刘姝瑞，张明宇，谭艳君，马佳利，霍倩，李文燕

(1.西安工程大学纺织与材料学院,陕西西安 710048;

2.伟格仕纺织助剂(江门)有限公司，广东江门 529000;

3．西安工程大学协同创新中心,陕西西安 710048)



预处理工艺对蛋白酶脱胶影响

刘姝瑞1，张明宇2，谭艳君1，马佳利1，霍倩3，李文燕1

(1.西安工程大学纺织与材料学院,陕西西安 710048;

2.伟格仕纺织助剂(江门)有限公司，广东江门 529000;

3．西安工程大学协同创新中心,陕西西安 710048)

摘要：主要研究蛋白酶生丝脱胶的预处理工艺，通过对生丝预处理前后和脱胶前后织物的白度、毛效、失重率的测试，发现预处理阶段主要使丝织物表面杂质去除，其失重率较小，织物脱胶工艺有影响。预处理就温度过高，会使织物毛效降低，温度过低会影响织物白度；Na2CO3的使用可以提高织物白度和毛效，但用量过高会导致织物毛效显著降低，用量需要在1g/L以内，最终得到最佳预处理工艺：温度60℃，Na2CO3用量1g/L，时间30min。

关键词：蛋白酶生丝脱胶预处理工艺织物失重

酶是一种特殊的催化剂，具有高催化效率、高度的专一性，同时反应条件温和。酶催化反应都在弱酸、弱碱或中性条件下进行，对环境污染小，对设备的腐蚀小，生产安全性高[1]。酶催化反应的效率取决于酶的浓度、反应物浓度、保温或反应时间、反应温度、系统的pH值、所存在的活化剂及阻化剂。

蛋白酶是水解蛋白质肽键的一类酶的总称。按其水解多肽的方式，可将其分为内肽酶和外肽酶两类[2]。工业生产上应用的蛋白酶，主要是内肽酶[3]。在纺织上，蛋白酶主要用于蚕丝脱胶和羊毛的处理[4]。蚕丝的精练就是丝胶的溶解和去除。在热、酸、碱，重金属离子的作用下，丝胶性状发生变化，遇热水特别是含碱剂的热水易溶解，而丝素却难溶解，利用这种溶解性的差异，可进行蚕丝精练。经研究发现酶处理对丝素的损伤较小[5，6]。在蛋白酶脱胶前，一般需要用碱对蚕丝进行预处理[7]，使蚕丝发生溶胀，利于脱胶。生物酶很容易变性失活，不仅脱胶过程需对工艺条件严格控制，而且预处理工艺条件也需要严格控制。

1实验部分

1.1实验材料及仪器

实验材料：真丝坯布

实验药品：碳酸钠(西安三浦化学试剂有限公司)，蛋白酶(天津市化学试剂二厂)。

实验仪器：见表1

表1　实验仪器

1.2蛋白酶生丝脱胶实验

准备七组300mm×50mm未脱胶生丝，用电子天平称其重量，在不同的预处理工艺下，探讨其对蛋白酶生丝脱胶的影响。

表2　预处理工艺

注：经测试pH值在10左右，0#不经过蛋白酶处理。 蛋白酶脱胶工艺参数：

蛋白酶1g/L

Na2CO31g/L

时间：30min

pH：10

1.3织物失重

由于使用的均为同一胚布，其上浆率相同，因此织物失重可以直观的反映出退浆后织物的退浆率。

1.3.1棉织物失重计算

在棉织物退浆前，将织物置于恒温恒湿箱内烘干24h后，用电子天平称量其重量(Wo)。在棉织物退浆以后，将织物置于恒温恒湿箱烘干24h后，用电子天平称量其重量(Wt)。棉织物退浆失重率Ri(%)表示如下：

(公式1)

1.3.2生丝失重计算

生丝织物在预处理之前，将生丝置于恒温恒湿箱内烘干24h后，用电子天平称量其重量(Wio),生丝经预处理后重量为Wi1，经蛋白酶退浆后，将织物置于恒温恒湿箱内烘干24h,用电子天平称量其重量(Wit)。其中为方便实验进行只对0#样进行预处理后称重，0#样预处理后置于恒温恒湿箱烘干24h,用电子天平称量其重量为W01。

丝织物经预处理后的失重率R1i为：

(公式2)

由于所有丝织物经过相同的蛋白酶生丝脱胶工艺，假设此过程中丝织物的失重率相等(脱胶率)，那么真丝织物脱胶率R2i(%)为：

(公式3)

真丝织物在预处理和蛋白酶生丝脱胶的失重率Ri为：

(公式4)

将公式2、公式3代入公式4得：

(公式5)

由于0#样和2#样预处理工艺相同，所以R10=R12；又因为1#、5#样均使用蛋白酶脱胶的同种工艺，所以R22=R2i。

所以丝织物的预处理失重率R1i为：

(公式7)

