蠶絲精練工藝研究進(jìn)展

李萬鑫 瞿 靜

（常熟理工學(xué)院紡織服裝與設(shè)計學(xué)院，江蘇 常熟 215500）

蠶絲經(jīng)脫膠后制成的蠶絲制品懸垂性好、觸感柔軟、光澤柔和、富有彈性，并且還具有抗菌保暖、天然親膚等諸多優(yōu)勢[1]。蠶絲不僅能用于服裝服飾領(lǐng)域，也已廣泛應(yīng)用到生物醫(yī)藥方面。蠶絲精練后獲得的絲素蛋白具有優(yōu)異的生物相容性、生物活性以及生物可降解性，能應(yīng)用于人造皮膚、手術(shù)縫紉線、藥物緩釋載體、多孔支架、人造血管、水凝膠等[2]。蠶絲精練是蠶絲織物染色以及獲得純凈絲素蛋白的首要步驟。

蠶絲由絲素纖維和外圍的絲膠蛋白組成。絲素蛋白是一種疏水性纖維蛋白，具有半晶體結(jié)構(gòu)，占蠶絲重量的70-80%；絲膠蛋白是易溶于水的球無定形蛋白，占蠶絲重量的20-30%。絲膠中同時還含有少量的蠟質(zhì)、碳水化合物、色素和無機(jī)物等雜質(zhì)，約占蠶絲的5%。絲膠蛋白與絲素蛋白的分離過程，在實驗室中稱為脫膠，在絲綢工業(yè)中稱為精練。

本文綜述了蠶絲的主要精練工藝方法和原理，包括堿性試劑精練、高溫高壓精練、表面活性劑精練、酸性試劑精練、蛋白酶精練等，分析和比較了不同精練工藝的特點，為蠶絲的不同應(yīng)用選擇合適的精練工藝提供依據(jù)。

1 蠶絲精練工藝

1.1 堿性試劑精練工藝

絲膠具有兩性性質(zhì)，等電點約為3.8~4.5。堿性試劑主要作用于絲膠中的半胱氨酸、絲氨酸、蘇氨酸和精氨酸，能有效地促進(jìn)絲膠蛋白的膨脹、溶解和水解，并通過皂化作用去除部分膠質(zhì)。常用的堿性試劑主要包括氫氧化鈉、碳酸鈉、尿素、強(qiáng)堿性的電解水、氨水、硅酸鈉、磷酸三鈉，以及弱酸鹽，如硅酸鹽、檸檬酸鹽、亞硫酸鹽、醋酸鹽等。在堿性試劑精練工藝中，最常用的試劑是碳酸鈉。碳酸鈉對家蠶生絲的練減率約為22.80%，精練蠶絲纖維間沒有明顯的絲膠殘留，碳酸鈉溶液去除絲膠較徹底，但纖維表面凹凸不平，受到明顯的破壞。

堿性試劑精練工藝對絲膠的溶解作用強(qiáng)，精練時間短，效率高，并且原料消耗少，成本低，精練蠶絲白度較好。但蠶絲手感粗糙，尤其當(dāng)堿性試劑濃度過高或精練時間過長時，蠶絲結(jié)構(gòu)受到明顯的破壞，力學(xué)性質(zhì)下降顯著。

1.2 高溫高壓精練工藝

絲膠蛋白在高溫水溶液中易溶解，高溫高壓精練工藝的原理是利用高能水分子對氫鍵的破壞作用，促進(jìn)絲膠蛋白的溶解和水解，達(dá)到精練目的。高溫高壓精練工藝的練減率約為21%，與常規(guī)精練工藝相比，練減率相當(dāng)、精練時間減少。高溫高壓精練工藝中不添加任何助劑，綠色環(huán)保，并且高溫高壓精練后的絲素蛋白和絲膠均較純凈，有利于絲素的進(jìn)一步加工利用和絲膠的回收利用。但該工藝對設(shè)備要求高，精練蠶絲的斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率及白度顯著下降。

1.3 表面活性劑精練工藝

表面活性劑能夠降低水的表面張力，增強(qiáng)水對絲膠的潤濕，增進(jìn)絲膠的膨潤、溶解。蠶絲表面在中性環(huán)境下帶負(fù)電荷，因此蠶絲精練可使用非離子或陰離子表面活性劑。肥皂是一種表面活性劑，不僅能減小溶液的界面張力，有利于均勻脫膠，而且因乳化作用能去除蠶絲表面的油脂。常用的皂精練劑中，馬賽皂精練效果佳，是最常用的精練劑。

經(jīng)中性皂精練后的蠶絲織物蓬松柔軟、懸垂性好、有光澤、富有彈性、不易折皺。但也存在不足之處，例如精練時間較長，皂劑消耗量大。對于像馬賽皂這樣的高品質(zhì)皂，價格昂貴，成本高，不適合大批量的工業(yè)化運(yùn)用。此外，皂劑易吸附在蠶絲纖維上，難以清洗干凈，殘存的皂劑易使白色織物泛黃。

