Ứng dụng enzyme trong công nghiệp thuộc da

The Human Body Recipe NHÓM I GVHD TS Đỗ Việt Hà CÔNG NGHỆ ENZYME BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM Châu Thanh Long 19139077 Lê Thị Mỹ Duyên 19139027 Lê Thị Thanh Thảo 18139181 Nguyễn Thị Như Huỳnh 19139059 Lê Thị Hồng Thắm 18139169 • Our team • BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ • THÀNH VIÊN NHIỆM VỤ Châu Thanh Long Tổng quan chủ đề, Tổng hợp word Nguyễn Thị Như Huỳnh Ứng dụng CN enzyme trong công nghiệp dệt, Tổng hợp powerpoint Lê Thị.

Châu Thanh Long19139077

Lê Thị Mỹ Duyên 19139027

Lê Thị Thanh Thảo

18139181

Nguyễn Thị Như Huỳnh19139059

Lê Thị Hồng Thắm 18139169

• BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ •

Tổng hợp wordNguyễn Thị Như Huỳnh Ứng dụng CN enzyme trong công nghiệp dệt,

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ENZYME TRONG CÔNG NGHIỆP DỆT, THUỘC DA

TỔNG QUAN

Enzym đóng vai trò là chất xúc tác thúc đẩy quá trình phản ứng ít tiêu tốn năng lượng và không gây ô nhiễm môi trường được phát hiện vào năm 1926 bởi James Sumner

Ứng dụng của enzyme đa lĩnh vực đa quốc gia

Dệt

Tại Việt Nam ngành dệt nhuộm được

phát triển theo quy mô công nghiệp năm

1897

Chất thải

Da

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ENZYME TRONG CÔNG NGHIỆP DỆT

Enzyme cellulase (EC 3.2.1.4)

Thủy phân liên kết -1,4-glycoside một cách ngẫu nhiên bên trong chuỗi

cellulose để giải phóng cellodextrin, cellobiose và glucose Nó tác động mạnh

đến cellulose vô định hình nhưng tác động yếu đến cellulose kết tinh

Enzyme cellulase

Vải cotton

Vải lanh

Vải cellulose ĐÁNH BÓNG SINH HỌC

Giảm hiện tượng vón

Giảm lượng nước thải Bảo vệ môi trường

Phân hủy sinh học

3

LỢI ÍCH CỦA CELLULASE ĐÁNH BÓNG SINH HỌC

Các vệt “stone washed” trên vải jeans được làm thủ công

bằng đá bọt

Dùng enzyme cellulase thay cho đá bọt trong giai đoạn giặt vải jeans

Phương pháp dùng enzyme cellulase bền hơn phương pháp dùng đá bọt

Có thể tăng độ đậm nhạt của các vệt bằng cách tăng hay giảm hàm lượng enzyme cellulase trong quá trình giặt

Enzyme cellulase tạo các vệt “stone washes”

Enzyme alpha-amylase (EC 3.2.1.1)

Loại enzym này có thể nhanh chóng thủy phân tinh bột và các liên kết α -1,

4-glucoside trong dextrin để làm giảm độ nhớt của tinh bột hồ hóa và tạo ra dextrin

chuỗi ngắn với độ dài khác nhau và lượng nhỏ oligosaccharide

Vai trò

• Rũ hồ vải

• Tẩy tinh bột và làm mềm vải

Enzyme alpha-amylase (EC 3.2.1.1)

• Rũ hồ trước khi tẩy trắng và nhuộm

• Quá trình xử lý loại bỏ lớp hồ bảo vệ vải

• Đây là quá trình cơ bản và quan trọng nhất

Enzyme protease (EC 3.4.23.18)

Xúc tác thủy phân liên kết peptide ở đầu N tự do của chuỗi polypeptide

để giải phóng ra một amino acid, một dipeptide hoặc một tripeptide

Enzyme catalase (EC 1.11.1.6)

