藍濕革酶回軟工藝設計及其效果研究

溫會濤，但曄，常賽，王建群，楊長凱，但衛(wèi)華*

（1.四川大學制革清潔技術國家工程研究中心，四川 成都610065；2.福建省皮革綠色設計與制造重點實驗室，福建 晉江362271；3.四川大學機械工程學院，四川成都610065）

回軟[1]，即回濕與軟化，是制革濕態(tài)整理乃至整個生產(chǎn)過程中最重要的工序之一[2]，其能充入游離水，溶出中性鹽，洗脫不溶物，從而清洗坯革，不僅能彌補前處理工藝帶來的差異、減輕藍濕革存放不當帶來的弊端，而且有利于濕態(tài)整理材料的滲透與結合，提升產(chǎn)品的質(zhì)量[3]。常用的回軟材料包括甲酸、乙酸、草酸等酸性材料，陰離子或非離子型表面活性劑，輔助型芳族合成鞣劑或樹脂鞣劑，酸性[4,5]或中性[6]的蛋白酶與脂肪酶[7]及其復合酶[8]等。酸性蛋白酶是酶回軟研究最多的一類蛋白酶，其可以水解藍濕革中的蛋白質(zhì)，從而達到松散膠原纖維，使革身變軟的效果[9]。隨著我國環(huán)保法規(guī)的日趨嚴格，生態(tài)工藝既是環(huán)保的要求，也是企業(yè)生存的必然[10]。酶制劑是可完全生物降解的蛋白質(zhì)，不會對環(huán)境造成危害，已在浸水、浸灰、脫毛、軟化等工藝中得到廣泛的應用，相信不久的將來，在藍濕革回軟工藝中也必將得到產(chǎn)業(yè)化應用。大量的研究結果表明，采用酸性酶回軟處理可使制得的成革更加柔軟、豐滿，感官性能更好[11-15]。但僅用酸性酶作用方式相對比較單一，效果也相對比較有限，因此嘗試采用復合酶加以解決。在前期研究工作的基礎上[16]，將研發(fā)的回軟專用復合酶制劑MULENZYM F（簡稱復合酶A）應用于黃牛納帕鞋面革的回軟工序，并與市售產(chǎn)品相對比，考察其回軟效果，以及對成革性能的影響。

1 實驗部分

1.1 主要試驗材料

削勻后的牛藍濕革，自制，由美國進口輕磅閹公牛鹽濕皮按常規(guī)工藝制得，由興業(yè)皮革科技股份有限公司提供，按圖1取樣，組批。

復合酶A，自制，采用海藻酸鈉固載；對比酶B、對比酶C，工業(yè)級市售產(chǎn)品，簡介見表1。

表1 酶的簡介Tab.1 Brief introduction ofexperimentenzymes

表2 正交試驗因素水平表Tab.2 Orthogonal test factor level table

1.2 主要試驗儀器及設備

等離子發(fā)射光譜儀（ICP），Optima2100DV，美國PerkinElmer公司；體視顯微鏡，Mshot，日本Olympus公司；紫外-可見分光光譜儀，U-3900H，日本HITACHI公司；四聯(lián)轉鼓，GSD 400-4，無錫新達輕工機械有限公司；皮革耐繞試驗機，高鐵檢測儀器（東莞）有限公司；皮革拉力試驗機，高鐵檢測儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 藍濕革取樣

按圖1所示對皮塊均勻分割，組批成10組，稱重，所用化工材料的用量按藍濕革重的1.3倍計算。

圖1 藍濕革取樣示意圖Fig.1 Schematic diagram ofwetblue leathersampling

表3 正交試驗安排表Tab.3 Orthogonal testschedule

1.3.2 藍濕革酶回軟工藝設計

將藍濕革投放至四聯(lián)轉鼓，轉速20轉/分；加入水300%，溫度35±1℃，甲酸0.4%，稀釋10倍，調(diào)節(jié)pH 3.6～3.8，轉20min；加入一定量的酶制劑，轉動一定時間。試驗方案采用正交設計法L9(34)。因素水平表及正交試驗方案見表2、表3?？瞻讓φ战M不加入酶制劑，反應時間為15 h。藍濕革經(jīng)過酶軟化后，按照常規(guī)工藝進行濕態(tài)染整和干態(tài)整飾至成革[17]。

1.4 檢測方法

1.4.1 感官性能評價

藍濕革回軟效果、濕態(tài)整理后坯革感官性能評價由5名具有一定制革經(jīng)驗的技術人員對回軟后的藍濕革革身、粒面、肉面分別進行評價，最高分為5分，最低分為0分，可計0.5分?；疽罅Ｃ鏌o損傷，毛孔清晰；革身柔軟，手感豐滿，有彈性；肉面無污染，并觀察纖維情況。

