmittel wie z.B. Stabilisatoren angewandt werden. Als Stabilisatoren
für alkalische Proteasen können z.B. mehrwertige Alkohole wie Diethylenglykol, Glyzerin,
Propylenglykol, Sorbit, Atheralkohole, Dialkylformamide oder Dioxan verwendet werden.
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Vorteilhafte Wirkungen Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen
Verfahrens liegt in der kurzen Dauer die zur Einwirkung der per Druckeinspeisung
applizierten Enzyme zur vollständigen Enthaarung benötigt wird.
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Bereits nach 5 - 10 Minuten setzt eine gewisse Haar lockerung ein.
Im allgemeinen genügen weniger als 45 Minuten, in der Regel 30 + 10 Minuten Einwirkungsdauer
um die Voraussetzungen für die anschließende Enthaarung zu schaffen. Diese kurze
Einwirkungsdauer macht - worauf bereits hingewiesen wurde - u.a.
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den Einsatz der wohlfeilsten Proteasen möglich, da unerwünschte Nebenwirkungen
so auf ein Minimum reduziert werden können.
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Nach den vorliegenden Erfahrungen ist gute bis sehr gute Enthaarungswirkung
die Regel. Nach der erfindungsgemäßen Einwirkung der Proteasen werden die Häute
enthaart und zweckmäßig anschließend einem Äscher in Anlehnung an die Verfahren
des Standes der Technik zugeführt.
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Zur Enthaarung werden die Häute entnommen und in an sich bekannter
Weise, z.B. mechanisch oder mit dem Streicheisen enthaart.
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Die erfindungsgemäße Enthaarung ergibt im allgemeinen vollständig
enthaarte und pigmentfreie Blößen, die ähnlich den überlieferten Arbeitsgängen der
Wasserwerkstatt weiterbearbeitet werden können. Vorteilhaft schließt sich z.B. ein
Wäscher an, beispielsweise in Form eines Sulfidäschers (vgl. F. Stather, Gerbereichemie
u. Gerbereitechnologie, S. 168-190, Akademie-Verlag, Berlin, 1967).
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Die Dauer des Gesamtverfahrens wird somit nur um wenige Stunden gegenüber
dem Stand der Technik verlängert, wobei aber die Abwasserentlastung im allgemeinen
bedeutend ist, z.B. bezüglich CSB- und BSB 5-Werten eine Verminderung auf 470 m
eintritt.
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(Zu CSB- bzw. BSB-Werten vgl. Römpps Chemie-Lexikon, 8. Auflage, Band
1 und 2, Franckh'sche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart und Kirk-Othmer, 3. Auflage,
Vol. 21, 700; in sulfidarmen Äscherbrühen liegt der CSB-Wert im Durchschnitt bei
30 000 - 50 000 mg 02/1).
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Da mittels Druckeinspeisung eine einhundertprozentige enzymatische
Enthaarung möglich ist - verglichen mit 80 - 95 °Óiger Enthaarung beim Bad- bzw.
Schwödeverfahren, ist die Lauge des nachfolgenden Aschers mehrfach verwendbar, da
sich kein keratinbedingter Eiweißpuffer aufbaut.
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Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung können an sich
bekannte Zusätze zu der enzymtischen Reaktion, wie Aktivatoren, Stabilisatoren,
u.ä. verwendet werden. Die proteolytische Wirksamkeit von Enzymen wird gebräuchlicherweise
nach der Anson-Haemoglobin-Methode (M.L. Anson J.Gen.
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Physiol. 22, 79 (1939)) bzw. nach der Löhlein-Volhard-Methode (Die
Löhlein-Volhard'sche Methode zur Bestimmung der proteolytischen Aktivität Gerbereichem.
Taschenbuch, Dresden-Leipzig, 1955) als "LVE" (Löhlein-Volhard-Einheit) bestimmt.
Unter einer Löhlein-Volhard-Einheit ist diejenige Enzymmenge zu verstehen, die unter
den spezifischen Bedingungen der Methode 1,725 mg Casein verdaut.
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Die nachstehenden Beispiele erläutern das erfindungsgemäße Verfahren,
ohne daß der nachgesuchte Schutz auf eben diese Ausführungsform beschränkt sein
soll.