Xúc tác quá trình oxy hóa – khử được sản xuất bởi quá trình lên men của vi

sinh vật Nó phân hủy hydrogen-peroxide thành nước và oxy với hiệu quả cao

mà không có bất cứ tác dụng phụ nào lên vải và các vật liệu nhuộm

Vai trò

• Tiết kiệm nước

• Tiết kiệm thời gian

• Tiết kiệm năng lượng

• Tiết kiệm chi phí

Vai trò của enzyme catalase

Nước

Sự loại bỏ hydrogen peroxide có thể được thực hiện trong cùng một mẻ với nhuộm

mà không cần rửa lại

Chi phí Hydrogen peroxide được phân hủy thành nước và oxy mà không chứa các nước thải nguy hiểm

nào, tiết kiệm đáng kể chi phí xử lý nước thải

Năng lượng Loại bỏ hydrogen peroxide với enzyme catalase thì không cần đun nóng, quá trình thực

hiện diễn ra tương đối ngắn, tiêu thụ điện năng ít hơn

Thời gian Đặc tính phân hủy hydrogen peroxide hiệu quả của enzyme catalase làm tiết

kiệm đáng kể thời gian rửa

1

3 2

4 TIẾT KIỆM

Ứng dụng của enzyme trong công nghiệp thuộc

da

• Protease

Cấu trúc của một Protease với chất nền peptide màu đen và cặn xúc

tác màu đỏ

• Protease (EC.3.4.21.62) là nhóm enzyme thủy phân có khả năng cắt mối liên kết peptide

(-CO~NH-) trong các phân tử polypeptide, protein và một số cơ chất khác tương tự thành các

amino acid tự do hoặc các peptide phân tử thấp

• Được phát hiện ở mọi giới sinh vật như sinh vật nhân thực, sinh vật nhân sơ, cổ khuẩn và

virus

• Những enzyme này đều có chung một cơ chế xúc tác phản ứng thuỷ phân thông qua hai

bước chính: acyl hoá và khử acyl hoá

• Vai trò của Protease

• Việc xử lý được tiến hành bằng cách ngâm da trong dung dịch enzyme, hay phết dịch enzyme lên bề mặt da

• Trong công nghiệp da, enzyme protease được dùng để làm mềm da, quá trình tách lông sạch hơn, rút ngắn thời gian, tránh ô nhiễm môi trường và da có chất lượng tốt hơn

• Enzyme sẽ tách các chất nhờn và làm đứt một số liên kết trong phân tử collagen làm cho da mềm hơn

• Thực tế cho thấy khi xử lý da bằng chế phẩm protease từ vi sinh vật có thể rút ngắn thời gian làm mềm

và tách lông xuống nhiều lần. 

• Do vậy, các thuộc tính của da có độ mềm nhất định, cải thiện độ bền kéo và độ giãn dài

• Keratinase

• Keratinase (EC 3.4.99), vào năm 1990 chúng được định nghĩa là protease serine do tương đồng trình

tự cao với protease kiềm và sự ức chế của chúng bởi các chất ức chế serine protease Keratinase chỉ

được tạo ra khi có chất nền keratin Chúng chủ yếu tấn công liên kết disulfide (-S-S-) của chất nền

keratin

• Keratinase được sản xuất ở nhiều vi sinh vật khác nhau bao gồm cả nấm và vi khuẩn, và xảy ra ở pH

gần kiềm và nhiệt độ ưa nhiệt Keratin là protein chiếm thành phần chính cấu tạo nên lớp biểu bì của

da, chúng tồn tại chủ yếu trong da, lông và móng của động vật

• Các enzyme này có tính đặc hiệu cơ chất rộng, phân giải các protein dạng sợi như casein, albumin

huyết thanh bò và gelatin

Enzyme Keratinase

• Vai trò của Keratinase

• Keratinase giúp loại bỏ lông trên bề mặt da, rút ngắn thời gian, không gây ô nhiễm môi trường và làm da có chất lượng tốt hơn

• Thực tế cho thấy, khi xử lý da bằng hỗn hợp chế phẩm enzyme (protease và keratinase) từ vi sinh vật có thể rút ngắn thời gian làm mềm và tách lông xuống nhiều lần

• Lông không cần xử lý thêm sau khi ngâm trong dung dịch enzyme do chất béo được tách hết trước đó

• Mặc dù rất khó bị phân hủy, nhưng các chất thải keratin vẫn bị phân hủy bởi các chủng vi sinh vật

có khả năng sinh tổng hợp keratinase

• Do vậy, enzyme thủy phân lông có nguồn gốc từ vi sinh vật đang là hướng nghiên cứu mới rất được quan tâm

