KR20030006871A

KR20030006871A - 단백질 분해효소를 이용한 피혁의 제조방법 및 피혁제조공정 폐기물의 처리방법

Info

Publication number: KR20030006871A
Application number: KR1020010045205A
Authority: KR
Inventors: 박호용; 손광희; 권용국; 신동하; 민승기
Original assignee: 주식회사 인섹트 바이오텍
Priority date: 2001-07-14
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2003-01-23
Also published as: US20040214309A1; KR100441377B1

Abstract

본 발명은 단백질 분해효소를 이용한 피혁의 제조방법 및 피혁 제조공정 폐기물의 처리방법에 관한 것으로서, 구체적으로 아라니콜라 프로테오리티쿠스(Aranicola proteolyticus) HY-3 균주가 생산하는 단백질 분해효소 HY-3을 피혁 제조과정 중 수세공정, 탈모·탈회공정 및 효해공정에 첨가하는 피혁의 제조방법 및 상기 단백질 분해효소 HY-3을 수세공정과 탈모공정 중 발생되는 폐수, 고형 폐기물과 탈모·탈회, 효해공정 및 마무리 공정에서 생성되는 고형 폐기물에 첨가하여 폐기물을 처리하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 단백질 분해효소 HY-3을 이용한 피혁의 제조방법 및 피혁 제조공정 폐기물의 처리방법은 우수한 품질의 피혁을 제조할 뿐만 아니라 피혁 약품의 사용량을 줄여 폐기물의 양을 줄일 수 있고, 피혁 제조공정 폐기물을 환경 친화적으로 처리 또는 재활용할 수 있다.

Description

단백질 분해효소를 이용한 피혁의 제조방법 및 피혁 제조공정 폐기물의 처리방법{Method for preparation of leather using protease and method for treatment of wastes derived from leather production process using the same}

본 발명은 단백질 분해효소 HY-3을 이용한 피혁의 제조방법 및 피혁 제조공정 폐기물의 처리방법에 관한 것으로서, 구체적으로 아라니콜라 프로테오리티쿠스(Aranicola proteolyticus) HY-3 균주가 생산하는 단백질 분해효소 HY-3을 피혁 제조과정 중 수세공정, 탈모·탈회공정 및 효해공정에 첨가하는 피혁의 제조방법 및 상기 단백질 분해효소 HY-3을 수세공정과 탈모공정 중 발생되는 폐수, 고형 폐기물과 탈모·탈회, 효해공정 및 마무리 공정에서 생성되는 고형 폐기물에 첨가하여 폐기물을 처리하는 방법에 관한 것이다.

피혁 산업은 원료피를 가공 처리하여 최종 피혁 원단을 생산하기 위하여 고가의 설비와 기술을 필요로 하는 원피 가공업 형태의 피혁 제조 산업으로 주로 신발 및 가방, 의류, 혁제품 등의 품질을 결정하는 핵심 소재 산업인 동시에 원피 가공 생산제품의 대부분을 수출하는 수출 주도산업이다. 피혁 산업에서 피혁 제조공정은 각종 동물의 껍질을 박피한 상태에서 여러 단계의 복잡한 공정을 거치면서 최종 가죽인 피혁(leather)이 만들어진다. 피혁의 제조 공정은 물리·화학적 공정과 함께 생물학적 공정 등 다단계 공정을 거치는 데, 물이 요구되는 수공정(wet process)과 건조상태에서 이루어지는 건조공정(dry process)으로 구분된다.

수공정의 과정으로는 도살 이후 또는 이송 중의 원료피내 세균이나 곰팡이의 침입에 의한 부패를 미연에 방지하기 위한 염장처리(Brine curing), 원료피를 투입하여 불필요한 성분을 제거하기 위한 수세공정(Soaking process), 탈모된 나피를 생산하는 탈모작업(Limied pelt), 석회성분을 제거하는 탈회공정(Deliming process), 불필요한 성분을 재차 생물학적 처리하는 효해공정(Bating process)과 pH를 떨어뜨리는 침산공정(Pickling process), 중화(Neutralizing), 재유제(Retanning), 염색 및 가지공정(Dyeing & Fatliquoring process) 등이 있다.

수세공정은 출발 물질인 원료피와 다량으로 붙어 있는 불필요한 단백질을 제거하고 염분이나 오물을 제거하는 공정이고, 탈모공정은 석회 등을 이용하여 털과 불필요한 단백질을 제거하는 공정이고, 탈회공정은 상기 탈모공정에 사용한 석회를 제거하는 공정이고, 효해공정은 불필요한 단백질을 제거하는 공정이다. 환경 친화적인 피혁 제조공정인 모 회수용 탈모법(Hair saving)은 단백질 분해효소를 탈모·탈회 공정에 이용하는 것이다. 탈모 공정은 현재 피혁공정 중 COD(화학적 산소 요구량, chemical oxygen demand)에 가장 많은 영향을 주고 있다.

피혁 산업은 경공업 제품의 핵심소재 산업이지만 피혁 제조과정에서 다량의 폐수 및 고형 폐기물이 발생하여 이들 폐수에 의한 수질 오염 및 폐기물 매립에 의한 토양오염을 유발시키기 때문에 대표적인 공해 산업이기도 하다. 각 과정 중에 사용하는 화학약품의 대부분은 해외에서 수입하는 것으로 피혁 가공 중 수작업의 사용에 의해서 피혁 폐수로 방출된다.

