湯城岸，覃湫棉，柴曼思，田永強(qiáng)*（1.四川大學(xué)皮革化學(xué)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610065; 2.四川大學(xué)制革清潔技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室，四川成都610065）

清潔制革中酶制劑的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用前景

湯城岸1，2，覃湫棉1，2，柴曼思1，2，田永強(qiáng)1，2*
（1.四川大學(xué)皮革化學(xué)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610065; 2.四川大學(xué)制革清潔技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室，四川成都610065）

摘要：詳細(xì)介紹了酶制劑用于浸水、脫脂、浸灰、脫毛、軟化、鞣制和廢物處理等方面解決污染或效率低下問題的研究現(xiàn)狀，并簡要分析了酶制劑在清潔制革中的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：清潔生產(chǎn)；制革；酶制劑

制革屬于我國重要的傳統(tǒng)手工業(yè)，《周禮·天官·掌皮》中就有了“掌秋斂皮，冬斂革，春獻(xiàn)之，遂以式法頒皮革于百工”的記錄，可見先人很早便認(rèn)識(shí)并開始利用皮革的防寒保暖功能了，逐漸成熟的工藝也提升了制革水平。近年來，國家政策對(duì)于環(huán)境保護(hù)愈加重視，普通民眾也要求制革企業(yè)具有更高的環(huán)保自律意識(shí)，研究新型環(huán)保生產(chǎn)工藝、使用環(huán)保材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)化工試劑已經(jīng)刻不容緩了。與此同時(shí)，隨著近年來大眾消費(fèi)水平的大幅提升，市場(chǎng)對(duì)高端皮革制品的需求量還將在可以預(yù)見的未來保持持續(xù)增長，這就要求制革企業(yè)加強(qiáng)創(chuàng)新，在提高產(chǎn)品質(zhì)量和減輕環(huán)境影響兩方面取得突破，才能在制革業(yè)轉(zhuǎn)型期保持發(fā)展。

皮革行業(yè)由傳統(tǒng)的獸皮加工行業(yè)發(fā)展而來，每年會(huì)排放

大量廢水，曾經(jīng)占到我國工廢水排放總量的約0.3%[1]。制革廢水主要由脫脂、脫毛、鞣制、加脂染色以及各工序洗滌等操作產(chǎn)生，各階段使用的大量助劑、鞣劑、加脂劑等使得廢水成分極為復(fù)雜，如果制革企業(yè)隨意排放，對(duì)環(huán)境造成的破壞絕不僅僅是“0.3%”能夠描述的。制革中的脫脂、脫毛以及鞣制這三個(gè)工序產(chǎn)生的廢水僅占到總廢水量的一半，卻是整個(gè)制革過程產(chǎn)生的污染性最強(qiáng)的廢水[2]。目前圍繞清潔制革工藝的研究，主要集中在解決固體廢棄物過多和廢水中BOD（生物需氧量）、COD（化學(xué)需氧量）、TS（總固體含量）過高的問題，運(yùn)用蛋白酶、脂肪酶等酶制劑替代制革中的傳統(tǒng)試劑來解決這些問題具有很大的潛力。

近年來，生物技術(shù)的快速發(fā)展使得更多生物酶制劑應(yīng)用于制革生產(chǎn)諸多工序，通過DNA重組等新技術(shù)可以獲得具有更多優(yōu)異特性的蛋白酶，與少量的傳統(tǒng)化學(xué)試劑適當(dāng)搭配，用于制革浸水、脫毛、軟化等工序就可以較為明顯地提高成革質(zhì)量和生產(chǎn)效率。酶的高效性、專一性和反應(yīng)條件溫和等特點(diǎn)是其主要優(yōu)勢(shì)，針對(duì)不同工序的要求可以選用不同的脂肪酶、蛋白酶以及糖酶等對(duì)皮革的纖維間質(zhì)和非膠原成分進(jìn)行處理，可以有效地水解去除皮內(nèi)的白蛋白、球蛋白等，促進(jìn)水和試劑在皮內(nèi)的滲透，使浸水、浸灰和鞣制等過程快速均勻；耐堿性浸灰酶與硫化鈉結(jié)合使用可以進(jìn)一步除去皮內(nèi)的纖維間質(zhì)和彈性纖維等非膠原成分，使皮在脫毛時(shí)充分膨脹，纖維更加松散。皮膠原纖維間的間隙增大，殘存于其中的石灰等試劑也更易在脫灰時(shí)被洗出[3-4]。目前制革企業(yè)常用的酶制劑有蛋白酶、糖酶及脂肪酶等，不同的工序根據(jù)不同要求選用一種或多種酶制劑，以較少的用量即可達(dá)到理想效果，縮短處理時(shí)間，減少有害物質(zhì)對(duì)環(huán)境影響，同時(shí)提高成革的質(zhì)量。