1.4.2 廢液中羥脯氨酸測定

采用氯氨-T氧化、對二甲氨基苯甲醛顯色[18]。配制一定濃度梯度的羥脯氨酸溶液，作羥脯氨酸濃度-吸光度標準曲線：y=0.0895x+0.0615，R2=0.9998，檢測范圍0～5mg/L，見圖2。

1.4.3 廢液中鉻離子含量測定

參照GB/T 7466-1987《水質(zhì)總鉻的測定》進行測定。總鉻離子含量采用ICP測定儀測定，測定過程為：鞣制廢液過濾→吸取0.1mL上層清液→加入1mL過氧化氫、4mL濃硝酸→采用碘量瓶在電爐上消解30min→定容至25mL→采用ICP測定儀進行檢測。

1.4.4 坯革物理機械性能測定

按照QB/T 2710-2005、QB/T 2711-2005在拉力機上測定革的撕裂力、抗張強度等物理機械性能，橫向和縱向各測3次，取平均值。

圖2 羥脯氨酸標準曲線Fig.2 Standard curve ofhydroxyproline

2 結果與討論

回軟，相當于鹽濕皮的浸水，主要使存放一定時間的藍濕革回到初鞣后狀態(tài)。藍濕革的主要成分是膠原纖維、鉻，以及少量的中性鹽、脂肪、有機物、無機鹽、沾污（因存放或機械加工產(chǎn)生）等。在酸性水溶液中，隨著充入游離水，溶出中性鹽、無機鹽等可溶物，洗脫脂肪、有機物、沾污等不溶物，從而達到清洗坯革的目的；且能打開膠原堿基，為后續(xù)化工材料的結合提供結合點。在酶的作用下，水解皮垢及部分膠原纖維。但需要注意的是，過量的酸可產(chǎn)生退鞣作用，使部分已同膠原纖維結合的鉻被洗除，從而使鞣制效果降低；過量的酶或過長的酶作用時間，可使膠原的水解程度過大，從而影響藍濕革的質(zhì)量。示意圖見圖3。

圖3 藍濕革回軟工序示意圖Fig.3 Schematic diagram of theenzymesofteningprocessofwetblue leather

2.1 不同酶回軟工藝對藍濕革回軟的影響

2.1.1 不同酶回軟工藝對藍濕革回軟效果的影響

酶回軟的目的之一是打開藍濕革表面的褶皺，增加成革的得革率、提高其經(jīng)濟價值。為評價藍濕革綜合回軟效果，采用逐一比較法[19]，以革身、粒面、肉面回軟后的效果作為因素，對革身與粒面、肉面等的重要程度進行比較，認為革身性能與粒面性能相比稍為重要，計為3；革身性能與肉面性能相比更為重要，計為5；如表4所示。經(jīng)計算后確定其權重分別為革身0.65，粒面0.22，肉面0.13。對革身、粒面、肉面評分進行統(tǒng)計，得出平均分，與相應權重相乘，所得綜合評價分如表5所示。以綜合評價分為評價指標，對因素指標進行分析，見表5和圖4。

表4 革身、粒面、肉面逐一比較求權重Tab.4 Compareof leatherbody,grain sideandmeatside one by one forweight

表5 藍濕革酶回軟效果評價Tab.5 Evaluation tableofenzyme softening effectofwetblue leather

圖4 回軟效果綜合評價Fig.4 Theeffectcurve diagram of the comprehensive evaluation of various factorson the sensory effectofsoftening

由表5、圖4可以看出，酶回軟效果與空白對照組相比，都顯得更好；就影響因素大小而言，酶的用量＞酶的作用時間＞酶的種類。3種酶制劑中酶A的軟化效果最佳，酶C次之。就酶的用量而言，隨著其用量的增加，回軟效果也更佳，但用量超過1.0%后，回軟效果增強速度變緩。就酶的作用時間而言，作用時間越長，回軟效果越好。綜合3個因素對回軟效果而言，最優(yōu)方案：復合酶A，用量1.5%，作用時間15 h。

為進一步考察藍濕革的回軟效果，對回軟后的粒面進行顯微觀察，在體視顯微鏡下放大20倍觀察，0-9號藍濕革顯微圖如圖5所示。從圖5可以看出，采用酶回軟后藍濕革的毛孔更加清晰，花紋更加細膩，立體感也更強。

圖5 藍濕革酶回軟顯微照片（×20，依次為0-9號）Fig.5 Micrograph ofwetblue leatherenzyme softening(×20,0-9 in sequence)

對正交試驗的最佳方案3號、20倍顯微觀察粒面相對比較清晰的4號，進一步放大到40倍、63倍和90倍進行觀察，如圖6所示。從圖6可以看出，經(jīng)放大后，毛孔顯得更加清晰，未見明顯的粒面損傷，進一步證明了酶回軟的安全性。