원피로부터 피혁 제품으로 생산하기까지는 많은 양의 화학 약품 등을 사용하게 된다. 피혁 제품으로 만들기까지는 다량의 물과 활성제, 석회, 황화물, 염류, 산류, 크롬, 합성탄닌, 염료, 가지제, 바인더(Binder), 보조제, 광택제, 용제류 등을 사용한다. 특히, 탈모 공정에서 원피내 각종 비구조적 단백질의 제거에 필요한 황화물 및 염기류의 과다 사용에 의한 폐수의 오염이 많은 문제가 되고 있다.

피혁 폐수는 고농도의 염류를 포함한 황화물 및 유기물 등의 다량의 유·무기질이 함유되어 있어 배수 오염도가 높다. 또한 피혁 제조시 탈모, 탈회, 유제,염색공정을 거치면서 다량의 용수를 필요로 하며 이러한 용수의 대부분은 폐수로 배출이 된다. 배출되는 폐수는 원료피로부터 이탈 용출된 표피, 털, 가용성 단백질 및 중간 분해물 등 배수 오탁 부하가 매우 높은 것들이며, 이를 제혁 배수가 폐수장내로 쏟아져 나오게 된다. 이러한 피혁폐수는 다량의 유기물과 무기물, 부유물질을 포함하고 있어 BOD(생물학적 산소 요구량, Biological oxygen demand)와 COD가 매우 높고 독성이 강한 중금속인 크롬이 함유되어 있는 것이 특징이다.

이들 폐수를 정화 처리하기 위해서는 방법에 많은 설비와 약품이 소요되어 많은 폐수 비용을 요구한다. 또한 피혁 제조 공정에서 발생되는 플레싱 조각(Fleshing scrap), 상피조각(Pelt scrap), 셰빙조각(Shaving scrap), 트리밍 조각(Trimmimg scrap) 등과 같은 각종 피혁 고형 폐기물의 발생율이 원료피를 기준으로 약 50% 이상 상회하고 있어 고형 폐기물에 대한 처리비용이 생산 원가 측면에서 큰 부담이 되고 있다.

이에, 본 발명자들은 상기와 같은 기존의 피혁 제조공정과 이로 인한 폐기물의 문제점을 해결하기 위하여 단백질 분해효소를 이용한 피혁의 제조방법 및 피혁 제조공정 폐기물의 처리방법을 개발하였으며, 상기 방법을 사용함으로써 더 좋은 품질의 피혁을 제조하고 피혁 제조공정의 폐기물을 줄이거나 이를 재활용할 수 있음을 밝힘으로써 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 아라니콜라 프로테오리티쿠스 HY-3 균주가 생산하는 단백질 분해효소 HY-3을 이용한 피혁의 제조방법 및 피혁 제조공정 폐기물의 처리방법을 제공하는 것이다.

도 1은 피혁 제조 과정 중 본 발명의 단백질 분해효소 HY-3 생성 미생물, 단백질 분해효소 및 제제화를 시킨 단백질 분해효소 HY-3이 이용 가능한 공정을 나타낸 피혁 제조공정도이고,

도 2는 본 발명의 단백질 분해효소 HY-3를 이용했을 때 가죽으로부터 용출된 단백질의 양을 나타낸 그래프이다.

● : 대조구, ■ : 상등액, ▲ : 농축액

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 아라니콜라 프로테오리티쿠스 HY-3 균주가 생산하는 단백질 분해효소 HY-3을 이용한 피혁의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 단백질 분해효소 HY-3을 이용한 피혁 제조공정 폐기물의 처리방법을 제공한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 아라니콜라 프로테오리티쿠스 HY-3 균주가 생산하는 단백질 분해효소 HY-3을 이용한 피혁의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 단백질 분해효소 HY-3을 이용한 피혁의 제조방법은 수세공정(soaking), 탈모·탈회 공정(Liming & Deliming) 및 효해공정(Bating)으로 구성되어 있다(도 1참조).

상기에서 본 발명의 피혁 제조공정에 이용되는 단백질 분해효소 HY-3은 아라니콜라 프로테오리티쿠스 HY-3 균주(KCTC 0268BP)를 배양한 배양액으로부터 미생물만을 제거한 효소액으로 사용되거나 또는 효소의 안정성을 증가시키기 위한 첨가물이나 각 공정에 들어가는 물질을 함께 섞어서 만든 제제로 사용된다.

본 발명의 단백질 분해효소 HY-3은 수세공정, 탈모·탈회공정 및 효해공정에서 각각 0.1-15 중량%로 첨가되는 것이 바람직하며, 상기 공정에서 첨가되는 단백질 분해효소 HY-3은 미생물을 배양한 배양액으로부터 미생물만을 제거한 효소액이거나, 또는 효소의 안정성을 증가시키기 위한 첨가물이나 각 공정에 들어가는 물질을 함께 섞어서 만든 제제일 수 있다.