本文綜述了酶制劑應(yīng)用于制革行業(yè)的研究進(jìn)展，并對(duì)酶在清潔制革中應(yīng)用的研究方向作了簡單的預(yù)測(cè)。

1　浸水

浸水是原料皮加工的第一道工序，主要是為了在后續(xù)處理之前先將原料皮上的殘留糞便、防腐劑等污物去除，將皮中可溶性蛋白質(zhì)溶出，使保存時(shí)脫水或風(fēng)干的原料皮重新充水恢復(fù)至鮮皮狀態(tài)。制革企業(yè)浸水時(shí)一般采用表面活性劑、殺菌劑等化工試劑在堿性條件下處理原料皮，使水更易在皮纖維中滲透，但這種方法并不能完全除去皮中難溶于水的蛋白質(zhì)。而且傳統(tǒng)浸水的工序時(shí)間長，添加的助劑再排放到環(huán)境中還會(huì)造成污染[4]。以酶制劑為浸水助劑并輔以其它助劑的酶助浸水法，具有的優(yōu)點(diǎn)包括：纖維間質(zhì)的去除程度更高；回軟速度更快，回軟更充分；得革率較高；大幅減少浸水處理時(shí)間；對(duì)頸部和腹部的皺褶作用明顯，浸水后革的均勻性更好[5]。目前國外很多浸水專用酶制劑已經(jīng)在制革生產(chǎn)中得以應(yīng)用，例如丹麥諾維信公司的Nowolase SG、德國德瑞（TFL）公司的Erhazym C、印度UNIPELL公司的UNIPELLM4和湯普勒公司的Trupozym MS等浸水酶制劑都具有較強(qiáng)的特異性和穩(wěn)定的性能，用于浸水可以有效地除去皮中的纖維間質(zhì)及非膠原成分[6]。可供國內(nèi)制革企業(yè)選擇的國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)浸水酶制劑相對(duì)較少，但是針對(duì)浸水工序的要求，將現(xiàn)有酶復(fù)合使用的研究較多，也獲得了較為豐碩的成果。

陜西科技大學(xué)馬建中等[7]曾選用了較為成熟的AS1398蛋白酶、3942蛋白酶以及另外4種陜西酶工程研究所開發(fā)的中性或堿性蛋白酶，用于黃牛皮浸水，分析了廢水中的蛋白質(zhì)和羥脯氨酸含量，并觀察了

浸水后皮的柔軟度、黃心程度以及溜毛情況等，對(duì)比處理效果。證實(shí)了這幾種酶制劑都能明顯提高生皮中纖維間非膠原蛋白的溶出速度，但是這些酶又有各自的缺點(diǎn)，如發(fā)現(xiàn)堿性酶可以更好地溶出生皮間質(zhì)，但是這又意味著對(duì)膠原蛋白的損傷也更大。研究人員認(rèn)為結(jié)合不同酶的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行復(fù)配后會(huì)具有更好的應(yīng)用前景。陸愛霞等[8]將1398蛋白酶和胰酶應(yīng)用于獺兔皮浸水工藝，表明復(fù)配酶的活力高于單獨(dú)的1398蛋白酶或胰酶，即復(fù)配酶產(chǎn)生了明顯的協(xié)同作用，且兩者以等質(zhì)量復(fù)配時(shí)酶活力最高。此配比能明顯提升獺兔皮的浸水效率，增加充水度，提高揭里效率。顯然，將不同的酶制劑適當(dāng)?shù)慕M合使用可以更為有效的去除皮中復(fù)雜的非膠原蛋白成分，提升浸水酶的效用。

2　脫脂

脫脂是對(duì)成品革品質(zhì)影響至關(guān)重要的工序之一，若皮內(nèi)殘留過多油脂將會(huì)降低各工序所用試劑在皮內(nèi)的分散、滲透和結(jié)合速率。傳統(tǒng)的脫脂方法包括機(jī)械脫脂、乳化脫脂、皂化脫脂、溶劑脫脂等，但分別存在著脫脂不徹底、損傷皮膠原以及污染嚴(yán)重等問題。近年來脂肪酶清潔化脫脂技術(shù)已經(jīng)被越來越多的制革工程師所認(rèn)識(shí)和采用，關(guān)于脂肪酶脫脂技術(shù)的研究常有報(bào)道。原料皮內(nèi)的油脂在脂肪酶催化作用下可以水解為易溶于水的游離脂肪酸和甘油，經(jīng)特殊選擇的脂肪酶對(duì)脂肪具有特異性而不會(huì)與皮膠原纖維反應(yīng)，脂肪酶實(shí)際上替代了傳統(tǒng)脫脂工藝中表面活性劑的作用，脫脂更均勻，又不會(huì)造成污染問題。脂肪酶用于脫脂，具有反應(yīng)條件溫和、能耗低、成品革損傷小等優(yōu)點(diǎn)。例如1，3位專一性脂肪酶可以在特殊脂肪酸單甘酯的立體選擇性化學(xué)合成和拆分等精細(xì)化工過程中起重要催化作用，在制革中將會(huì)有巨大的應(yīng)用潛力[9]。近20年來，已深入研究和應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的脂肪酶種類不斷增加，并運(yùn)用遺傳工程和蛋白質(zhì)工程等手段改造提升了脂肪酶的產(chǎn)量和性能。

