论文摘要
制革行业是我国出口创汇的重要行业,但同时也是一个污染严重的行业,尤以脱毛工序为最。随着我国经济的发展,人民生活水平的提高,对环境保护的要求越来越高,在某种意义上,环保问题是关系到皮革产业生死存亡的大问题。脱毛工序有许多清洁工艺,酶法脱毛无疑是解决问题的最有前景的途径。酶法脱毛技术上的困难是,脱毛条件难以控制,容易造成对皮的损伤。本研究旨在研究蛋白酶、糖酶的脱毛机理,希望在脱毛同时,减少对皮的损伤,以利于酶法脱毛的推广。蛋白酶在脱毛的同时会对皮造成损伤,国内普遍认为是其中的胶原酶的缘故,本研究首次对2709碱性蛋白酶进行分离、纯化,通过丙酮沉淀、Sephadex G-100柱层析、DEAE-Sephadex A-50柱层析、Sephadex G-75柱层析等方法,分离、纯化了2709碱性蛋白酶中的胶原酶。SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳测定其分子量为56kD,并为金属蛋白酶。该结果证明碱性蛋白酶2709中存在胶原酶,它可能是2709脱毛时,引起皮损伤的一个重要原因。脱毛液中总糖含量的分析,对研究脱毛机理有重要意义。比较了常用的多种测定糖含量的方法。脱毛液中含有羟基糖和氨基糖,两者各为一半,但常用的方法测定的仅仅是羟基糖,氨基糖部分被忽略了,结果是不完备的。为此,本研究选择对氨基糖选择性强的乙酰丙酮法进行了研究。结果表明,DNS法在酶法脱毛液中测定结果明显偏高,该方法不适用本体系。而硫酸-苯酚法和乙酰丙酮法结果相吻合,说明两种方法均可行。硫酸-苯酚法可测定总的羟基糖,该法简便、快捷,其结果×（?）可以表示总糖含量（以硫酸皮肤素计）。乙酰丙酮法测定氨基糖选择性好,但方法较烦琐。通过比较脱毛液HCl水解前后的氨基糖含量,可以估算脱毛液中的糖链平均大小,该法结果和HPGFC法接近,方法简单。因此,可以用乙酰丙酮法来估算脱毛液中糖链的大小,这为酶法脱毛机理的研究提供了新的思路。通过分析蛋白酶脱毛液中总蛋白质含量、总糖含量、胶原蛋白含量,表明蛋白酶脱毛效果好,但损伤大。脱毛液中溶出糖的糖链大小在17.8～22.7,说明脱落下来的多糖有断裂,但水解不够彻底。蛋白酶通过水解蛋白多糖中的核心蛋白来破坏粘蛋白（类粘蛋白）,从而降低其粘度,达到脱毛的目的,其对多糖的水解是间接的、效能不高的。由于2709为丝氨酸蛋白酶,而其中存在的胶原酶是金属蛋白酶,用EDTA可抑制2709中的胶原酶活性,10mM EDTA可抑制约50%的胶原酶活性,而对普通蛋白酶活性影响不大。脱毛实验表明,加入10mM EDTA不影响2709的脱毛效果,而胶原蛋白含量可减少15-20%。同时,也揭示2709并非损伤胶原纤维的唯一原因。探讨了蛋白酶脱毛机理及对皮损伤的原因,提出了新的见解。认为胶原酶和蛋白酶对皮的损伤有协同作用。蛋白酶作用于胶原蛋白的非螺旋区域,由于该区域羟脯氨酸含量较少,导致测定出来的胶原蛋白含量很少,但对皮的实际损伤较大。糖酶脱毛作用研究的很少,且对其作用认识不一。本研究重点研究了糖酶的脱毛作用。通过分析脱毛液中的组成、氨基酸组成分析、FTIR分析,探讨了糖酶（淀粉酶、纤维素酶）脱毛机理。总蛋白质含量和总糖含量表明糖酶对皮的作用是明显的,糖酶是通过水解粘蛋白（蛋白多糖）中的多糖链来起作用,其对糖的水解能力要强于蛋白酶。脱毛液中溶出糖的糖链大小在8.2～10.2,说明糖酶对脱落下来的多糖水解彻底。脱毛实验表明糖酶有较好的松散胶原作用,有一定的脱毛效果,但其脱毛效果明显弱于蛋白酶。其优点是对皮的损伤小,使用安全性好。氨基酸组成分析表明糖酶对皮的损伤很小。FTIR扫描说明糖酶对皮有作用。影响糖酶脱毛效果的重要因素是糖酶分子量大,酶在皮中渗透困难,影响了其脱毛效果。对碱膨胀和超声波作用对酶在皮中渗透速度的影响,进行了分析,验证了这一观点。对酶脱毛作用的贡献大小进行分析是一件困难的工作。本章将蛋白酶和糖酶混合后,以实际测得的酶活力作为变量,以脱毛效果（用脱毛液中总蛋白质浓度表征）作为因变量,进行回归分析,同时考虑交互作用（即代表协同作用）。这样可以定量考察糖酶、蛋白酶各自的脱毛能力,以及它们的协同作用大小。用回归分析方法,对糖酶和蛋白酶混合作用皮的情况进行了定量分析。结果表明糖酶和蛋白酶各自均起作用,并附加有明显的协同作用。尤以淀粉酶和蛋白酶的协同效应特别明显,其中协同作用的标准化系数为0.894,而蛋白酶活的标准化系数仅为0.183。混合酶脱毛实验再次证明蛋白酶对皮有损伤,而蛋白酶中加入淀粉酶对皮的损伤影响不大。利用淀粉酶先作用于皮,再用蛋白酶作用,可以充分利用淀粉酶的作用和两种酶的协同作用,减少蛋白酶的作用强度,达到既较好脱毛,又减少对皮的损伤的目的。用响应面设计优化了混和脱毛的工艺条件,优化的工艺条件是:淀粉酶活40u/ml、蛋白酶活400u/ml,pH值为6.95～7.39。和普通蛋白酶脱毛方法进行了比较。在脱毛效果相仿的情况下,混合酶法损伤小,成革物理性能较优。超声波和酶在皮革中的联合应用尚未见诸报道。研究了超声波对蛋白酶活力的影响,发现2709所受影响极小。研究发现,淀粉酶、蛋白酶脱毛时,使用超声波照射,可以明显缩短脱毛所需时间,原因在于超声波能促进酶在皮中的渗透,尤以淀粉酶为最。因为淀粉酶分子量大,较难渗透,故超声波的促进渗透作用反而较大。该实验同时也验证了淀粉酶对胶原蛋白的水解极弱,使用淀粉酶脱毛安全性优势明显。超声波在淀粉酶体系中只起促进渗透作用,而不能促进淀粉酶对胶原的水解。当用蛋白酶酶法处理未铬鞣的废皮时,采用超声波照射,可以提高反应速率。通过Lineweaver-Burke公式可计算出动力学参数,KA增加,说明反应速率增加;KM几乎不变,说明酶和底物的亲和力没有改变。不加超声波的最终转化率为54.7～62.2%,而加超声波则为81.7～88.4%。这说明加超声波,酶水解废皮的回收率提高了46%,效果是很明显的。
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