圖6 3號、4號方案藍濕革酶回軟顯微照片（×40、×63、×90）Fig.6 Microphotographsof theenzyme softeningofwetblue leather in projectsNo.3 and No.4(×40,×63,×90)

2.1.2 不同酶回軟工藝對藍濕革退鞣、膠原纖維的水解影響

為了探究藍濕革回軟時的退鞣、膠原水解情況，避免藍濕革粒面受到過度損傷和膠原纖維的過度水解，以回軟廢液中的羥脯氨酸（膠原的特征氨基酸）、鉻離子含量，來評判回軟效果。詳見表6。從表6可以看出，廢液中金屬離子含量遠遠大于羥脯氨酸含量，約為羥脯氨酸含量的5～30倍，說明先退鞣，然后水解，退鞣作用大于膠原水解作用。

廢液中的鉻離子主要來源于鉻的退鞣，以及藍濕革中殘留的革屑?？刂沏t鞣劑在原纖維內(nèi)的分布，能使成革的豐滿性、彈性良好。對廢液中鉻離子含量而言，含量越低，對藍濕革的影響越小。從表6、圖7可知，影響因素：酶的作用時間＞酶的用量＞酶的種類；就酶的種類而言，酶B的效果最佳；酶的用量1.5%，作用時間10 h，廢液中鉻離子含量較低。故就廢液中鉻離子含量而言，最優(yōu)條件：酸性酶B，用量1.5%，作用時間10 h。

表6 廢液中羥脯氨酸及鉻離子含量測定Tab.6 Evaluation of theenzyme softeningeffectofwetblue leatherbased on the contentof hydroxyprolineand chromium ion in thewaste liquid

圖7 各因素對廢液中鉻離子含量的影響Fig.7 Theeffectcurve diagram of the influenceofvarious factors on the chromium ion contentin thewaste liquid

圖8 各因素對廢液中羥脯氨酸含量影響的效應曲線圖Fig.8 Theeffectcurve of the influence ofvarious factorson the contentofhydroxyproline inwaste liquid

廢液中的羥脯氨酸主要來源于藍濕革以及革屑的水解，羥脯氨酸濃度，可反映所用酶制劑對藍濕革軟化作用的強弱。羥脯氨酸的含量越低，酶回軟的效果越好。從表6、圖8可以看出，影響因素：酶的種類＞酶的作用時間＞酶的用量。就酶的種類而言，酶B對膠原的作用最強，酶C及酶A回軟液中的羥脯氨酸含量較低，且都低于10mg/L，說明酶軟化操作不會過度水解膠原纖維，不易損傷藍濕革的粒面。這可能是因為藍濕革的膠原纖維經(jīng)鞣制后耐酶作用增強[20,21]；就酶作用時間而言，隨著時間的增長，回軟廢液中羥脯氨酸酶濃度降低；對羥脯氨酸含量而言，最優(yōu)條件為復合酶A，用量1.0%，作用時間15 h。

從回軟液中鉻離子含量和羥脯氨酸含量來看，最優(yōu)條件中酶的種類、酶的用量和酶作用時間均不相同。綜合來看，酶A對膠原的水解作用最小，酶B對藍濕革產(chǎn)生的退鞣作用最小。而就影響的重要程度而言，膠原的水解作用要大于藍濕革的退鞣作用。一般而言，在不影響藍濕革品質(zhì)的前提下，酶的作用時間越長，酶的回軟效果也更好。因此，確定最優(yōu)方案為：酶A，用量1.0%，作用時間15 h。

與回軟效果最優(yōu)方案相比，區(qū)別在于酶的用量。由于酶的用量越大，酶的作用能力越強。鑒于酶的用量在一定范圍內(nèi)增加并不會導致廢液中鉻離子含量的進一步增加，也不會帶來過多的的膠原水解，因此確定最佳酶的用量為1.5%，即就酶回軟對藍濕革影響而言，最優(yōu)方案：復合酶A，用量1.5%，作用時間15 h。

2.2 不同酶回軟對藍濕革濕態(tài)整理后坯革性能的影響

2.2.1 不同酶處理對藍濕革濕態(tài)整理后坯革的感官性能影響

由表7、圖9可以看出，影響濕態(tài)整理后坯革感官性能的因素：酶的作用時間＞酶的用量＞酶的種類。最優(yōu)方案：酶C，用量1.5%，作用時間5 h。就酶的種類而言，酶C作用效果最佳，酶A次之，酶B作用效果最弱。就酶的用量和酶的作用時間而言，均存在量增加后性能降低，繼續(xù)增加后感官性能也變佳情況。這可能是因為感官性能主要由評價者來評價，受評價者的主觀影響較大。由于皮革產(chǎn)品以輕、軟為佳，因此通過檢測其視密度、柔軟度來加以評價。