彭必雨[10]在2000年提出在研制新型脫脂劑時(shí)，包括能在酸性條件下作用的酶，應(yīng)該考慮到油脂大多存在于脂肪細(xì)胞膜內(nèi)，讓酶與脂肪細(xì)胞膜內(nèi)的油脂分子能夠接觸并發(fā)生反應(yīng)是脫脂成功的前提之一。許曉紅等[11]研究了脂肪酶分別對(duì)豬皮、牛皮、山羊皮和綿羊皮等原皮及其脫灰裸皮的脫脂效果，表明生豬皮與脫灰豬裸皮經(jīng)脂肪酶作用后脫脂率相當(dāng)，而脂肪酶用于含脂肪較少的生牛皮卻沒有獲得較好的脫脂效果，經(jīng)脫灰處理的牛皮再用脂肪酶處理后脫脂率明顯提升，說明脂肪酶可以高效作用于游離脂肪，而用于膠原纖維編織緊密或脂腺含脂較多的牛皮等則相對(duì)乏力，浸灰膨脹過程使得生牛皮膠原纖維變得疏松，因此針對(duì)各種皮纖維結(jié)構(gòu)對(duì)酶脫脂的影響也還需要進(jìn)行深入研究。馬宏瑞等[12]從制革污泥中篩選到一株菌，經(jīng)發(fā)酵條件優(yōu)化后該菌株產(chǎn)脂肪酶活力可達(dá)到8.5 U/mL。由于分離自制革污泥，這種脂肪酶同時(shí)還對(duì)制革污泥含有的大量硫化物、氯化物、重金屬鹽等具有一定的抗性，如果能夠在制革中運(yùn)用相信會(huì)有很強(qiáng)的適應(yīng)性。

3　浸灰

生皮轉(zhuǎn)化為鞣制皮的整個(gè)制革工藝，至關(guān)重要的就是除去皮纖維間的非膠原成分從而實(shí)現(xiàn)膠原纖維的松散，傳統(tǒng)工藝中添加了大量石灰的浸灰工序就是承擔(dān)這一轉(zhuǎn)化過程的重要一步，從“好皮出在灰缸里”這樣的諺語就可見浸灰操作對(duì)成革質(zhì)量具有根本性的影響。使用石灰處理原料皮具有成本低廉、容易操作以及控制方便等優(yōu)點(diǎn)，目前還沒有化學(xué)材料從效果及成本上優(yōu)于石灰；但

是因其較低的溶解度，浸灰使用的石灰大部分都沒有溶解，并未得以完全利用就混雜著各種蛋白質(zhì)和油脂等成分形成石灰污泥，大大地增加了廢液的堿度和TS（總固體含量），給制革廢水的處理回收造成很大的壓力[13]。現(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)，在浸灰工序中使用合適的酶制劑可以除去皮中的黏結(jié)物而起到分散膠原、增加粒面強(qiáng)度和增大面積等作用，在一定程度上可以減少石灰的用量甚至取而代之。

人們對(duì)酶助“浸灰”的研究非常多，其中大都是關(guān)于堿性蛋白酶分散皮膠原的，如Saravanabhavan S等[14]用硅酸鹽激活酶代替石灰在浸灰工序中分散膠原的作用，針對(duì)性地優(yōu)化了酶和偏硅酸鈉的用量，這種方法與傳統(tǒng)浸灰工藝相比，成革的力學(xué)性能沒有明顯變化，但采用該方法排放的廢水相對(duì)于傳統(tǒng)工藝減少了53%的COD 和26%的TS。王芳[15]采用蛋白酶和脂肪酶混合用于豬皮浸灰，并與諾和諾德公司NUE0. 6MPX浸灰酶對(duì)比助浸灰效果，發(fā)現(xiàn)復(fù)配酶在某些參數(shù)上優(yōu)于這種商業(yè)用酶制劑，而且成革質(zhì)量也優(yōu)于傳統(tǒng)石灰浸灰或者蛋白酶浸灰工藝。根據(jù)廢液中的蛋白多糖、蛋白質(zhì)的濃度以及常規(guī)的力學(xué)性能測(cè)試和得革率等數(shù)據(jù)對(duì)酶用量進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果顯示：蛋白酶與脂肪酶的復(fù)配比為3∶2（酶活比），復(fù)合酶用量為0.06%～0.08%時(shí)，經(jīng)10～12 h后皮中非膠原蛋白質(zhì)和纖維間質(zhì)大都被去除，成革的觀感觸感以及力學(xué)性能良好。將糖酶、蛋白酶和脂肪酶一起使用也可以獲得較好的浸灰效果[16]。

