【收藏】史上最易懂皮革酶制剂专业知识介绍

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制革工艺中酶的应用历史演化：

在18世纪的伦敦，人们将腐烂兽皮浸泡在尿液和石灰中去除残留的肉和毛，再用狗粪填充兽皮利于软化和保存，这套工序臭气熏天，以至于伦敦市区禁止制革业。

在印度、日本等国，甚至制革从业者曾经也是受排斥的社会群体。

直到20世纪初，德国杰出的化学家OttoRohm发现狗粪便的活性成分其实是能够降解蛋白质的蛋白酶，这一发现开启了皮革行业的一场革命。

从第一种商品化皮革酶制剂生产至今，生物酶制剂广泛应用于皮革加工的浸水、脱毛、脱脂、软化、浸酸，蓝湿皮处理及中和等工序中，主力军为蛋白酶和脂肪酶。不仅简化了制革行业的应用工艺，且在环保方面发挥了无可比拟的优势，在节约能源的同时减少二氧化碳的排放。



由于皮革工业中用量最大的是蛋白酶与脂肪酶两种，下面本文将围绕酶的一般定义及两种酶作简要阐述。

酶的定义：

酶是「由活细胞产生能对特异底物起催化作用的一类特殊的蛋白质」。

分解一下：

首先，它是蛋白质；

其次，它具有底物特异性（就像钥匙和锁一样，随便开不了）；

第三，它的作用是加快化学反应、降低反应所需能量，但并不能改变化学平衡（不能凭空增加产物哦！）。



如何来理解它的底物特异性呢？

形象一点的说法就是"一把钥匙开一把锁（钥匙是酶，锁就是底物也就是酶要处理的对象）"、"一个萝卜填一个坑（坑是酶，萝卜就是底物也就是酶要处理的对象）"。所以说制革工业中所用的两大类酶：蛋白酶就必须选择对胶原蛋白有高度专一特性的酶制剂，而脂肪酶就必须选择对动物脂肪起作用的脂肪酶。

酶为什么具有高度专一性？

1890年，德国化学家费舍尔提出了著名的锁匙学说。他认为酶是蛋白质，而蛋白质有一定的空间结构，就像钥匙和锁必须相互配合，酶的结构与反应物的空间结构相互契合，就能发生反应，正如“一把钥匙开一把锁”。

到了20世纪，考兰特认识到反应物可能会诱导酶蛋白发生一定程度的结构变化，于是提出了著名的诱导契合学说，当反应物分子出现后，酶蛋白受到反应物分子诱导，结构上发生有利于反应物的变化，最终导致两者在构象上的互补关系而发生反应。诱导契合学说也解释了酶的高度专一性的原因。


如何来理解“催化功能（即它是加快化学反应、降低反应所需能量，但并不能改变化学平衡（不增加产物）。）”呢？

原来，酶作为催化剂它是一种化学物质，只要将它少许加一点到其它相关的物质中，就能促进其他物质发生化学反应，而它自己既不被消耗，也不被改变。

如果不加酶催化剂，化学反应要走一条艰难的路，好比火车必须翻越一座高山；而加入后，高山好像被崩解成小山丘，火车只要翻过两个小山丘就行了，化学反应速度也就快了。


如何来理解酶在化学反应中所起到的作用呢？举个形象的例子，如一个学生要得到知识可以通过自学或老师来教，老师就像酶，学生就像反应物。老师可以使学生提高学习效率，更准确快速地掌握知识。一名老师可以同时教多个学生，外语老师可能在教外语上更有专长（酶反应有专一性），教完一个班还可再教另一个班（催化剂本身还可以再反应）。


这些例子很好的说明了酶的一些特性，但其实酶还有一些其他的特点：

作用条件温和（作用温度不高，身为蛋白质，它便具有蛋白质受热变性的特性）

催化效率高（在很多反应中，生物催化剂可比化学催化剂速度高106~1013倍。）

蛋白酶（对皮革胶原纤维作用的酶）：

蛋白酶是催化分解蛋白质肽键的一类酶的总称，能够将蛋白质分解为蛋白胨、多肽及游离氨基酸。按其降解多肽的方式分成内肽酶和端肽酶两类。皮革胶原纤维（也是蛋白质的一种）软化的本质就是切断肽键---它们有的可以切肽链中间（即内切蛋白酶,endo-protease），有的只从两头下手（exo-protease)；有的比较专一，只认一两个氨基酸，比如「胰蛋白酶」就只切精氨酸和赖氨酸相连的肽键；有的呢又更活跃，比如「糜蛋白酶」就能切好些氨基酸的肽键(但也是有特异性的！）。