• Gen mã hoá cho lipase thậm chí còn hiện diện trong một số loại virus

• Hầu hết các lipase hiện đang được sản xuất từ nấm và nấm men, nhưng sự quan tâm đến lipase ở vi khuẩn tăng do tính ổn định cao hơn khi tiếp xúc với nhiệt độ cao hoặc các điều kiện khắc nghiệt so với các enzym từ nguồn khác

• Lipase

Cơ chế xúc tác:

• Hoạt tính đạt cực đại khi nó được phân tán vào giữa bề mặt phân pha

dầu-nước => quá trình hoạt hoá phân pha

• Lipase xúc tác cho nhiều phản ứng khác nhau bao gồm: phản ứng thuỷ

phân, phản ứng tổng hợp ester, phản ứng chuyển ester và phản ứng amin

hoá (aminolysis)

• Các phản ứng do lipase xúc tác đều là các phản ứng thuận nghịch và

chiều hướng của phản ứng phụ thuộc vào lượng nước tham gia vào phản

ứng

Phản ứng thuỷ phân của triacylglycerol của enzyme lipase

• Vai trò của Lipase

• Quá trình thuộc da là quá trình khá phức tạp gồm loại bỏ chất béo, rủ lông và làm mềm

• Quá trình thuộc da thường sử dụng môi trường kiềm nên sử dụng các vi khuẩn kiềm sẽ đem lại hiệu quả cao

• Dòng bacillus sp có thể phát triển trong môi trường kiềm sinh tổng hợp lipase kiềm, vì thế chúng rất thích hợp cho quá trình thuộc da

1. Màu sắc được giữ nguyên và sạch

2. Lipase cũng cải thiện tính không thấm nước của da

3. Da không bị vết hoan ố như sử dụng dung môi và chất hoạt động bề mặt

• Thực vật và một số vi khuẩn cũng sản xuất amylase

• Là diastase, amylase là enzyme đầu tiên được phát hiện và phân lập

• Tất cả các amylase là hydrolase glycoside và hoạt động trên các liên kết α-1,4- glycosid

1. α-amylase: tên thay thế: 1,4-α- D -glucan glucanohydrolase; glycogenase

2. α-amylase phá vỡ các sacarit chuỗi dài, cuối cùng thu được maltotriose và maltose từ amyloza,

hoặc maltose, glucose và "giới hạn dextrin" từ amylopectin

3. Cả amylase nước bọt và tuyến tụy đều là α-amylase

4. Dạng α-amylase cũng được tìm thấy trong thực vật, nấm (ascomycetes và basidiomycetes) và vi

khuẩn (Bacillus)

Cấu trúc không gian của enzyme α-amylase

1. β -amylase: tên thay thế: 1,4-α- D -glucan maltohydrolase; glycogenase;

saccharogen amylase

2. Được tổng hợp bởi vi khuẩn, nấm và thực vật

3. Cả α-amylase và β-amylase đều có trong hạt

Cấu trúc không gian của enzyme β -amylase

1. γ-amylase: tên thay thế: glucan 1,4-α-glucosidase;

amyloglucosidase; exo -1,4-α-glucosidase; glucoamylase; lysosomal amyloglucosidase; exo -1,4-α-glucosidase; 1,4-α- D -glucan

glucohydrolase

2. Có các liên kết glycoside, cũng như liên kết glycosidic cuối cùng ở đầu không

khử amyloza và amylopectin

3. Hoạt động mạnh nhất xung quanh pH=3

Cấu trúc không gian của enzyme γ-amylase

• Vai trò của Amylase

• Amylase có tác dụng phân cắt và chuyển hóa chất béo, tinh bột và protein, chúng phân bố rộng rãi trong tự nhiên

• Amylase được ứng dụng trong các ngành công nghiệp như dệt, bột giấy và giấy, da giầy, chất tẩy rửa, bia, bánh mì, thức ăn gia súc, vv…

• Enzym này có thể được tinh sạch từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm thực vật, động vật và chủ yếu ở vi sinh vật để sử dụng cho quy mô công nghiệp

• Trong quá trình thuộc da, amylase có thể sử dụng để tạo ra các lỗ rỗng trong cấu trúc dạng sợi của da sống