目前，酶用于浸灰的成本仍然較高，同時(shí)浸灰終點(diǎn)也不容易控制，工業(yè)酶制劑的純度不夠也使得長時(shí)間浸灰處理會(huì)對(duì)革的纖維結(jié)構(gòu)造成破壞，這些都是浸灰酶制劑在制革大生產(chǎn)中有效應(yīng)用所面對(duì)的難題，有待于進(jìn)一步的研究。

4　脫毛

用生物酶取代硫化鈉進(jìn)行脫毛，是制革清潔化生產(chǎn)最具應(yīng)用潛力的工藝之一，現(xiàn)在已經(jīng)有很多商用的僅需少量硫化鈉輔助即可實(shí)現(xiàn)脫毛的酶制劑了。角蛋白是在動(dòng)物體表起保護(hù)或結(jié)構(gòu)作用的硬蛋白，不溶或微溶于水，原料皮上的毛主要由角蛋白組成，傳統(tǒng)堿法脫毛就是利用硫化鈉的堿性使生皮和表皮上的角蛋白水解，以達(dá)到脫毛目的。自然界中篩選到的一些角蛋白酶能夠較好地水解皮膚和毛發(fā)中的角蛋白成分，將角蛋白降解為低分子量的肽段甚至氨基酸，因此角蛋白酶有望完全取代硫化鈉，成為新型的生物脫毛助劑。為了獲得更高脫毛性能和對(duì)皮損傷最低的脫毛酶，新型角蛋白酶的篩選工作仍然是目前很受重視的一項(xiàng)工作，George N等[17]最新發(fā)現(xiàn)的弧菌Vibrio metschnikovii NG155就是眾多角蛋白酶產(chǎn)生菌中的一個(gè)，這種角蛋白酶對(duì)毛發(fā)角蛋白具有極強(qiáng)的特異性，將其與膠原蛋白直接作用并以SDS-PAGE檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)該酶對(duì)皮膠原完全沒有降解作用?？梢姡c硫化鈉脫毛產(chǎn)生的極大污染以及對(duì)皮膠原難以避免的損傷相比，酶脫毛成為制革工藝中最具有大規(guī)模應(yīng)用前景的工藝是有其必然性的。

在前人對(duì)脫毛角蛋白酶的研究基礎(chǔ)上，復(fù)合酶制劑脫毛的研究近年來已逐漸成為另一個(gè)熱點(diǎn)。在20世紀(jì)70年代和80年代，我國研究較為成熟的并且應(yīng)用于大生產(chǎn)的有溫有浴酶脫毛幾乎都是單獨(dú)使用166中性酶、AS1398蛋白酶以及2709堿性蛋白酶等。廖隆理等[18]將AS1398中性蛋白酶和2709堿性蛋白酶按不同的比例定量混合用于豬皮脫毛，在相同的溫度、不同的pH值下處理不同時(shí)間，確定了0.67%的AS1398酶和0.33%的2709酶混合后脫

毛性能良好，且對(duì)原料皮的損傷程度相對(duì)單一酶更輕。陳武勇等[19]將堿性脂肪酶、堿性蛋白酶和糖化酶復(fù)配用于牦牛皮脫毛研究，針對(duì)牦牛皮特殊的組織結(jié)構(gòu)特征對(duì)不同部位采用了不同的酶用量和處理時(shí)間，這種結(jié)合了灰堿液和多種酶制劑的脫毛方法得到的皮粒面層完好，光滑干凈無殘留毛根，邊腹部位和脊背部位采用傳統(tǒng)脫毛工藝產(chǎn)生的脫毛液中硫化鈉濃度高達(dá)60～65 g/L和30～35 g/L，而酶脫毛則可以使之降到30～35 g/L和10～15 g/L，總體來看酶脫毛比傳統(tǒng)脫毛工藝少排放了50%的硫化鈉。

目前在制革中使用的酶制劑大多還是酶助脫毛，仍然或多或少需要添加一些硫化鈉，但是近幾年國外已經(jīng)有較多關(guān)于無硫酶脫毛的報(bào)道，一些新型的堿性蛋白酶制劑已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)無硫脫毛，例如Rajkumar[20]、Sundararajan[21]、Verma[22]等分別分離純化出一些菌株的發(fā)酵液或純化酶制劑可以在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行無硫脫毛,進(jìn)一步挖掘這方面的酶資源并對(duì)其無硫脫毛的操作進(jìn)行優(yōu)化，仍然是極具潛力的研究方向。這些新型菌株大多屬于芽孢桿菌，而動(dòng)物皮膚中常見的真菌則很少被發(fā)現(xiàn)可以產(chǎn)脫毛蛋白酶，這也是值得研究人員注意的問題。

5　軟化

軟化是唯一一個(gè)在傳統(tǒng)制革工藝中就采用了酶制劑的濕操作工序，是制革過程中必不可少的步驟。傳統(tǒng)制革業(yè)的軟化都是用胰酶在弱堿性條件下對(duì)生皮進(jìn)行處理，這一步可以更好地去除膠原纖維間質(zhì)進(jìn)而起到分散纖維的作用，是浸灰過程的補(bǔ)充步驟。