蛋白酶种类很多，根据蛋白酶不同来源可以分为三大类，分别为动物源性蛋白酶、微生物源性蛋白酶、植物源性蛋白酶。其中植物源性蛋白酶常存在于木瓜蛋白酶和菠萝蛋白酶中；微生物源性蛋白酶既能在真菌中发酵得到，如黑曲霉、米曲霉和酵母等，又能在细菌中提取得到，如枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌等；动物性源性蛋白酶通常在畜禽的胰脏中获得，如猪、牛和羊等。

根据蛋白酶PH值的作用特点，蛋白酶又可分为碱性蛋白酶、酸性蛋白酶、中性蛋白酶。其中碱性蛋白酶（通常用于浸水、浸灰工段）是指在碱性条件下水解蛋白质肽键的酶类，最适PH在9~11之间，通常存在与动物、植物和微生物中，由地衣芽孢杆菌发酵得到，最早是在猪的胰脏中发现。酸性蛋白酶在PH为2~4的条件下，用于酸性条件下皮或革的软化，可以将蛋白质水解，酸性蛋白酶因其分子颗粒较碱性蛋白酶和中性蛋白酶小，可以较为迅速地透入到皮内，使软化过程缓和深入，是一种比较理想地松散胶原纤维同时又不至于造成胶原蛋白过度损失的生物软化剂。中性蛋白酶（用于脱灰软化工段）是一种可以水解胶原蛋白质的酶类，由枯草芽孢杆菌发酵得到，神奇的是动物自身的内源蛋白酶（动物体内自有的酶）就「酸、中、碱」三种都有---因为从胃到肠，pH是逐渐升高的，那么自然，胃分泌的蛋白酶自然就是酸性；而胰腺、肠细胞分泌的蛋白酶则是中性、碱性。

脂肪酶

脂肪酶是一种特殊的酯键水解酶，它可作用于甘油三酯的酯键，是能水解甘油三酯和脂肪酸酯产生单或双甘酯和游离脂肪酸，将天然油脂水解为脂肪酸和甘油。到达去除油脂的目的。

对于脱脂不干净，油脂较重的蓝皮，仅仅依靠常规脱脂剂是很难达到脱脂的目的，在这里脂肪酶可以作为一个强力的补充。

为什么要用脂肪酶去脱脂？

虽然乳化法（脱脂剂脱脂法）和皂化法（强碱脱脂）脱脂替代溶剂（如煤油）脱脂，费用低，解决了溶剂对环境的污染，但是乳化脱脂法本身也存在着一些问题。生皮脱脂的温度一般在40℃以下，温度高脱脂效果好，但温度过高会使皮受到较大的破坏，但在40℃以下脱脂，特别是在脂肪的熔点以下脱脂，此时脂肪仍呈凝固态，流动性差，被乳化的效果差；乳化脱脂，油脂进入废水中，加重了废水的生化负荷，而且大部分脱脂剂中的表面活性剂特别是非离子乳化剂非常稳定，在非极端的pH值和高温下很难降解，将带来新的污染。由于上述问题的存在，近年来酶脱脂方法受到了越来越多的重视。

乳化法及脂肪酶脱脂原理

脱脂剂脱脂原理是利用表面活性剂分子中同时具有亲水基和疏水基的特殊结构，可显著地降低油与水之间的界面张力，从而产生润湿、渗透、乳化、分散、增溶作用，使憎水的脂肪转变为亲水物质，分散于液相(水溶液)中，脱离皮层，完成脱脂过程。


脂肪酶的应用

脂肪酶对皮中油脂的水解程度，表现出先增加后不变的特点：脂肪酶对皮内油水解初始30分钟内反应快，之后反应变慢，60分钟后反应趋于平衡。通过增加酶的浓度和延长反应时间有效增加油脂的进一步水解。

脂肪酶和表面活性剂结合使用，有效提高去除脂肪的能力，但复配物的渗透速度变慢，所以间隔加入使用效果更好。

在软化工序中加入脂肪酶，可与胰酶具有协同性，使软化效果更好。酸性脂肪酶用于酸性条件下的皮革脱脂，因此特别适合于湿皮的脱脂，也可用于浸酸皮的脱脂。由于脂肪酶对细胞膜的作用甚微，常在脱脂中加入蛋白酶来破坏脂肪细胞膜，以增强脱脂效果。

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