• Collagenase

• Collagenase (EC 3.4.24.7) là các enzyme phá vỡ các liên kết peptit trong collagen

• Collagenase bao gồm một chuỗi polypeptide đơn có chiều dài xấp xỉ 1,000 amino acid

• Trong số các axit amin bên trong cấu trúc collagen, phổ biến nhất là hydroxyproline (11,28%), prolin (11,77%), glyxin (33,43%), alanin (11,97%) và arginine (5,04%)

• Collagenase là một protease cắt liên kết giữa amino axít trung tính (X) và glycine trong trình tự Pro-X-Gly-Pro Trình tự này xuất hiện với tần số cao trong protein collagen

• Được sản xuất bởi một số vi khuẩn, collagenase có thể được cơ thể tạo ra như một phần của phản ứng miễn dịch bình thường

• Quá trình sản xuất này được tạo ra bởi các cytokine , kích thích các tế bào như nguyên bào sợi

và nguyên bào xương, và có thể gây ra tổn thương mô gián tiếp

• Vai trò của Collagenase

• Collagenase là protein duy nhất có khả năng phá vỡ cấu trúc các sợi collagen tự nhiên xoắn bậc ba, được thấy trong các mô liên kết như da, gân, mạch máu và xương

• Chúng phá vỡ liên kết giữa axit amin proline và các axit amin khác Do đó, hàm lượng hydroxyproline thường được sử dụng làm chỉ thị để xác định nồng độ collagen trong da

• Trong quá trình thuộc da, việc sử dụng collagenase làm tăng khả năng hấp thụ tannin

và khuếch tán tannin vào da tốt hơn, làm da mềm và bóng hơn

KẾT LUẬN

- Xu hướng công nghệ mới: kết hợp hóa và sinh.

- Lợi ích về sinh thái và kinh tế.

- Các enezyme không độc hại, thân thiện với môi trường.

- Tiết kiệm chi phí sản xuất

NHƯỢC ĐIỂM

Chuỗi các phản ứng phức tạp, tạo ra một lượng đáng kể sunfua, cặn vôi, BOD, COD và TDS.

ENZYME TRONG CÔNG NGHIỆP DỆT

Cellulase

Nấm Trichoderma reesei

Thủy phân liên kết -1,4-glycoside bên trong chuỗi cellulose để giải phóng cellodextrin, cellobiose và glucose,tác động yếu đến cellulose kết tinh.

Vi khuẩn Bacillus subtilis

Thủy phân tinh bột và các liên kết α -1, glucoside trong dextrin để làm giảm độ nhớt của tinh bột hồ hóa và tạo ra dextrin chuỗi ngắn với

4-độ dài khác nhau và lượng nhỏ oligosaccharide

Xúc tác thủy phân liên kết peptide ở đầu N tự do của chuỗi polypeptide để giải phóng ra một amino acid, một dipeptide hoặc một tripeptide

- Làm sạch sợi tơ

- Giúp lụa có tính đàn hồi tốt, bắt màu đồng đều và dễ trang trí trên lụa.

Catalase Nấm Aspergillus niger

- Xúc tác quá trình oxy hóa – khử

- Phân hủy hydrogenperoxide thành nước và oxy

- Loại bỏ hydrogen peroxide

ENZYME TRONG NGÀNH THUỘC DA

Protease

Sinh vật nhân thực, sinh vật nhân sơ, cổ khuẩn và virus

Cắt mối liên kết peptide(-CO~NH-) trong các phân tử polypeptide, protein thành các amino acid tự do hoặc các peptide phân tử thấp.

- Làm mềm da, quá trình tách lông sạch hơn

- Cải thiện độ bền kéo và độ giãn dài.

Xúc tác phản ứng thủy phân cắt đứt lần lượt các liên kếtα-ester

-Màu sắc được giữ nguyên

- Chống thấm nước của da và da không bị vết hoan ố như sử dụng dung môi và chất hoạt động bề mặt.

Amylase

Nấm sợi Aspergillus, rhizopus Nấm men

và giả nấm men thuộc các giống Candida, Saccharomyces, Endomycopsy,

- Tăng khả năng hấp thụ tannin.