除了傳統(tǒng)軟化工序所用的胰酶，從微生物中篩選的酶制劑也在上世紀(jì)30年代開始被應(yīng)用于制革軟化。1975年德國的K.Fekete[23]通過檢測(cè)經(jīng)酶軟化產(chǎn)生的廢液中總蛋白和膠原蛋白的含量，作為指標(biāo)對(duì)比了胰酶與細(xì)菌酶在軟化中的作用。實(shí)驗(yàn)測(cè)得軟化過程中細(xì)菌酶比胰酶分解的膠原少，對(duì)皮膠原損傷較低，同時(shí)胰酶軟化開始時(shí)膠原分解量大，而之后分解量則又趨于平緩，而細(xì)菌酶軟化過程分解膠原量則是隨著時(shí)間延長而按比例增加?？梢娂?xì)菌酶制劑相對(duì)傳統(tǒng)胰酶的作用更為溫和，再考慮到比胰酶適應(yīng)的pH范圍更寬，是胰酶制劑的有力競(jìng)爭者。1996年，巴基斯坦的A Hameed，MA Natt和英國的CS Evans[24]合作研究了一種新型細(xì)菌軟化酶制劑，并將其與“oropon”商業(yè)酶制劑的軟化性能進(jìn)行了對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)隨著軟化時(shí)間延長，兩種酶制劑軟化后山羊皮的柔軟程度、皮面光滑度等都更優(yōu)異，同時(shí)細(xì)菌酶軟化90 min后制成的成品革的橫向、縱向最大拉伸力分別提高了35%和41%，力學(xué)性能更優(yōu)。

國內(nèi)陜西科技大學(xué)學(xué)院的魏世林等[25]較早將國產(chǎn)的537蛋白酶用于藍(lán)濕革的軟化，并用FereonM301酸性蛋白酶、VinkolA蛋白酶與之對(duì)照試驗(yàn)，對(duì)三種軟化酶制成的成革作了全面的理化分析。研究結(jié)果表明，537酸性蛋白酶的最適作用溫度為55℃，溫度較低或作用時(shí)間較短時(shí)，收縮溫度提高的幅度較大，反之則較小，坯革收縮溫度受軟化溫度影響較大；最適作用pH為3.5，此時(shí)坯革的手感最好，537酸性蛋白酶在太低的pH環(huán)境中對(duì)藍(lán)濕革的軟化效果不理想。如果添加太多的酶會(huì)使得坯革內(nèi)層的纖維松散性不足。許偉等[26]分析了軟化酶ARS用于兔皮軟化的最適條件，顯示對(duì)軟化后成革質(zhì)量影響最大的是溫度，其次就是酶用量，最后才是軟化時(shí)間。溫度高、用量大則酶軟化時(shí)間短；溫度低、用量低則酶軟化時(shí)間長，當(dāng)溫度超過40℃時(shí)就會(huì)因?yàn)槊缸饔眠^于劇烈而使毛皮受損。酶制劑用于制革一般都會(huì)遇到類似的問題，穩(wěn)定適宜的

溫度、pH等條件是酶制劑能夠發(fā)揮作用的前提，通過蛋白質(zhì)工程和基因工程等技術(shù)增強(qiáng)酶制劑對(duì)極端溫度和pH的耐受力將有助于在制革業(yè)更大范圍的推廣酶制劑。

6　鞣制

鉻鞣的本質(zhì)就是三價(jià)鉻絡(luò)合物與皮膠原蛋白側(cè)鏈上的羧基多點(diǎn)結(jié)合后再發(fā)生相互交聯(lián)，進(jìn)入鉻絡(luò)合物內(nèi)界的羧基離子可以再與中心離子結(jié)合，從而達(dá)到增加皮革膠原結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的目的，這也就是革經(jīng)鞣制后可以在常溫下長期保持其物化特性的原因。目前尚沒有使用酶制劑代替鉻鞣的研究，但是如果在適宜的溫度下，加入蛋白酶和脂肪酶軟化皮革，可以使得膠原纖維更加松散，在后續(xù)的鉻復(fù)鞣時(shí)就會(huì)有更多的鉻絡(luò)合物在膠原纖維之間相互交聯(lián)，使得總的鉻結(jié)合量增加，相對(duì)降低廢液中的鉻含量。李彥春、張銘讓[27]采用NOVO公司生產(chǎn)的ABG、ADL兩種酸性酶軟化綿羊皮后進(jìn)行鉻復(fù)鞣可使鉻結(jié)合量增加，與未經(jīng)酶軟化處理的皮相比，經(jīng)過酶軟化后皮的手感更為舒適，柔軟度、粒面光滑度等指標(biāo)都優(yōu)于沒有經(jīng)過酶軟化的皮。用0.3% 的ABG和0.2%的ADL軟化處理后，廢液中鉻含量可由原來的2.33 g/L降低到1.86 g/L，得革率分別增加4%和5%。