본 발명의 단백질 분해효소 HY-3은 37℃에서 최대의 활성이 나타내고 약 20-40℃에서 75% 이상의 상대적인 활성을 가지고 있다. 또한, 상기 효소는 pH 8.0에서 최대의 활성을 나타내며 pH 7.0-9.5에서 80% 이상의 상대적인 활성을 나타낸다(대한민국 특허출원 제2000-5479호). 일반적으로 수세공정, 탈모공정, 효해공정은 25-35℃의 온도에서, 그리고 pH 8-9에서 공정이 이루어지므로 본 발명의 단백질 분해효소 HY-3의 사용으로 인해서 안정적으로 피혁의 단백질을 분해할 수 있다. 또한, 수세공정, 탈모·탈회공정, 효해공정에는 다량의 염분이 첨가되는데 대부분의 단백질 분해효소는 높은 염분농도에서 단백질 분해 효소 활성을 잃어버리지만, 본 발명의 단백질 분해효소 HY-3은 10%의 높은 염분에서도 단백질 분해효소의 활성을 보유하고 있어 각각의 공정에 사용이 가능하다.

상기와 같이 단백질 분해효소 HY-3을 이용함으로서 기존에 사용되는 유·무기 피혁약품의 사용량을 대폭 줄일 수 있으며 환경 친화적인 피혁 가공을 할 수 있다.

본 발명의 단백질 분해효소 HY-3은 피혁 제조공정에 이용될 수 있으며, 특히 수세공정, 탈모·탈회공정을 거친 용출된 표피, 털 및 가용성 단백질의 제거에 이용될 수 있다.

수세공정은 도살되어 염장처리된 원료피가 피혁공장으로 이송되는 생산 현장에서 각종 오물 및 불필요한 성분을 제거하기 위하여 패들이나 드럼내에서 충분히 수분을 보충시킨 다음 장시간 피혁 조직 내로 수분을 흡수시켜 최초 도살직전의 단백질 조직으로 복원시켜 유연하게 하는 것으로, 단백질 분해효소 HY-3의 처리로 인하여 원료피에 다량으로 붙어 있는 불필요한 가용성 단백질, 오염물질, 털 등을 분해시켜 제거할 수 있다. 이런 과정을 거침으로 해서 피혁 조직의 단백질을 부드럽게 해 주고 탈모공정에서의 작업을 수월하게 해준다.

피혁 제조과정에서 발생되는 폐수 중 COD에 가장 많은 영향을 주는 탈모·탈회공정에서 본 발명의 단백질 분해효소 HY-3을 사용하면 기저층(Stratum germinativum)의 세포를 분해하거나 모근의 기본 세포(base cell)를 분해시키는데, 이들은 털의 수질(medulla)을 분해할 수는 있지만 피질(cortex)은 분해하지 못하는 원리를 이용한 것이다. 또한, 모근과 모낭을 제거시켜 모공을 확실하게 팽창(swelling)시켜 털을 뽑아 내기 때문에 석회 침투 및 기타 약품의 침투효과가 탁월하게 되어 약품의 처리량을 감소시켜 줄 수 있다.

효해 공정에서 단백질 분해효소 HY-3은 원료피 속에 들어있는 불필요한 단백질을 제거해 주고 피혁의 조직을 개방시켜 줌으로서 효해 공정 이후 처리되는 피혁약품의 원활한 침투와 결합력을 증대시켜 주는 역할을 함으로서 피혁 약품의 처리 양을 감소시켜주며, 배액 중에 미결합된 약품으로 인한 COD, BOD 등의 증가를 억제시켜 주는 역할을 한다. 또한, 단백질 분해효소 HY-3의 사용으로 인하여 부드럽고 유연한 피혁을 생산할 수 있고 표면의 불필요한 오염원을 제거시켜 줌으로서 염색시 색(color)의 균염성 개선으로 인한 염색약의 사용을 줄여 주며 피혁 제품의 품질 개선 효과를 크게 할 수 있다.

본 발명의 단백질 분해효소 HY-3은 수세공정(soaking), 탈모·탈회공정(Liming & Deliming), 효해공정(Bating) 및 마무리 공정에서 생성되는 피혁 제조공정 폐기물을 처리한다(도 1참조).

상기에서 폐기물은 폐수 또는 고형 폐기물이 될 수 있으며, 상기 폐기물을 재활용할 수 있다.

본 발명의 피혁 제조공정에 이용되는 단백질 분해효소 HY-3은 미생물을 배양한 배양액, 상기 배양액에서 미생물만을 제거한 효소액 또는 효소의 안정성을 증가시키기 위한 첨가물이나 각 공정에 들어가는 물질을 함께 섞어서 만든 제제로 사용한다.

또한, 상기의 단백질 분해효소 HY-3을 이용한 피혁 제조공정 폐기물의 처리에 지질 분해효소 및 당분해효소(amylase)로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을본 발명의 단백질 분해효소 HY-3과 동시에 사용한다.

피혁 제조공정 폐기물을 처리하기 위하여, 수세공정, 탈모공정 과정 중에 생성된 폐수 및 고형폐기물, 그리고 효해공정 과정 중에 생성되는 고형 폐기물 및 마무리 공정을 거친 후의 고형 폐기물에 본 발명의 단백질 분해효소 HY-3을 생산하는 미생물 배양액, 상기 배양액에서 미생물만을 제거한 효소액 또는 효소의 안정성을 증가시키기 위한 첨가물이나 각 공정에 들어가는 물질을 함께 섞어서 만든 제제를 투여한다.

피혁을 제조하는 과정에서 발생되는 폐기물은 최초 원료피의 무게 대비 40-70%를 차지하고 있다. 배출되는 대부분의 고형 폐기물들은 산업 폐기물로 분류하여 소각하거나 단순 매립 처리하고 있으며 고형 폐기물의 처리비용이 생산 원가 측면에서 많은 양을 차지하고 있는 실정이다.

