浅析多种蚕丝脱胶方法

丁欢+胡岚+龙莎+朱良红+何勇

摘要：本文采用几种化学和酶处理方法对蚕丝进行脱胶，探索蚕丝的最佳脱胶方法。研究结果表明，生物酶法脱胶条件温和，脱胶率较高，高达90%～100%，通过扫描电子显微镜（SEM）观察各种脱胶丝的微观表面图，生物酶法脱胶对丝素表面不会产生损伤。因此得出结论生物酶法综合脱胶效果较为理想。

关键词：生丝;脱胶;脱胶率;SEM表征

1    引言

丝胶是一种球状蛋白，产生于蚕体的中部绢丝腺[1]，以鳞片状不规则地包覆在从后部绢丝腺进入中部丝腺腔内的丝素表面，并贮存在腺腔中，约占茧丝总重量的25%。丝胶对丝素起保护作用，但过多的丝胶会影响蚕丝的光泽和手感，还会影响其漂白效果，导致染色不匀，因此，蚕丝上的丝胶必须去除。总结现有的蚕丝脱胶方法主要有：水浴煮沸脱胶、碳酸钠脱胶、中性皂脱胶、高温高压脱胶及酶脱胶等方法[2-4]。由于丝胶对于化学药剂的敏感性比丝素高，因此有研究设法通过化学方法对蚕丝进行脱胶。化学脱胶的原理是利用丝胶和丝素对于碱类、无机酸等化学药剂稳定性的差异而去除丝胶。随着研究的不断深入，用生物酶对蚕丝进行脱胶的研究也越来越广泛。生物酶脱胶的主要原理是不同酶对蛋白质的水解具有专一性和高效性。众所周知，丝素和丝胶都是蛋白质，但两者在氨基酸的组成和结构上差异甚大，前者属线状蛋白质，后者属球状蛋白质。丝胶中极性侧链氨基酸含量较多，含量高达74%左右，而非极性侧链氨基酸占25.39%[5-8]。然而，丝素中含量最高的是丙氨酸和甘氨酸，这些氨基酸形成结构紧密结晶区，所以不易发生酶解反应[9-10]。因此，利用蛋白酶能先与丝胶生成中间物，然后再经水解放出原来的酶，通过适当的蛋白酶促使丝胶水解。本文采用几种化学和酶处理方法对蚕丝进行脱胶，探索蚕丝的最佳脱胶方法。

2    试验部分

材料：生丝20/22D。

试剂：木瓜蛋白酶，胰蛋白酶，碱性蛋白酶，中性蛋白酶，风味蛋白酶（南宁庞博生物工程有限公司），Na2CO3，Na3PO4，硼酸，硼砂，尿素，丁二酸（成都方正化工有限责任公司）。

仪器型号具体如表1。

表1    仪器型号厂家列表

3    脱胶条件

对于化学脱胶方法研究得比较广泛也比较成熟，因此我们参考张雨青[11]的脱胶方法进行了化学脱胶方法的条件设计。对于生物酶法脱胶条件的设计，根据各种酶的最高酶效条件进行脱胶条件的设计，具体各种试剂的条件如表2所示。

4    结果与讨论

4.1  脱胶率

对本研究中各种脱胶条件进行3次重复取平均值，按照公式（1），计算得到各种脱胶方法对生丝20/22D进行脱胶后的脱胶率，将所有结果汇总如图1所示。首先，我们可以明显看出，用生物酶法脱胶整体的脱胶率均高于几种化学脱胶方法。其次，化学方法中脱胶率最高的为尿素，是在强碱及高温剧烈条件下对蚕丝进行脱胶，脱胶率最高达到22%左右，而用蛋白酶脱胶条件均比较温和，用蛋白酶脱胶除风味蛋白酶外，本研究中其余5种蛋白酶的脱胶率均在25%。同时，化学脱胶会产生大量污水，以目前的生产技术，每加工1t的蚕丝就会有150kg～250kg的丝胶蛋白随生产废水流失，致使生产废水中丝胶等有机物含量严重超标，使水体富营养化并丧失自净能力[12-13]。而蛋白酶可以循环利用且可以通过简单的高温方法进行灭活。因此，利用蛋白酶脱胶是一种简便高效，节能减排的绿色型脱胶方法。

脱胶率 （%） = [（A0-A1）/A0] × 100                             （1）

其中：A0——脱胶前生丝试样的干重，g;

A1——脱胶后生丝试样的干重，g。

4.2  扫描电子显微镜（SEM）表征

脱胶效果不但影响蚕丝的光泽和手感，还会影响其漂白效果和染色效果等各种后加工工序，因此，本文对各种脱胶方法脱胶前后试样进行了扫描电子显微镜（SEM）观察，结果如图2所示。首先，通过观察发现化学脱胶方法中因脱胶率低，脱胶不完全，因此脱胶后丝素表面相应不同程度附着未脱去的丝胶。而相比之下，由于生物蛋白酶脱胶效率普遍较高，所以蚕丝表面都比较光滑平整，脱胶较为干净。由于生物酶法脱胶条件比较温和，因此脱胶后丝素表面几乎没有出现损伤和刻痕，而较为苛刻的化学条件下脱胶后丝素表面产生了不同程度的损伤和刻痕。综上所述，生物酶法脱胶是一种简单高效、节能减排、绿色环保的理想脱胶法。

5    结论

比较不同方法脱胶，效果最好的是酶脱胶，酶脱胶过后丝素表面光洁，透明，基本无损伤。酶脱胶具有工序少、时间短、节约能源、利于环保和降低成本等优势，是脱胶工艺发展的重点。其中，木瓜蛋白酶脱胶综合效果最好。

参考文献：

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[11] 张雨青.蚕丝脱胶方法的比较分析[J].蚕业科学，2002，28（1）：75-79.

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（作者单位：重庆纤维检验局）