當(dāng)今世界制革工藝主要采用鉻鹽鞣制。皮革工業(yè)在環(huán)保壓力之下勢(shì)必尋求替代鉻的有效鞣劑，天然產(chǎn)物即植物單寧重新得到重視。植鞣劑大都是從樹皮、樹根等材料中浸提，它們通常都是植物質(zhì)中具有水溶性、非結(jié)晶的成份，含有足夠的羥基以及其它合適的基團(tuán)（羧基），可以和蛋白質(zhì)形成絡(luò)合物或者其它大分子，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鞣制效果。雖然植鞣劑沒有鉻那么強(qiáng)的毒性，但植鞣廢水中卻含有大量有機(jī)物。目前全世界大約有35～40萬t的植物單寧用于皮革鞣制，在排出的廢水中每100～150萬m3中有就有8萬噸的植物單寧被排放，造成巨大的浪費(fèi)和污染。如果可以將這些單寧的單位消耗量得以提升，不僅可以降低植鞣的成本，更可以減少對(duì)環(huán)境的壓力。

印度的Kahth SV等[28]用少浸酸植鞣體系以及酸性蛋白酶助劑使得單寧得到了較高的吸收。在實(shí)驗(yàn)中除了用不膨脹有機(jī)酸和草酸代替了傳統(tǒng)植鞣中的硫酸，又添加0.02%的酸性蛋白酶制劑處理了0.5 h，成革的抗張強(qiáng)度、斷裂伸長率、撕裂強(qiáng)度均與對(duì)照組無明顯區(qū)別，說明酶助制革工藝并沒有對(duì)皮革的纖維結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的破壞。

酶助植鞣革的掃描電子顯微鏡結(jié)果顯示，其纖維束的分散效果更好，因此可以推斷酶制劑作為催化劑打開了皮革纖維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)植物單寧與皮革的接觸面積也得以提高，從而促進(jìn)了植物單寧向皮革基質(zhì)中的滲透。

7　廢物處理

由于酶制劑的環(huán)境友好性，越來越受到科研機(jī)構(gòu)和制革企業(yè)的重視，一些新型的酶制劑或復(fù)合酶制劑在生產(chǎn)中被證明確實(shí)可以較顯著地提高生產(chǎn)效率和降低環(huán)境影響，一些新型的助劑或工藝也在逐漸減少傳統(tǒng)化學(xué)試劑的用量。與此同時(shí)，今后一段時(shí)間內(nèi)制革行業(yè)仍然會(huì)有大量廢棄物不斷產(chǎn)生這一事實(shí)不可否認(rèn)。

據(jù)報(bào)道，制革工業(yè)所用原料皮很大一部分沒有被制成成品，大量的資源都沒有得到合理利用就以邊角廢料等形式變?yōu)榱斯腆w廢棄物[29]，將這些固體廢棄物回收利用可以減少污染問題，經(jīng)過回收純化后加工為蛋白質(zhì)產(chǎn)品銷售還可以進(jìn)一步降低成本。目前一般采用的方法是用酸或堿對(duì)廢棄皮料進(jìn)行水解處理，再回收水解液中的膠原蛋白，但是酸堿試劑不僅成本高昂，而且處理后的廢液又會(huì)形成二次污染。利用酶制

劑水解皮革廢棄物則相對(duì)簡單，通過控制條件還可以使水解產(chǎn)物分子質(zhì)量滿足后續(xù)處理要求，水解率高，而且酶法一般不會(huì)產(chǎn)生新的污染源。運(yùn)用蛋白酶處理未經(jīng)鉻鞣的廢棄物比較簡單，但對(duì)鉻革屑的處理則要面對(duì)鉻分離困難和蛋白質(zhì)回收率較低的問題。Sastry等[30]將擬青霉屬的一株菌產(chǎn)的蛋白酶用于鉻鞣皮屑的水解，發(fā)現(xiàn)可以有效去除鉻，同時(shí)蛋白水解酶活力也并未受到明顯影響。陳武勇[31]使用堿和AS1398中性蛋白酶兩步處理鉻革屑后，水解蛋白質(zhì)中含有的Cr2O3低至10-6級(jí)，水解蛋白質(zhì)的回收率為45%左右，85%的蛋白質(zhì)都可以得以回收。

制革廢水中含有大量的難降解高分子化合物，組成復(fù)雜給廢水處理工作者帶來很大壓力。齊愛玖等[32]采用多種生物酶復(fù)合劑對(duì)污水進(jìn)行生物催化以消除其中的污染物，生物酶分子可以催化加速大分子物質(zhì)的分解，將其從高分子有機(jī)物降解為低分子有機(jī)物甚至CO2、H2O等無機(jī)物，處理后污水的COD值明顯降低，相對(duì)廉價(jià)的酶制劑還可大大降低建設(shè)化工治污設(shè)施的費(fèi)用。除了直接投放酶制劑進(jìn)行催化除污，使用某些微生物對(duì)污水進(jìn)行處理也是利用了微生物體內(nèi)自然優(yōu)化后的復(fù)合酶體系，本質(zhì)上這類污水處理方式都是屬于酶工程的范疇。目前，SBR法（間歇式活性污泥法）已經(jīng)被制革業(yè)廣泛采用。Carucci A.等[33]用SBR法處理制革廢水，與傳統(tǒng)連續(xù)性布水的操作進(jìn)行了對(duì)比，SBR法具有的優(yōu)點(diǎn)包括：微生物可以在制革廢水中經(jīng)自然選擇獲得對(duì)鉻、硫等毒物的抗性；SBR法的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)使其底物去除率較高；SBR法還可以使污泥更多實(shí)現(xiàn)絮狀沉降。