단백질 분해효소 HY-3을 이용할 수 있는 고형폐기물로는 원료피로부터 수세 과정과 탈모 과정 중에 발생하는 우피 조각(fleshing scrap), 양피 조각(trimming scrap) 및 털 등과 효해 과정을 거쳐 생성되는 나피 조각(Pelt scrap)이며 마지막 건조 후 마무리 단계(finishing)에서 생성되는 피혁 조각 등을 들 수 있다.

우피 조각과 양피 조각은 단백질과 지방성분이 완전히 분리되지 않고 혼합된 상태로 지방이 30-50%의 많은 부분을 차지하고 있다. 우피 조각과 양피 조각에서 단백질 분해효소 HY-3, 지질 분해효소 또는 당분해효소를 포함하는 하나 이상의 효소를 첨가할 수 있다.

탈모 과정 후 효해 공정에서 발생하는 나피 조각에서 얻어지는 고형 폐기물은 피혁 공정 폐기물 발생 점유비가 약 40%로 많은 차지를 하고 있다. 나피 조각의 구성 성분은 4.0%의 지방, 1.5%의 칼슘, 5.5%의 회(ash), 50-55%의 수분, 그리고 35-40%의 단백질을 포함하고 있다. 본 발명의 단백질 분해효소 HY-3은 금속성 단백질 분해효소로 금속 이온 존재시 활성이 증가된다. 1 mM의 적은 칼슘이온이 존재하에 약 1.5배 정도의 활성이 증가하고 다른 금속 이온에서도 1.2 - 1.4배의 활성의 증가한다. 나피 조각에는 칼슘과 같은 금속이온이 다량 존재하므로 본 발명의 단백질 분해효소 HY-3은 나피 조각의 단백질 분해에 효과적이다.

원피로부터 피혁 제품을 생산하기까지는 많은 양의 화학 약품 등을 사용하게 된다. 피혁 제품으로 만들기까지는 다량의 물과 활성제, 석회, 황화물, 염류, 산류, 크롬, 합성탄닌, 염료, 가지제, 바인더(Binder), 보조제, 광택제, 용제류 등을 사용한다. 특히, 탈모 공정에서 원피내 각종 비구조적 단백질의 제거에 필요한 황화물 및 염기류의 과다 사용에 의한 폐수의 오염이 많은 문제가 되고 있다. 피혁 제조 공정에서 배출되는 피혁폐수는 다량의 유기물과 무기물, 부유물질을 포함하고 있어 BOD와 COD가 매우 높고 독성이 강한 중금속인 크롬이 함유되어 있는 것이 특징이다. 단백질 분해효소 HY-3을 이용함으로 해서 활성제, 석회, 황화물, 염류, 산류, 크롬의 양을 줄일 수 있다.

한편, 단백질 분해효소를 이용한 피혁 폐기물의 재활용에 대해서 보고되어진 것은 있으나(대한민국 특허등록 제1994-0007333호) 단백질 분해효소를 생산하는 미생물을 이용하여 피혁 폐기물의 단백질을 분해하여 재활용한 것에 대해서는 보고되어진 것이 없다. 본 발명의 미생물은 미량의 탄소원 및 질소원에서도 생장이 뛰어나며, 생장을 하면서 미생물에 의해서 분비된 단백질 분해효소 HY-3에 의해서 고형분의 피혁 폐기물을 분해할 수 있다. 단백질 같은 경우에는 단백질 분해효소 HY-3을 이용하여 피혁 폐기물의 단백질을 가수 분해시켜 펩타이드로 만들어 식품, 화장품 및 공업적 제품 등으로 만들 수 있다. 또한, 수세공정과 탈모공정 중 발생되는 염분을 포함하고 있는 폐수에서도 사용이 가능하여, 폐수로 나온 단백질의 단백질 분해효소 HY-3의 분해에 의한 재활용을 가능하게 해 준다.

폐 피혁으로부터 콜라겐 분자의 폴리펩타이드 사슬을 끊어서 사료용 및 식용 젤라틴으로 이용하는 것을 고려할 때, 본 발명의 단백질 분해효소 HY-3을 피혁 가공 중의 고형 폐기물에 사용함으로서 환경오염의 방지뿐만 아니라 이차적인 산물로도 이용할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1> 단백질 분해효소 HY-3의 제조

본 발명의 단백질 분해효소 HY-3을 제조하기 위하여, 미생물이 생장하기 위한 기본 배지를 121℃에서 20분간 고압 멸균시킨 후, 단백질 분해효소 HY-3을 생산하는 아라니콜라 프로테오리티쿠스(Aranicola proteolyticus) HY-3 균주(KCTC 0268BP)를 전체 부피의 0.1 내지 5%로 첨가하여 25-30℃에서 25 내지 30시간 동안 배양을 하였다. 상기 배양액을 막여과(membrane filtration) 과정을 통해 균체와 상등액으로 분리하였다. 막여과 후의 상등액은 필요에 따라서 10 kDa 막여과를 통해서 3-10배 농축하였다.

<실시예 2> 단백질 분해효소 HY-3을 이용한 탈모·탈회공정에서의 단백질 용출 분석

본 발명자들은 피혁 제조 과정 중 COD에 가장 많은 영향을 주는 탈모·탈회공정에서 단백질 분해효소 HY-3의 작용을 알아보기 위하여 하기와 같은 과정을 수행하였다.