表7 藍濕革濕態(tài)整理后坯革性能評價表Tab.7 Sensory performanceevaluation tableofcrust leatherafterwet finishingofwetblue leather

圖9 各因素對成革感官性能的影響Fig.9 Curvesof theeffectsofvarious factorson thesensory performanceof finished leather

柔軟度是衡量皮革感官性能的重要指標，以柔軟度越高越好。從表8和圖10可以看出，對柔軟度而言，影響因素：酶的種類＞酶的用量＞酶作用時間，最優(yōu)方案：酶C，酶的用量1.5%，酶作用時間5 h。

目前，皮革類產(chǎn)品追求的是“輕”，即密度要低，常見皮革的密度為0.5～1.2 g/cm3。從表8和圖11可以看出，對視密度而言，影響因素：酶的種類＞酶的用量＞酶作用時間，最優(yōu)方案：酶C，酶的用量1.5%，酶作用時間15 h。但從因素分析來看，酶作用時間15 h與5 h相比，差別不大。

因此，就酶回軟經(jīng)濕態(tài)整理后所得坯革的感官性能以及柔軟度、視密度而言，最優(yōu)方案一致，均為：酶C，用量1.5%，作用時間5 h。

表8 濕態(tài)整理坯革的柔軟度與視密度Tab.8 Evaluation of the enzyme softeningeffectofwetblue leatherby the softnessand apparentdensity ofwet-finished crust leather

圖10 各因素對坯革柔軟度的影響Fig.10 Curvesof the effectsofvarious factors on the softnessof crust leather

圖11 各因素對坯革視密度的影響Fig.11 Curvesof the effectsofvarious factors on theapparent densityofcrust leather

2.2.2 不同酶處理對藍濕革濕態(tài)整理后坯革的物理機械性能影響

物理機械性能對革的品質(zhì)具有重要影響，革制品在加工及使用過程中，都會受到不同方式的機械作用力。按照QB/T 1873-2010鞋面用皮革要求，牛鞋面革理化性能指標規(guī)定：負荷伸長率≤40%，崩破高度≥7mm，厚度為1.3～1.5的II型牛皮革撕裂力≥36N?？箯垙姸任醋鼍唧w要求。對坯革樣品進行物理機械性能檢測，檢測結果見表9。

從表9可以看出，所有樣品的規(guī)定負荷伸長率、撕裂強度與崩破高度均符合要求，說明了酶回軟對成品質(zhì)量無負面影響，也說明酶回軟工藝的安全性。

表9 坯革物理機械性能檢測結果Tab.9 Physicalandmechanicalproperties test resultsofcrust leather

綜上所述，藍濕革酶回軟效果最優(yōu)方案：復合酶A，用量1.5%，作用時間15 h；濕態(tài)整理后所得坯革的性能最優(yōu)方案：酶C，用量1.5%，作用時間5 h。兩個最佳方案差別較大。由于所采用的濕態(tài)整理工藝來源于常規(guī)酸回軟工藝，回軟時間極短（1～2 h），且包含復鞣、加脂、填充、染色等諸多工藝，具備很多的調(diào)節(jié)空間。因此，宜重新設計濕態(tài)整理工藝，與藍濕革酶回軟相配套。因此，暫確定更接近酶回軟過程的評價指標更重要，故最佳工藝為：復合酶A，用量1.5%，作用時間15 h。經(jīng)放大試驗，取得了較為理想的回軟效果。

3 結論

（1）將自制的復合酶、2種市售工業(yè)級酸性酶應用于藍濕革酶回軟工藝，回軟效果良好，毛孔清晰，立體感強，且回軟液中鉻離子含量低、羥脯氨酸含量低，工藝安全、可靠；經(jīng)濕態(tài)整理后對成品革質(zhì)量無負面影響，也說明酶回軟工藝的安全性。自制的復合酶回軟效果可與市售產(chǎn)品相媲美。

（2）以藍濕革回軟效果來看，復合酶A，用量1.5%，作用時間15 h；復合酶回軟后的藍濕革感官性能更佳，回軟廢液中鉻離子含量較低，羥脯氨酸含量更低。酶回軟對膠原蛋白的水解作用相對不大，安全性好。酶回軟后的藍濕革毛孔更加清晰，花紋更加細膩，立體感也更強。

（3）將酶回軟后的藍濕革進行濕態(tài)整理，考察所得坯革的感官性能、柔軟度、視密度與物理機械性能，經(jīng)酶C處理所得的坯革性能更佳，但經(jīng)復合酶A處理所得的坯革感官性能也較好，柔軟度4.3，視密度0.636，柔軟度和視密度均較好，物理機械性能滿足鞋面用皮革要求。