蚕丝精练工艺研究进展
时间：2022-12-06 19:30:03 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
李万鑫 瞿 静
（常熟理工学院纺织服装与设计学院，江苏 常熟 215500）
蚕丝经脱胶后制成的蚕丝制品悬垂性好、触感柔软、光泽柔和、富有弹性，并且还具有抗菌保暖、天然亲肤等诸多优势[1]。蚕丝不仅能用于服装服饰领域，也已广泛应用到生物医药方面。蚕丝精练后获得的丝素蛋白具有优异的生物相容性、生物活性以及生物可降解性，能应用于人造皮肤、手术缝纫线、药物缓释载体、多孔支架、人造血管、水凝胶等[2]。蚕丝精练是蚕丝织物染色以及获得纯净丝素蛋白的首要步骤。
蚕丝由丝素纤维和外围的丝胶蛋白组成。丝素蛋白是一种疏水性纤维蛋白，具有半晶体结构，占蚕丝重量的70-80%；
丝胶蛋白是易溶于水的球无定形蛋白，占蚕丝重量的20-30%。丝胶中同时还含有少量的蜡质、碳水化合物、色素和无机物等杂质，约占蚕丝的5%。丝胶蛋白与丝素蛋白的分离过程，在实验室中称为脱胶，在丝绸工业中称为精练。
本文综述了蚕丝的主要精练工艺方法和原理，包括碱性试剂精练、高温高压精练、表面活性剂精练、酸性试剂精练、蛋白酶精练等，分析和比较了不同精练工艺的特点，为蚕丝的不同应用选择合适的精练工艺提供依据。
1.1 碱性试剂精练工艺
丝胶具有两性性质，等电点约为3.8~4.5。碱性试剂主要作用于丝胶中的半胱氨酸、丝氨酸、苏氨酸和精氨酸，能有效地促进丝胶蛋白的膨胀、溶解和水解，并通过皂化作用去除部分胶质。常用的碱性试剂主要包括氢氧化钠、碳酸钠、尿素、强碱性的电解水、氨水、硅酸钠、磷酸三钠，以及弱酸盐，如硅酸盐、柠檬酸盐、亚硫酸盐、醋酸盐等。在碱性试剂精练工艺中，最常用的试剂是碳酸钠。碳酸钠对家蚕生丝的练减率约为22.80%，精练蚕丝纤维间没有明显的丝胶残留，碳酸钠溶液去除丝胶较彻底，但纤维表面凹凸不平，受到明显的破坏。
碱性试剂精练工艺对丝胶的溶解作用强，精练时间短，效率高，并且原料消耗少，成本低，精练蚕丝白度较好。但蚕丝手感粗糙，尤其当碱性试剂浓度过高或精练时间过长时，蚕丝结构受到明显的破坏，力学性质下降显著。
1.2 高温高压精练工艺
丝胶蛋白在高温水溶液中易溶解，高温高压精练工艺的原理是利用高能水分子对氢键的破坏作用，促进丝胶蛋白的溶解和水解，达到精练目的。高温高压精练工艺的练减率约为21%，与常规精练工艺相比，练减率相当、精练时间减少。高温高压精练工艺中不添加任何助剂，绿色环保，并且高温高压精练后的丝素蛋白和丝胶均较纯净，有利于丝素的进一步加工利用和丝胶的回收利用。但该工艺对设备要求高，精练蚕丝的断裂强度、断裂伸长率及白度显著下降。
1.3 表面活性剂精练工艺
表面活性剂能够降低水的表面张力，增强水对丝胶的润湿，增进丝胶的膨润、溶解。蚕丝表面在中性环境下带负电荷，因此蚕丝精练可使用非离子或阴离子表面活性剂。肥皂是一种表面活性剂，不仅能减小溶液的界面张力，有利于均匀脱胶，而且因乳化作用能去除蚕丝表面的油脂。常用的皂精练剂中，马赛皂精练效果佳，是最常用的精练剂。