구체적으로, 가죽 20 g을 적당한 크기로 잘라서 50 ㎖ 튜브에 담고 물 10 ㎖를 첨가한 후 0.5% 중아류산 소다 및 0.5% 유안을 첨가하고 실온에서 15분간 반응시켰다. 반응 후 0.2%의 세제, 0.5%의 탈제제를 첨가하고 30분간 실온에서 반응시켰다. 반응 후 단백질 분해효소 HY-3을 첨가하지 않은 대조구와 상기 실시예 1에서 제조한 상등액 및 농축액을 첨가한 실험구로 나누었으며, 각각 실온에서 방치시키면서 시료를 채취하였다. 획득한 시료에 대한 용출된 단백질의 정량은 브래드포드 방법(Bradford, M.,Anal. Biochem., 1976, 72, 248)을 변형한 단백질 정량 키트(Protein assay kit; Bio-rad, USA)를 사용하여 측정하였다.

그 결과, 단백질 분해효소 HY-3을 첨가했을 때 대조구에 비해서 보다 많은 양의 단백질이 용출되었고, 단백질 분해효소 HY-3을 생산하는 미생물 배양액의 상등액보다 농축액을 사용했을 때 더 많은 양의 단백질이 용출되는 것을 알 수 있었다(도 2).

<실시예 3> 단백질 분해효소 HY-3을 이용한 효해공정과 가죽의 비교

본 발명자들은 피혁 공정에서 단백질 분해효소 HY-3의 안정화 및 성능의 증대를 위해서 제형화하여 효해공정에 사용하였다.

구체적으로, 40-50% 암모늄 클로라이드(NH₄Cl), 40-50% 암모늄 설페이트((NH₄)₂SO₄), 0.005-0.01% 칼슘 클로라이드(CaCl₃), 0.025-0.1% 락토스(Lactose)에 동결 건조시킨 본 발명의 단백질 분해효소 HY-3을 0.5-10 중량% 첨가하였다. 제형화한 단백질 분해효소 HY-3의 효해공정에서의 효과를 확인하기 위하여, 효해 공정에서 사용하는 효소만을 달리하고 탈회, 효해 공정을 거친 후의 가죽을 비교하였으며, 또한 유제공정 및 마무리 과정까지 거치고 난 다음의 최종의 가죽을 비교하였다. 비교를 위해서 효해공정에 사용한 단백질 분해효소로는 국산으로 아모론(충무발효)과 외산으로 오로폰 K(Oropon K; TFL, 독일)를 사용하였고, 실험을 위한 공정은 하기표 1과 같다.

공정	%	화학약품	pH	시간(min)
탈 회	200	H₂O		60
	0.2	데스론(Deslon) NAT (TEXAPEL)
	3	탈회 약품
효 해	0.2	젖산	7.6-7.8	20
효 해	0.1-15	효해 약품	7.6-7.8	60
침 산	150	H₂O	2.8-3.0	10
	8	NaCl		10
	0.5	HCOOH (1:10)		20
	0.5	HCOOH (1:10)		20
	0.8	H₂SO₄		100
				O/N(over night)
유 제	3	Cr	3.6-3.8	60
	3	Cr		60
	0.3	Na₂CO₃		20
	0.3	Na₂CO₃		20
	0.4	Na₂CO₃		540
	자연건조

본 발명의 단백질 분해효소 HY-3 및 대조구(아모론, 오로폰 K)는 효해 공정에서 첨가를 하였다. 구체적으로, 탈회과정에서 1시간 동안표 1에 표기한 화학약품을 첨가한 후 0.2 중량%의 젖산과 0.1-15 중량%의 단백질 분해효소를 효해공정에 첨가하였다. 80분의 효해과정을 거치고 난 후 염분을 포함한 강산의 화학약품을 처리하는 침산 과정을 12시간 이상 거친 후 크롬(Cr)을 포함하는 유제공정에서 12시간 정도의 과정을 거쳐 건조를 한 후 가죽을 비교하였다.

각 효해공정 중에 사용하는 효소제의 효과를 비교하기 위하여 효해공정시 효소제만을 달리하여 탈회, 효해, 침산 공정을 거친 후 효해공정이 끝난 후의 가죽의 비교와 웨트-블루(Wet-blue) 상태의 가죽의 분석을 통하여 효해제의 효과를 실험하였다.

그 결과, 효해 공정 후 가죽 상태를 비교해 보면 은면(grain) 및 육연층의 표면이 깨끗함과 미끄러움의 정도는 본 발명의 단백질 분해효소 HY-3을 사용한 경우에 국산 및 외산의 효해제 보다 우수하게 나타났다. 또한, 웨트-블루 은면 표면상태를 비교해 보면, 국산 및 외산의 효해제보다 거친 면이 없는 것으로 확인되었으며 백색도가 더 나타났다.

<비교예 1> 효해 공정에 탈회제를 첨가하여 제조한 피혁의 물성 비교

본 발명의 단백질 분해효소 HY-3의 탈회제에 따른 효과를 알아보기 위해서 상기표 1과 동일한 과정을 거치고, 효해공정에 3 중량%의 암모늄 클로라이드(NH₄Cl), 3 중량%의 암모늄 설페이트((NH₄)₂SO₄), 2 중량%의 암모늄 설페이트((NH₄)₂SO₄)와 1 중량%의 암모늄 클로라이드(NH₄Cl)와 같은 탈회제를 각각 첨가하고 본 발명의 단백질 분해효소 HY-3을 사용하였을 때 피혁의 물성을 비교해 보았다.