8　結(jié)語

傳統(tǒng)的制革工藝，尤其是浸灰、脫毛、鞣制等工序，排放的廢水含有大量的硫化物、石灰等化學(xué)試劑，BOD、COD和TDS均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國家排污標(biāo)準(zhǔn)，酶制劑在減輕排污量、改善產(chǎn)品質(zhì)量和提升生產(chǎn)效率等方面都已經(jīng)顯露出越來越明顯的優(yōu)勢(shì)，用于制革具有廣闊的想象空間。同時(shí)酶制劑用于制革還面臨著很多問題，達(dá)到工業(yè)要求的高效、專一的制革酶制劑產(chǎn)品仍然缺乏，現(xiàn)有酶制劑酶活力穩(wěn)定性差，成革質(zhì)量不穩(wěn)定，成本也較高。由于原料皮中的纖維間質(zhì)主要為各種蛋白質(zhì)和糖類物質(zhì)，成分極為復(fù)雜，因此國內(nèi)研究人員一直較為重視對(duì)復(fù)合酶制劑的研究，有些復(fù)合酶制劑因?yàn)閰f(xié)同作用可以獲得比使用單一酶制劑更好的效果，筆者認(rèn)為這種思路是值得肯定的。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，利用基因工程、遺傳工程、蛋白質(zhì)工程手段來培育制革專用酶生產(chǎn)菌種或改造已有酶制劑分子結(jié)構(gòu)都是可以做到的，隨著我們對(duì)酶制劑與皮革微觀結(jié)構(gòu)以及二者作用機(jī)理的深入透徹研究，再綜合運(yùn)用這些新型技術(shù)手段一定可以解決上述問題，酶制劑將在清潔制革生產(chǎn)中扮演不可忽視的角色。

參考文獻(xiàn)：

[1]李曉星，俞從正.制革廢水處理的研究進(jìn)展[J].中國皮革，2003，32（19）：26-31.

[2]侯晨雯，俞從正.制革業(yè)清潔生產(chǎn)與綠色化進(jìn)展[J].皮革與化工，2010，27 （2）：29-33.

[3]李邦坎，黎翔，成建，等.酶法豬皮制革清潔工藝的應(yīng)用[J].西部皮革，2013，35（04）：28-30.

[4]高黨鴿，侯雪艷，馬建中，等.酶制劑在制革工業(yè)中的研究進(jìn)展[J].中國皮革，2011，40（21）：41-50.

[5]于志淼.不同酶制劑的使用有助于皮革質(zhì)量和面積得率的提高——皮革浸水酶的應(yīng)用[J].中國皮革，2006，35（9）：1-30.

[6]馬建中，呂斌，薛宗明.CMI系列酶制劑在浸水中的應(yīng)用研究[J].皮革科學(xué)與工程，2006，16（6）：20-26.

[7]薛宗明，馬建中.幾種酶制劑在制革浸水工序中的應(yīng)用研究[J].中國皮革，2006，35（3）：19-24.

[8]陸愛霞，吳照民，蔣立.蛋白酶在獺兔皮浸水工藝中的應(yīng)用研究[J].皮革科學(xué)與工程，2011，21（3）：44-46.

[9]Guncheva M, Zhiryakova D, Radchenkova N, et al.Properties of immobilizedlipasefromBacillus stearothermophilus MC7 [J].World Journal of Microbiol Biotechnology, 2009, 25(4) :727-731.

[10]彭必雨.制革前處理助劑IV.皮革脫脂劑[J].皮革科學(xué)與工程，2000，10（1）：21-25.

[11]許曉紅，毛洪超，陳敏，等.不同原料皮脂肪酶脫脂效果比較[J].皮革科學(xué)與工程，2014，24（1）：35-38.

[12]馬宏瑞，羅茜，朱超.制革污泥中產(chǎn)脂肪酶真菌的篩選及產(chǎn)酶條件優(yōu)化[J].陜西科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，31 （6）：25-30.

[13]趙清清，陳巍，李書卿.清潔化浸灰研究進(jìn)展[J].西部皮革，2011，33 （22）：22-25.

[14]Saravanabhavan S, Thanikaivelan P, Raghav Rao J, et al.Performance and eco-impact of reverse processed hair sheep gloving leather [J].JALCA, 2008, 103(9).303-313.

[15]王芳.復(fù)合酶在浸灰中的協(xié)同作用研究[D].四川大學(xué)，2004.