经中性皂精练后的蚕丝织物蓬松柔软、悬垂性好、有光泽、富有弹性、不易折皱。但也存在不足之处，例如精练时间较长，皂剂消耗量大。对于像马赛皂这样的高品质皂，价格昂贵，成本高，不适合大批量的工业化运用。此外，皂剂易吸附在蚕丝纤维上，难以清洗干净，残存的皂剂易使白色织物泛黄。
1.4 酸性试剂精练工艺
丝胶既能溶解于碱性溶液也能溶解于酸性溶液。酸性试剂精练原理如下：在pH 1.0~2.9的酸性溶液中，丝胶蛋白中天门冬氨酸和谷氨酸的肽键因水解而断裂。近年来，大量研究表明有机酸，比如苹果酸、柠檬酸、酒石酸、琥珀酸等，均能有效精练蚕丝。
酒石酸和苹果酸均是二元有机酸，能有效脱去蚕丝中的丝胶蛋白，并且蚕丝的断裂强力损失与断裂伸长损失均较小，蚕丝的结构仍主要为α-螺旋结构和β-折叠结构。
采用柠檬酸、琥珀酸精练蚕丝，也能基本去除蚕丝中的丝胶蛋白。精练蚕丝的力学性能和染色性能良好，强度和拉伸性能均优于碱性试剂精练蚕丝。精练时可在高压下对蚕丝染色，有节能优势且色牢度高于常压染色。有机酸比碱性试剂更温和，对纤维损伤小，且可以进行部分脱胶，满足市场特殊三分练、五分练、七分练生丝的需要。但酸性试剂不能去除蚕丝表面的油脂和杂质，蚕丝的色泽会受到影响。同时，丝素纤维吸附得的有机酸以及加工过程中的刺激性气味对人体或衣物设备会产生不良影响。因此，酸性试剂在蚕丝精练中的应用受到限制。
1.5 蛋白酶精练工艺
蛋白酶精练的基本原理如下：在蛋白酶的作用下，丝胶中肽键发生水解断裂，生成可溶性的氨基酸或多肽。根据蛋白酶作用的pH范围，蛋白酶分为碱性蛋白酶、酸性蛋白酶和中性蛋白酶。蛋白酶脱胶前需对蚕丝进行预处理，以促进丝胶膨润、软化，提高蛋白酶精练效果。预处理过程中可同时利用助剂去除蚕丝中的蜡质、脂肪、色素、无机物等杂质。
黄倩研究了在不同蛋白酶最高活性时精练蚕丝的效果及对蚕丝性能结构的影响。胰蛋白酶、枯草杆菌蛋白酶、菠萝蛋白酶和木瓜蛋白酶四种蛋白酶对蚕丝的精练效果比较如下：木瓜蛋白酶＞胰蛋白酶＞枯草杆菌蛋白酶＞菠萝蛋白酶。同种浓度下，胰蛋白酶、木瓜蛋白酶和枯草杆菌蛋白酶处理后的蚕丝力学性质下降幅度较大，因丝素纤维被部分水解；
菠萝蛋白酶精练蚕丝的拉伸断裂强度下降不明显。林嘉明研究获得木瓜蛋白酶最佳精练工艺条件，练减率约为22%。蛋白酶浓度过高，会使蚕丝纤维表面出现沟槽，纤维受损明显。
蛋白酶作为蚕丝精练试剂的优点：具有专一性和高效性，脱胶条件更温和，节能减排。脱胶后产生的丝胶蛋白与蛋白酶的混合废液可生物降解，不产生环境污染。精练蚕丝纤维表面光洁，蚕丝织物手感柔软，有光泽。但是，蛋白酶作用条件复杂，精练过程可能会造成蛋白酶失活，增加精练成本。
本文综述了五种蚕丝精练工艺的原理和优缺点。碱性试剂精练工艺精练效果好、成本低，但纤维力学性质明显下降；
高温高压精练工艺绿色环保，但对设备要求高；
表面活性剂精练工艺对蚕丝纤维损伤小，但精练试剂的残留影响织物的舒适性和外观；
酸性试剂精练工艺难以彻底去除丝胶，精练效果不理想，不适宜工业化的蚕丝精练；
蛋白酶精练工艺具有专一性和高效性，且对丝素纤维损伤小，但蛋白酶成本高、易失活，难以实现大批量使用。