일반적으로 효해공정에서 효과의 증진을 위하여 탈회제를 첨가하여 주는데 기본적으로 사용되는 탈회제를 첨가하였을 때 단백질 분해효소 HY-3의 탈회제에 의한 영향을 확인해 보았다.

<1-1> 암모늄 클로라이드 첨가에 의한 물성 비교

상기표 1과 동일한 과정을 거치고 효해 공정에 3 중량% 암모늄클로라이드(NH₄Cl)를 첨가하고, 본 발명의 단백질 분해효소 HY-3, 아모론 또는 오로폰 K를 사용하여 비교해 보았다. 실험 재료로 사용한 원료피는 가로 30 cm X 세로 20 cm의 크기로 잘라 사용하였고 대조구로는 효해 공정시 탈회제를 사용하지 않고 60분간 교반하였다.

상기 과정을 거쳐 제조한 피혁의 물성을 비교한 결과는표 2와 같다.

구분	대조구	단백질분해효소 HY-3	아모론	오로폰 K
수축율(%)	가로	20	18	17	20
수축율(%)	세로	19	19	19	22
유연도 (mm)	1.9	2.6	2.8	2.1
인장강도 (kgf/mm²)	0.7	0.8	0.8	0.6
인열강도 (kgf/mm)	2.3	2.1	2.4	1.8
신장율(%)	64	105	89	70

<1-2> 암모늄 설페이트 첨가에 의한 물성 비교

상기표 1과 동일한 과정을 거치고 효해 공정에 3 중량% 암모늄 설페이트((NH₄)₂SO₄)를 첨가하고, 본 발명의 단백질 분해효소 HY-3, 아모론 또는 오로폰 K를 사용하여 비교해 보았다. 실험 재료로 사용한 원료피는 가로 30 cm X 세로 20 cm의 크기로 잘라 사용하였고 대조구로는 효해 공정시 탈회제를 사용하지 않고 60분간 교반하였다.

상기 과정을 거쳐 제조한 피혁의 물성을 비교한 결과는표 3과 같다.

구분	대조구	단백질분해효소 HY-3	아모론	오로폰 K
수축율(%)	가로	23	16	24	23
수축율(%)	세로	23	18	22	22
유연도 (mm)	1.7	2.4	2.2	2.1
인장강도 (kgf/mm²)	0.8	0.8	0.9	0.9
인열강도 (kgf/mm)	2.4	1.6	1.4	2.1
신장율(%)	43	77	76	77

<1-3> 암모늄 클로라이드와 암모늄 설페이트 첨가에 의한 물성 비교

상기표 1과 동일한 과정을 거치고 효해 공정에 1 중량% 암모늄 클로라이드(NH₄Cl)와 2 중량% 암모늄 설페이트((NH₄)₂SO₄)의 조합을 첨가하고, 본 발명의 단백질 분해효소 HY-3, 아모론 또는 오로폰 K를 사용하여 비교해 보았다. 실험 재료로 사용한 원료피는 가로 30 cm X 세로 20 cm의 크기로 잘라 사용하였고 대조구로는 효해 공정시 탈회제를 사용하지 않고 60분간 교반하였다.

상기 과정을 거쳐 제조한 피혁의 물성을 비교한 결과는표 4와 같다.

구분	대조구	단백질분해효소 HY-3	아모론	오로폰 K
수축율(%)	가로	16	19	17	19
수축율(%)	세로	26	20	25	28
유연도 (mm)	3.1	3.8	3.3	3.2
인장강도 (kgf/mm²)	1.4	1.4	1.4	1.2
인열강도 (kgf/mm)	2.3	2.4	2.5	2.2
신장율(%)	121	138	113	107

상기에서 살펴본 바와 같이, 효해 공정에 탈회제인 암모늄설페이트((NH₄)₂SO₄)를 단독으로 사용하였을 경우, 유제공정을 거치고 난 후에는 국산 및 외산과 비슷한 표면의 균일을 보인 반면 암모늄 클로라이드(NH₄Cl) 단독 사용 및 암모늄 클로라이드(NH₄Cl)와 암모늄 설페이트((NH₄)₂SO₄)를 동시에 사용하는 경우에는 신장율이 뛰어났으며, 국산 및 외산보다 더 표면이 균일하고 은면이 깨끗함을 보여 주었다. 수축율과 유연도는 국산 및 외산과 비슷하였다.

본 발명의 단백질 분해효소 HY-3은 일반적으로 사용하는 탈회제와 함께 사용을 하였을 경우 암모늄 설페이트는 기본과 같은 효과를 보였으며 암모늄 클로라이드 단독 및 암모늄 클로라이드와 암모늄 설페이트 조합에서는 상승효과(synergism)를 보였음을 알 수 있다.

<비교예 2> 현장 적용을 통한 피혁의 물성 분석

두께가 1.2-1.4 mm인 탈모 작업을 거친 가죽 1매를 반으로 나누어 실시하여, 한 장은 단백질 분해효소 HY-3를 사용하고 나머지 한 장은 외산 효해제를 사용하여 효해 공정을 실시한 뒤 현장에 투입하여 크러스터(crust; 일반적으로 유제공정까지 거친 제품으로 가죽소재용 용품(핸드백, 구두 등)을 만들기 바로 전의 가죽)를 만들어 하기의표 5와 같은 방법으로 수행하여 표면 상태 및 물리적 강도를 측정하였다.

