In den letzten Jahren ist in verschiedenen Industriezweigen ein zunehmender Einsatz der Biotechnologie zu beobachten, insbesondere unter Nutzung von Verfahren wie Biokatalyse und Biotransformation. Zu den Vorteilen zählen u. a.: Reaktionen bzw. biotechnologische Prozesse laufen häufig bei niedrigen Temperaturen und unter Atmosphärendruck ab, der Prozess weist eine hohe Raum-Zeit-Ausbeute auf, es können erneuerbare Rohstoffe eingesetzt werden, und in vielen Fällen wird die Umweltbelastung reduziert. In der Lederherstellung kann Biotechnologie – überwiegend durch den Einsatz von Enzymen – in unterschiedlichen Prozessschritten angewendet werden: Weichen, Enthaaren, Beizen, Färben, Entfetten sowie bei der Behandlung von Abwässern und proteinreichen Feststoffabfällen.

Weichen

Das Weichen ist der erste wesentliche Arbeitsschritt in der Lederverarbeitung. Hierbei werden amylolytische, lipolytische und proteolytische Enzyme eingesetzt. Spezifische Proteasen und Lipasen verbessern die Wasseraufnahme, indem sie lösliche Proteine innerhalb der Matrix abbauen und dadurch die Entfernung von Salzen, Hyaluronsäure, dispergierten Fetten und Ölen sowie von Schmutz und weiteren in der Haut vorhandenen Kontaminanten erleichtern. Dies reduziert Falten im Leder und lockert dadurch den Schmutzfilm (Scud). Zudem wird die Öffnung der Faserstruktur gefördert. Der Weichprozess trägt zur Erzielung einer hohen Lederqualität bei, da Häute und Felle durch Entfernung von Schmutz, Fleischresten, Blut etc. gereinigt und wieder bis zum Zustand der Rohhaut rehydriert werden.

Enthaaren

Enthaaren ist der Prozess der Entfernung von Haaren und Fell von der Haut bzw. Rohhaut, ohne die Narbenseite zu schädigen. Das konventionelle Enthaarungsverfahren umfasst den Einsatz von Kalk und Natriumsulfiden, die maßgeblich zur Schadstofffracht beitragen. Das enzymatische Enthaaren wird als umweltfreundliche Alternative zum konventionellen chemischen Verfahren empfohlen. Mit diesem enzymatischen Prozess lassen sich die Chemikalienexposition reduzieren sowie Weichheit und Flächenausbeute erhöhen. Als Enzym für das Enthaaren wird eine Protease eingesetzt. Während Chemikalien das Haar vollständig auflösen, ermöglicht das Enzym die Abtrennung/Filtration der Haare. Dieses Verfahren verbessert die Festigkeitseigenschaften des Leders bei größerer Oberfläche und trägt zu einem arbeitsschutz- und umweltfreundlicheren Prozessumfeld bei.

Mechanismus der Faseröffnung

Faseröffnende Enzyme werden für einen Mechanismus eingesetzt, der die Schadstofffracht und den Bedarf an Abwasserbehandlung reduziert und damit kosteneffizient ist. Kollagen ist durch Proteoglykane gebunden, die Protein und Glukose enthalten, welche über glykosidische Bindungen verknüpft sind. Dieser enzymbasierte Mechanismus der Faseröffnung folgt einem Bio-Processing-Ansatz, der sich grundlegend vom konventionellen chemiebasierten Verfahren unterscheidet. Als Enzyme zur Faseröffnung werden Carbohydrasen eingesetzt, die gezielt Proteoglykane abbauen und dadurch die Faser für das Eindringen von Wasser öffnen, was zu einer Quellung führt. Die Entfernung von Proteoglykanen führt zu einer höheren Weichheit. Im konventionellen Prozess wird Kalk zur Faseröffnung verwendet, der durch verursachte Emissionen und Rückstände die Umwelt belastet. Dieses Verfahren trägt daher zur Reduktion von Kalkschlammproblemen bei.

Beizen

Das Beizen ist ein wichtiger Prozessschritt, in dem Enzyme eine zentrale Rolle spielen. Ziel ist die Lockerung und Peptisierung der nicht-kollagenen Hautstruktur durch Entfernung von Rückständen interfibrillärer Proteine. Im Beizprozess werden hauptsächlich proteolytische Enzyme eingesetzt. Sie unterstützen die Entfernung von Kalk sowie weiterer nicht-kollagener Proteine, die zu Verkittungen führen und dadurch die Flexibilität vermindern.

Entfetten

Lipasen sind Enzyme, die Fette gezielt abbauen und daher das Leder selbst nicht schädigen. Lipasen hydrolysieren nicht nur das Fett auf der Außenseite von Häuten und Fellen, sondern auch das Fett innerhalb der Hautstruktur. Nachdem der Großteil des natürlichen Fettes entfernt wurde, zeigen nachfolgende chemische Behandlungen wie Gerbung, Nachgerbung und Färbung eine bessere Wirkung. Die wesentlichen Vorteile des Lipaseneinsatzes sind eine gleichmäßigere Farbe und ein saubereres Erscheinungsbild der Blöße. Lipasen verbessern zudem die Herstellung hydrophober (wasserabweisender) Leder.

Abfallbehandlung

Abwassereinleitungen aus der Leder verarbeitenden Industrie verursachen Gesundheitsgefahren und Umweltprobleme, sofern diese Abfälle nicht ordnungsgemäß behandelt werden. Fleischabfälle (Fleshings), der wichtigste Feststoffabfall aus den Vorgerbprozessen, wurden unter Einsatz pankreatischer Enzyme hydrolysiert. Nach dem Äschern anfallende Verschnittreste wiesen eine Alkalität entsprechend pH 10 auf. Daher werden sie mit alkalischer Protease behandelt. Dieser Prozess wird üblicherweise bei einer konstanten Temperatur von 55 ºC durchgeführt, die für das Enzym günstig ist. Es kann eine Kombination hydrolytischer Enzyme eingesetzt werden, d. h. Proteasen, Carbohydrasen und Lipasen.

Referenzen

Zugehörige Dienstleistungen

Industrielle Enzymproduktion

Zugehörige Produkte

Haushalt und täglicher Gebrauch
Chemische Verarbeitung

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1. V.S Ravindran, Caprittarius, S.Sinduja. Enzyme Technology For Cleaner Leather Processing. M.tech Biotechnology. 2011.
2. Gutterres M, Dettmer A, Souza F R, et al. Applications of biotechnology in leather [C]. XXX international union of Leather Technologists and Chemists Congress, Beijing, China. 2009.