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Vorarbeiten: Zur Vorbereitung des Verfahrens wird wie folgt verfahren:
Rohware: Eine gesalzene Bullenhaut der Gewichtsklasse 25 - 29,5 kg wird zunächst
2 Stunden in Wasser, 280C im Faß mit 150 ,°Ó Flotte behandelt. Zu Beginn, nach 1
Stunde und nach 2 Stunden je 20 Minuten bei 4 Upm bewegen.
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Danach wird die Flotte abgelassen.
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Weiche (Faß): 150,0 ,° Wasser, 250C 0,2 ,°Ó Nonylphenol mit 6,0 EO
0,2 % Soda calziniert Zu Beginn bewegt man 20 Minuten mit 4 Upm, danach läßt man
40 Minuten ruhen.
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Weichdauer über Nacht. Jede volle Stunde 5 Minuten bewegen, 55 Minuten
ruhen lassen.
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Entfleischen Aufteilen in 8 Stücke Beispiel 1: (Stück Nr. 1) Zunächst
stellt man eine 0,1 ,°Óige Lösung aus einer Aspergillus Parasiticus-Protease mit
150 LVE/ml her. Der pH-Wert der Lösung wird mit Soda auf 10,0 eingestellt. Die Temperatur
der Lösung beträgt 37°C.
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Die Druckeinspeisung erfolgtrmit 20 bar, Düsen von 0,35 mm Durchmesser
sowie einer Einspeisdauer von 15 Sekunden von der *) mittels einer Impfpistole (Hypospray
# Jet Injector).
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Fleischseite her. Nach einer Einwirkzeit von 15 Minuten bei 370C wird
enthaart. Die Haare lassen sich zu 98 °Ó leicht entfernen. Hierbei ist es von besonderer
Wichtigkeit, daß die Einspeisung so erfolgt, daß eine einheitliche Verteilung der
Enzymlösung erreicht wird, um eine vollständige Enthaarung nebst Grundlockerung
zu erhalten.
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Beispiel 2: (Stück Nr. 2) Zur Einspeisung bereitet man eine Enzymlösung
aus Pankreatin mit 220 LVE/ml. Der pH-Wert der Lösung wird mit Soda auf pH 10 eingestellt.
Die Temperatur der Lösung beträgt 370C.
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Die Druckeinspeisung von Stück Nr. 2 erfolgt wie bei Beispiel 1. Es
kommt eine Düse mit 0,35 mm Durchmesser zur Anwendung, der Druck beträgt 20 bar,
die Einspeisdauer 15 Sekunden. Nach dem Einspeisen läßt man 15 Minuten einwirken.
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Danach wird enthaart. Die Enthaarung geht etwas schwerer vonstatten
als bei Beispiel 1. Ca. 70 °Ó der Fläche sind grund- und haarfrei. Bezogen auf das
Weichgewicht wird durchschnittlich 15 m Enzymlösung aufgenommen. Pro 100 g entfleischte
Haut werden zur Enthaarung 5000 - 6000 LVE benötigt.
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*) Beispiel 3: (Stück Nr. 3) Zur Haarlockerung von Stück 3 werden
0,6 g Trypsin in 1 1 Wasser von 370C gelöst. Anschließend wird der pH-Wert der Lösung
mit Soda auf 10,0 eingestellt. Die Einspeisung erfolgt mit 20 bar und dauert 15
Sekunden. Nach einer Lagerdauer von 15 Minuten bei 370C wird maschinell enthaart.
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50 - 60 °Ó des Stücks sind vollständig enthaart. Auch Grundhaare und
Pigmente sind vollständig entfernt.
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*) Nach einer Lagerdauer von 30 Minuten bei 370C ist das Hautstück
vollständig zu enthaaren.
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Beispiel 4: (Stück Nr. 4) 1,0 g Protease aus Bacillus licheniformis
(mit 125 000 LVE) werden in 1 1 Wasser (370C)gelöst. Mit dieser Lösung erfolgt die
Druckeinspeisung durch eine Düse mit 0,45 mm Durchmesser bei einem Druck von 20
bar. Die Einspeiszeit beträgt 15 Sekunden. Nach einer Lagerdauer von 15 Minuten
bei 370C wird enthaart. 98 ,°Ó der Narbenfläche sind haar-, grundhaar- und pigmentfrei.