1.4 酸性試劑精練工藝

絲膠既能溶解于堿性溶液也能溶解于酸性溶液。酸性試劑精練原理如下：在pH 1.0~2.9的酸性溶液中，絲膠蛋白中天門冬氨酸和谷氨酸的肽鍵因水解而斷裂。近年來，大量研究表明有機(jī)酸，比如蘋果酸、檸檬酸、酒石酸、琥珀酸等，均能有效精練蠶絲。

酒石酸和蘋果酸均是二元有機(jī)酸，能有效脫去蠶絲中的絲膠蛋白，并且蠶絲的斷裂強(qiáng)力損失與斷裂伸長損失均較小，蠶絲的結(jié)構(gòu)仍主要為α-螺旋結(jié)構(gòu)和β-折疊結(jié)構(gòu)。

采用檸檬酸、琥珀酸精練蠶絲，也能基本去除蠶絲中的絲膠蛋白。精練蠶絲的力學(xué)性能和染色性能良好，強(qiáng)度和拉伸性能均優(yōu)于堿性試劑精練蠶絲。精練時可在高壓下對蠶絲染色，有節(jié)能優(yōu)勢且色牢度高于常壓染色。有機(jī)酸比堿性試劑更溫和，對纖維損傷小，且可以進(jìn)行部分脫膠，滿足市場特殊三分練、五分練、七分練生絲的需要。但酸性試劑不能去除蠶絲表面的油脂和雜質(zhì)，蠶絲的色澤會受到影響。同時，絲素纖維吸附得的有機(jī)酸以及加工過程中的刺激性氣味對人體或衣物設(shè)備會產(chǎn)生不良影響。因此，酸性試劑在蠶絲精練中的應(yīng)用受到限制。

1.5 蛋白酶精練工藝

蛋白酶精練的基本原理如下：在蛋白酶的作用下，絲膠中肽鍵發(fā)生水解斷裂，生成可溶性的氨基酸或多肽。根據(jù)蛋白酶作用的pH范圍，蛋白酶分為堿性蛋白酶、酸性蛋白酶和中性蛋白酶。蛋白酶脫膠前需對蠶絲進(jìn)行預(yù)處理，以促進(jìn)絲膠膨潤、軟化，提高蛋白酶精練效果。預(yù)處理過程中可同時利用助劑去除蠶絲中的蠟質(zhì)、脂肪、色素、無機(jī)物等雜質(zhì)。

黃倩研究了在不同蛋白酶最高活性時精練蠶絲的效果及對蠶絲性能結(jié)構(gòu)的影響。胰蛋白酶、枯草桿菌蛋白酶、菠蘿蛋白酶和木瓜蛋白酶四種蛋白酶對蠶絲的精練效果比較如下：木瓜蛋白酶＞胰蛋白酶＞枯草桿菌蛋白酶＞菠蘿蛋白酶。同種濃度下，胰蛋白酶、木瓜蛋白酶和枯草桿菌蛋白酶處理后的蠶絲力學(xué)性質(zhì)下降幅度較大，因絲素纖維被部分水解；菠蘿蛋白酶精練蠶絲的拉伸斷裂強(qiáng)度下降不明顯。林嘉明研究獲得木瓜蛋白酶最佳精練工藝條件，練減率約為22%。蛋白酶濃度過高，會使蠶絲纖維表面出現(xiàn)溝槽，纖維受損明顯。

蛋白酶作為蠶絲精練試劑的優(yōu)點：具有專一性和高效性，脫膠條件更溫和，節(jié)能減排。脫膠后產(chǎn)生的絲膠蛋白與蛋白酶的混合廢液可生物降解，不產(chǎn)生環(huán)境污染。精練蠶絲纖維表面光潔，蠶絲織物手感柔軟，有光澤。但是，蛋白酶作用條件復(fù)雜，精練過程可能會造成蛋白酶失活，增加精練成本。

2 結(jié)論

本文綜述了五種蠶絲精練工藝的原理和優(yōu)缺點。堿性試劑精練工藝精練效果好、成本低，但纖維力學(xué)性質(zhì)明顯下降；高溫高壓精練工藝綠色環(huán)保，但對設(shè)備要求高；表面活性劑精練工藝對蠶絲纖維損傷小，但精練試劑的殘留影響織物的舒適性和外觀；酸性試劑精練工藝難以徹底去除絲膠，精練效果不理想，不適宜工業(yè)化的蠶絲精練；蛋白酶精練工藝具有專一性和高效性，且對絲素纖維損傷小，但蛋白酶成本高、易失活，難以實現(xiàn)大批量使用。