공정	%	화학제	시간(분)	pH
탈회	200	H₂O (30℃)
	0.2	데스론 NAT(TEXAPEL)
	2	(NH₄)₂SO₄
	1	NH₄Cl	60	7.6
효해	0.3	젖산	20
	0.8	효해 약품	60
	건 조

상기와 같이 수행하였을 때 단백질 분해효소 HY-3과 외산 효해제인 오로폰 K를 사용한 경우 가죽의 상태에 대한 물성 분석을표 6에 나타내었다.

항 목	단백질 분해효소 HY-3	오로폰 K
두 께	1.2 - 1.4	1.2 - 1.4
인장강도(kg/mm²)	머리	2.7	1.1
	배	2.5	2.4
	꼬리	2.5	1.9
인열강도(kg/mm)	머리	5.8	4.1
	배	5.1	5.1
	꼬리	7.3	5.8
파열강도(kg/cm²)	머리	40 이상	32
	배	40 이상	40 이상
	꼬리	40 이상	37
신장율(%)	머리	76	59
	배	77	82
	꼬리	60	70
유연도(mm)	머리	3.9	4.2
	꼬리	3.9	3.7
	배	3.3	3.5

크러스터 물성 분석에 있어서 본 발명의 단백질 분해효소 HY-3과 외산인 오로폰 K를 비교하여 보면 거의 모든 항목에서 단백질 분해효소 HY-3이 우수함을 알수 있었다. 인장강도에서는 오로폰 K가 1.1-2.4 kg/mm²을 나타낸 반면 본 발명의 단백질 분해효소 HY-3은 2.5-2.7 kg/mm²을 나타내었고, 인열강도에서는 오로폰 K가 4.1-5.8 kg/mm을 나타낸 반면 본 발명의 단백질 분해효소 HY-3은 5.1-7.3 kg/mm을 나태내었다. 또한 파열강도에서도 오로폰 K가 32-40 kg/cm²이상을 나타낸 반면 본 발명의 단백질 분해효소 HY-3은 모두 40 kg/cm²이상을 나타내었다. 신장율에 있어서도 오로폰 K가 59-82%를 나타낸 반면 본 발명의 단백질 분해효소 HY-3은 60-77%를 나타내었고, 유연도는 오로폰 K가 3.5-4.2%를 나타낸 반면 본 발명의 단백질 분해효소 HY-3은 3.3-3.9%로 전체적으로 우수한 결과를 나타내었다.

<비교예 3> 단백질 분해효소 HY-3의 단백질 분해능 비교

본 발명의 아라니콜라 프로테오리티쿠스(Aranicola proteolyticus) HY-3 균주(KCTC 0268BP)가 생산하는 단백질 분해효소 HY-3의 단백질 분해능을 다른 단백질 분해효소와 비교해 보았다. 구체적으로, 본 발명자들은 본 발명의 단백질 분해효소 HY-3과 외산인 오로폰 K의 단백질 분해능을 비교해 보았다. 오로폰 K는 췌장 추출 효소제로 은면의 손상없이 콜라겐(collagen) 단백질을 분해하여 은면의 인장 강도와 부드러움을 증대하고 매끄러운 은면을 유지하는 용도로 많이 사용되고 있는 효소제이다.

먼저, 단백질 분해효소 HY-3의 활성을 측정하였는데 효소의 활성은 브라운쉬미츠의 방법(Braun, V. & Schmitz, G.,Arch, Microbiol. 1980, 124: 55-61)에 따라서 측정을 하였다. 구체적으로, 아조 카제인(azo-casein; Sigma, USA) 0.24 g을 50 mM 인산 완충 용액(Phosphate buffer, pH 7.5) 10 ㎖에 녹여 기질 용액을 제조하고, 기질용액 300 ㎕와 세포 배양액 100 ㎕를 혼합하여 37℃에서 30분 동안 반응시킨 후, 반응액에 10% 삼염화 초산(trichloride acetate) 300 ㎕를 첨가하여 상온에서 1시간 동안 반응시켰다. 상기 반응 용액을 7,000 rpm으로 원심분리하여 펠렛(pellet)과 상등액을 분리하였고, 상등액 300 ㎕에 10% 수산화나트륨 30 ㎕를 첨가하여 420 ㎚에서 흡광도를 측정하였다. 효소의 역가는 흡광도 수치가 1.0 증가할 때를 1 유니트(unit)로 정의하였다. 본 방법의 1 유니트는 단백질 분해효소가 기질인 아조 카제인을 37℃의 조건에서 분당 분해를 통한 아조기와 카제인으로 용출한 양을 정량적으로 측정을 한 것이다.