[16]王芳，石碧，周榮清.多酶體系的協(xié)同作用在少硫浸灰中的應(yīng)用[J].皮革科學(xué)與工程，2004，14（2）：41-44.

[17]George N, Chauhan P S, Kumar V, et al.Approach to ecofriendly leather: characterization and application of an alkaline protease for chemical free dehairing of skins and hides at pilot scale [J].Journal of Cleaner Production, 2014, 79: 249-257.

[18]張偉娟，廖隆理，譚國業(yè)，等.AS1. 398和2709混合蛋白酶脫毛對(duì)豬皮蛋白的水解[J].皮革科學(xué)與工程，2002，12（5）：22-26.

[19]李勝利，陳武勇，李慧，等.堿酶結(jié)合脫毛法在牦牛皮上的應(yīng)用(I)[J].皮革科學(xué)與工程，2006，16（4）：53-56.

[20]Rajkumar R, Jayappriyanon KR, Rengasamy R.Purification and characterization of a protease produced by Bacillus megaterium RRM2: application in detergent and dehairing industries[J].J Basic Microbiol,2011,51: 614–624.

[21]Sundararajan S, Kannan CS, ChittibabuS.Alkalineproteasefrom Bacillus cereus VITSN04: potential application as a dehairing agent [J].J Biosci Bioeng,2011, 11:128–133.

[22]Verma A, Pal HS, Singh R, Agarwal S.Potential of alkaline protease isolated from Thermoactinomyces sp.RM4 as an alternative to conventional chemicals in leather industry dehairing process [J].Int J Agric Environ Biotechnol,2011,4:173–178.

[23]費(fèi)克特K，蒲敏功.應(yīng)用細(xì)菌酶進(jìn)行酶軟化[J].皮革科技動(dòng)態(tài)，1976，(11)：43-46.

[24]Hameed A, Natt MA , Evans CS. Comparative studies of a new microbial bate and the commercial bate ‘Oropon’in leather treatment [J]. Journal of Industrial Microbiology, 1996,17:77-79.

[25]魏世林，許雯，等.用537酸性蛋白酶軟化處理削勻山羊藍(lán)濕皮的研究[J].中國皮革，1991，20（12）：12-18.

[26]許偉，滕馗，郝麗芬.軟化酶ARS活力與兔皮軟化工藝研究[J].皮革科學(xué)與工程，2006，16（5）：58-60.

[27]李彥春，程寶箴，張銘讓.酸性酶軟化藍(lán)濕皮的研究[J].中國皮革，2001，30（21）：6-9.

[28]Kanth SV, Venba R, Madhan B, et al.Cleaner tanning practices for tannery pollution abatement: role of enzymes in eco-friendly vegetable tanning [J].Journal of Cleaner Production, 2009, 17(5): 507-515.

[29]王元蓀.一種從含鉻皮革廢棄物中提取膠原蛋白的方法[J].明膠科學(xué)與技術(shù), 2009, 29(2):76-81.

[30]Sastry T P., Ranganayaki MD., Rose C, et al.Extraction of gelatin from chrome shavings using pancreatic enzymes.Proc.XXVIULTCS Congress,held in Chennai, Waste Management Technologies, 1999, 513–519.

[31]陳武勇，辜海兵，秦濤，等.中性蛋白酶水解鉻革屑的研究[J].明膠科學(xué)與技術(shù)，2001，30（21）：2-5.

[32]齊愛玖，孫祥章，李伯群.生物酶催化技術(shù)在水污染應(yīng)急處置中的應(yīng)用[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2010，（6）：46-49.

[33]Carucci A, Chiavola A, Majone M, et al.Treatment of tannery wastewater in sequencing batch reactor[J].Water ScienceTechnology,1999,40 (1): 253-259.

*通信聯(lián)系人：田永強(qiáng)，男，副教授，碩士生導(dǎo)師，E-mail: yqtian@scu.edu.cn。

Research Status and Application Prospect of Enzyme in Cleaner Leather Making Technology

TANG Cheng-an1,2, QIN Qiu-mian1,2, CHAI Man-si1,2, TIAN Yong-qiang1,2*
(1. Key Laboratory of Leather Chemistry and Engineering(Sichuan University)，Ministry of Education, Chengdu 610065, China; 2. National Engineering Laboratory for Clean Technology of Leather Manufacture, Sichuan University, Chengdu 610065, China)

Abstract:Recent research progress in the application of enzyme in resolving pollution and inefficient problems in leather-making, which widely used in traditional soaking, degrease, liming, depilation, bating, tanning and waste treatment etc., was described in detail. The application prospect of enzyme in newly-de原veloped leather-making technology was discussed.

Key words:cleaner production; leather-making; enzyme

作者簡介：第一湯城岸（1993-），男，本科生。

基金項(xiàng)目：中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助；四川大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃（20141311）

收稿日期：2015-04-25

中圖分類號(hào)院TS 529.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼院A

文章編號(hào)：1671-1602（2015）12-0027-08