李萬(wàn)鑫 瞿 靜

（常熟理工學(xué)院紡織服裝與設(shè)計(jì)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(shì)[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(wú)定形蛋白，占蠶絲重量的20-30%。絲膠中同時(shí)還含有少量的蠟質(zhì)、碳水化合物、色素和無(wú)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(guò)程，在實(shí)驗(yàn)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(diǎn)，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(diǎn)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(guò)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(duì)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(duì)絲膠的溶解作用強(qiáng)，精練時(shí)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(guò)高或精練時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，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(duì)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(shí)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(duì)設(shè)備要求高，精練蠶絲的斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)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(duì)絲膠的潤(rùn)濕，增進(jìn)絲膠的膨潤(rùn)、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(shí)間較長(zhǎng)，皂劑消耗量大。對(duì)于像馬賽皂這樣的高品質(zhì)皂，價(jià)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(lái)，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(zhǎng)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(shí)可在高壓下對(duì)蠶絲染色，有節(jié)能優(yōu)勢(shì)且色牢度高于常壓染色。有機(jī)酸比堿性試劑更溫和，對(duì)纖維損傷小，且可以進(jìn)行部分脫膠，滿足市場(chǎng)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(huì)受到影響。同時(shí)，絲素纖維吸附得的有機(jī)酸以及加工過(guò)程中的刺激性氣味對(duì)人體或衣物設(shè)備會(huì)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(duì)蠶絲進(jìn)行預(yù)處理，以促進(jìn)絲膠膨潤(rùn)、軟化，提高蛋白酶精練效果。預(yù)處理過(guò)程中可同時(shí)利用助劑去除蠶絲中的蠟質(zhì)、脂肪、色素、無(wú)機(jī)物等雜質(zhì)。

黃倩研究了在不同蛋白酶最高活性時(shí)精練蠶絲的效果及對(duì)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(duì)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(guò)高，會(huì)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(diǎn)：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(guò)程可能會(huì)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(diǎn)。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(duì)設(shè)備要求高；表面活性劑精練工藝對(duì)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(duì)絲素纖維損傷小，但蛋白酶成本高、易失活，難以實(shí)現(xiàn)大批量使用。