본 발명의 단백질 분해효소 HY-3과 오로폰 K를 앞에서 실험한 단백질 분해효소 역가 1 유니트 취하여 각각의 단백질 기질인 카제인(casein), 알부민(albumin) 및 헤모글로빈(hemoglobin) 그리고 케라틴(keratin)의 기질 혼합액(1 ㎎/㎖), 콜라겐(collagen), 엘라스틴(elastin) (5 ㎎/㎖)에 첨가 한 후 37℃에서 2시간 동안 반응 후 브레드포드 방법을 이용하여 시료 내 단백질 양을 측정하였다 (표 7 참조). 단백질 양을 측정한 후에 각각의 기질에 대한 효소의 활성을 측정하였으며, 효소의 활성은 37℃에서 1분간 1 ㎍의 기질 분해산물(protein equivalent)을 생성할 수 있는 효소의 양을 1 유니트로 정의하였다. 본 방법에서의 1 유니트는 앞 단계에서측정한 단백질 분해효소의 역가 1 유니트를 정량하여 각각의 기질을 37℃의 조건에서 분해를 하여 1분 동안에 1 ㎍의 단백질을 용출하는 양으로 측정을 한 것이다.

그 결과, 본 발명의 단백질 분해효소 HY-3은 헤모글로빈을 제외한 대부분의 기질에 대해서 오로폰 K와 비교할 때 높은 기질 분해능을 보임을 알 수 있었다. 일반적으로 동물의 가죽을 구성하고 있는 단백질은 콜라겐, 엘라스틴, 케라틴 등의 구조 단백질과 알부민, 글로불린(globulin) 등의 비구조 단백질로 구성되어 있는데, 본 발명의 단백질 분해효소 HY-3은 피혁의 불순물로 나올 수 있는 카제인, 알부민에 대해서 분해능이 있었으며 털의 주성분이 케라틴의 분해능이 뛰어나 탈모·탈회 공정에서 중요한 작용할 수 있음을 알 수 있었다.

10 분 동안의 반응을 통해서도 케라틴이나 콜라겐은 40% 이상의 분해율을 보였으며 헤모글로빈을 제외한 전체적으로 단백질에 대한 높은 분해율을 보였다(표 7).

단백질	상대적인 분해율 (%)
	단백질 분해효소 HY-3	오로폰 K
	10분	30분	1시간	2시간	10분	30분	1시간	2시간
카제인	93	94	95	100	65	70	73	85
알부민	10	14	15	44	0	10	15	17
헤모글로빈	2	4	12	16	0	5	11	17
케라틴	37	40	40	46	17	18	24	34
콜라겐	34	63	66	98	2	15	27	41
엘라스틴	4	13	18	21	1	4	19	20

또한, 콜라겐에서는 분해능이 좋은 오로폰 K보다 4배 이상의 분해능을 보였다(표 8). 동물가죽의 대부분을 구성하는 구조 단백질은 콜라겐으로서 약 60% 이상을 차지하고 있으며 콜라겐은 동물의 가죽 이외에도 뼈, 근육, 힘줄 등에 존재하고 있으므로 높은 콜라겐의 분해능은 가죽 가공에 뛰어난 효과를 보여준다고 할 수 있다.

단백질	효소활성(Unit/㎖)
단백질	오로폰 K	단백질 분해효소 HY-3
카제인	10.9	14.8
알부민	1.6	2.2
헤모글로빈	0.8	0.6
케라틴	2.8	6.2
콜라겐	2.3	9.8
엘라스틴	0.7	2.0

본 발명의 단백질 분해효소 HY-3을 이용한 피혁 제조방법 및 피혁 제조공정 폐기물의 처리방법은 우수한 품질의 피혁을 제조할 뿐만 아니라 피혁 약물의 사용량을 대폭 줄여 폐기물을 줄일 수 있고, 피혁 제조공정 폐기물을 환경친화적으로 처리 또는 재활용할 수 있다.

Claims

수세공정, 탈모ㆍ탈회공정 및 효해공정을 포함하는 피혁의 제조방법에 있어서, 상기 수세공정, 탈모ㆍ탈회공정 또는 효해공정에 아라니콜라 프로테오리티쿠스(Aranicola proteolyticus) HY-3 균주(KCTC 0268BP)에 의해 생산되는 단백질 분해효소 HY-3을 첨가하는 것을 특징으로 하는 피혁의 제조방법.
제 1항에 있어서, 단백질 분해효소 HY-3은 상기 미생물을 배양한 배양액에서 미생물만을 제거한 효소액이거나 또는 제형화되어 있는 제제인 것을 특징으로 하는 피혁의 제조방법.
제 1항에 있어서, 단백질 분해효소 HY-3은 0.1 내지 15 중량%로 첨가되는 것을 특징으로 하는 피혁의 제조방법.
피혁의 제조공정 중 수세공정과 탈모공정에서 발생하는 폐수, 그것의 고형폐기물, 탈모·탈회공정과 효해공정에서 발생하는 고형폐기물 또는 마무리 공정에서 발생하는 고형폐기물에 아라니콜라 프로테오리티쿠스(Aranicola proteolyticus)HY-3 균주(KCTC 0268BP)에 의해 생산되는 단백질 분해효소 HY-3을 첨가하는 것을 특징으로 하는 피혁 제조공정에서 발생하는 폐기물의 처리방법.
제 4항에 있어서, 단백질 분해효소 HY-3은 상기 미생물을 배양한 배양액, 상기 배양액에서 미생물만을 제거한 효소액이거나 또는 제형화되어 있는 제제인 것을 특징으로 하는 처리방법.
제 4항의 단백질 분해효소 HY-3을 이용한 폐기물 처리방법에 하나 또는 그 이상의 지질 분해 효소 및 당분해효소로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 첨가하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 폐기물의 처리방법.