- Khuếch tán tannin vào da tốt hơn, làm da mềm và bóng hơn

HƯỚNG PHÁT TRIỂN

DỆT MAY

Chống co rút len

.Sự bất hoạt (immobilization) của protease chống co ngót len đồng thời cải thiện độ trắng làm tăng

kích thước phân tử của chúng, protease biến đổi vẫn còn trên bề mặt của vùng lớp biểu bì (thủy phân chỉ lớp biểu bì của len), do đó tạo ra độ bền kéo cao hơn và cảm giác tối ưu của các sợi (Araujo et al., 2009)

.Transglutaminase phục hồi các tổn thương len và lụa trong các giai đoạn chế biến khác nhau

.Protease thương mại (Esperase) kết hợp với Eudragit S-100 để hoàn thiện chống co len, thay thế các phương pháp xử lý clo thông thường Các đặc tính nhuộm của vải len dường như không bị ảnh hưởng với khả năng chống co được cải thiện, ít tổn thương sợi hơn về độ bền kéo Esperase bất hoạt được

sử dụng như một chất phụ gia, chất tẩy rửa để cải thiện hiệu suất giặt

Làm sạch thuốc tẩy trắng

 Mục đích: làm sạch các bồn tẩy trắng trước khi nhuộm vải.

 Catalases là enzyme xúc tác cho sự phân hủy của hydro peroxid (H2O2) thành nước và

oxy và được coi là sự thay thế phù hợp nhất để làm sạch bồn tắm tẩy trắng trước khi nhuộm

 Bất hoạt (Bacillus SF) đã được tái sử dụng để nhuộm vải với các loại thuốc nhuộm khác

nhau

 Catalase thương mại (Terminox Ultra 50L) cũng đã được đồng hóa trên alumina với

gultraldehyde để tái chế nước thải tẩy trắng dệt may cho mục đích nhuộm

DỆT MAY

DỆT MAY

Sửa đổi sợi tổng hợp

các sợi tổng hợp Thủy phân enzyme cải thiện tính

ưa nước cùng với một số đặc tính không mong muốn như khả năng nhuộm thấp, khó khăn trong việc hoàn thiện và tạo điện tích chống tĩnh điện Enzyme cũng được sử dụng để tổng hợp, chức năng bề mặt và ghép các polyme được sử dụng làm sợi dệt được thảo luận trong phần.

hydrolases phù hợp để sửa đổi polyester

thay đổi polyamides.

Tổng hợp polymer sinh học

.Phương pháp tiếp cận xúc tác sinh học để tổng hợp các vật liệu polymer là một lĩnh vực

nghiên cứu mới với những hứa hẹn khoa học và công nghệ to lớn Có một số lợi thế tiềm năng cho việc sử dụng các enzyme trong tổng hợp polymer hoặc chức năng hóa Vì độc tính được tạo ra bởi dung môi và dư lượng chất xúc tác kim loại có thể hoàn toàn tránh được

.Hydrolases, các enzyme oxidoreductase như peroxidase và laccase là enzyme được khám phá nhiều nhất để tổng hợp polymer (polyester, polyamides, polycarbonates, polysaccharides, polypeptide, polyanilines, polyphenol, polystyrene, polymethyl methacrylate) trong ống nghiệm

DỆT MAY

DỆT MAY

Vải kháng khuẩn và chống cháy:

 Các enzyme hydrolase tạo ra hoạt động kháng khuẩn, một rào cản đối với sự xâm lấn của vi khuẩn thông qua thủy phân polysaccharides thành tế bào

 Lysozyme chống lại nhiều vi khuẩn gây bệnh đã được tạo ra trên hàng dệt may đã được sử dụng để tạo ra vật liệu thông minh với các đặc tính mới như tự giải độc hoặc chống vi khuẩn (Paul và Genesca, 2013)

 Vải len bất hoạt với lactoferin sử dụng transglutaminase vi khuẩn làm chất liên kết chéo sinh học cho thấy tăng đặc tính kháng khuẩn chống lại S.aureus và E.coli so với lactoferin bản địa (Han et al., 2014)

 Đặc tính chống cháy trên hàng dệt may tự nhiên bằng cách phosphoryl hóa enzyme bằng cách sử dụng kinase

và tạo ra nhựa phenolic tại chỗ có thể đạt được bằng cách sử dụng laccase (Paul và Genesca, 2013)