1.4白度测试

将0#～6#棉样置于白度测试仪上进行测试，将丝织物0#～5#样置于白度仪上进行测试。每样正反两面各选4个点共8个点进行测试后，求其平均值。

1.5毛效测试

棉织物0#～6#样，每样选取300mm×50mm样进行毛效测试。

1.6手工扎染染色

应用优选出的预处理工艺对蚕丝织物进行脱胶，并对脱胶后的蚕丝进行手工扎染。用直接染料红对其进行染色。染色曲线为：

2结果与讨论

2.1预处理温度对蛋白酶脱胶的影响

2.1.1预处理阶段织物的失重率

图1　预处理阶段织物的失重率

由图1所示，随着预处理温度升高，织物在预处理阶段的失重率增加，在30℃时织物几乎没有失重，反而重量增加，说明织物表面的杂质没有减少，反而引入新的杂质，而在60℃～90℃之间，增加特别迅速，90℃的失重率直接为60℃的两倍，说明预处理温度在90℃时，织物大量失重，有可能织物此时已经开始脱胶。

2.1.2预处理温度对蛋白酶脱胶白度的影响

图2　预处理温度对织物白度的影响

由图2可知，织物预处理过程温度也是直接影响蛋白酶脱胶过程的白度。温度越高，白度越高，上升趋势与织物失重率基本一致，说明织物在预处理过程中就已经开始部分脱胶，尤其是温度达到90℃时，织物白度大于66，说明温度在90℃时织物已经发生脱胶。

2.1.3预处理温度对织物毛细管效应的影响

图3　毛细管高度受预处理温度的影响

由图3可知，随着预处理温度的增加，织物毛细管效应有所变化，30℃到60℃时，毛细管效应明显增大，60℃时，毛细管高度已经插不进接近50mm，毛效果显著，但是温度继续升高，当预处理温度达到90℃时，毛效却有所降低，说明预处理阶段过高的温度，对丝织物有所损失，影响织物毛效。

综上所述，预处理温度影响织物的白度和毛细管效应，丝织物在预处理阶段温度达到90℃时，在预处理阶段失重偏大，且影响织物毛效。预处理温度30℃时，织物不仅没有失重，反而引入杂质，影响织物毛效。所以预处理温度不宜偏低，也不宜过高，因此选择中温60℃左右即可

2.2预处理工艺Na2CO3用量对蛋白酶脱胶的影响

2.2.1预处理阶段失重率的影响

图4　Na2CO3用量对预处理阶段织物失重率的影响

由图4可知，Na2CO3用量影响织物在预处理阶段的失重，当用量在0.5g～1g时，织物失重很小，失重率几乎没有变化；当用量在2.0g/L时，织物失重超过5%，几乎是1.0g/L时的2.5倍。而一般情况下，预处理阶段织物的失重应该很小，只是将织物表面杂质去除，而当用量在2.0g/L时，织物失重高达2.75%，说明此时预处理阶段，丝织物已经开始脱胶。

2.2.2预处理阶段Na2CO3用量对丝织物脱胶白度的影响

图5　预处理Na2CO3用量对脱胶白度的影响

由图5所示，织物白度随Na2CO3用量变化而变化，用量在0.5g/L～1g/L时，白度略有降低，但是变化不大，且白度均大于64.5；当用量为2.0g/L时，白度明显增加。说明当Na2CO3用量为2.0g/L时，织物在预处理阶段就已经开始脱胶。

2.2.3预处理Na2CO3用量对丝织物脱胶后毛效的影响

图6　Na2CO3用量对丝织物毛效影响

预处理用量的变化对织物毛效有影响，在1g/L用量内，毛效增加；用量大于1.0g/L，毛效降低；且毛效在2.0g/L时，毛效降低到近40mm；1g/L时，毛效最大，几乎接近五十。说明适当的Na2CO3用量会增加织物的毛效，但当Na2CO3用量过高时，会影响织物毛效，因此碳酸钠用量不能过高。

综上所述，Na2CO3用量过高，织物在预处理阶段失重就较大，毛效降低。虽然白度提高，但是在预处理工程就对织物失重，且增加企业成本。所以预处理的Na2CO3用量因小于1g/L，在小于1g/L的用量状态下，白度和毛效的变化不大。

2.3预处理工艺对蛋白酶脱胶的影响

2.3.1预处理工艺对蛋白酶脱胶率的影响

由于在预处理阶段，Na2CO3用量在1g/L以内，温度在60℃时，织物失重率很小，在0.2%左右，失重可忽略不计，因此可直接将预处理和脱胶过程中的织物失重率Ri看成是织物的脱胶率R2i。在60℃,1g/L的预处理条件下，其脱胶率为16.89%，整个过程即2#样的失重率为17.18%，可通过此两项，判断丝织物预处理工艺对蛋白酶脱胶的影响。

图7　预处理工艺对织物脱胶率的影响

由图7所示，织物的脱胶率受温度和Na2CO3影响，说明温度在低温时脱胶率较低，温度高于60℃，脱胶率均大于16.89%，随着Na2CO3用量增加，织物失重率增加，脱胶率增加。同时可以发现，Na2CO3用量对织物脱胶率的影响大于温度对织物脱胶率的影响，而Na2CO3用量在1.0g/L以内，脱胶率变化不大。因此只要有Na2CO3的存在，脱胶率都很好。

2.3.2预处理工艺对蛋白酶脱胶丝织物白度的影响

图8　预处理工艺对织物脱胶白度的影响

由图8所示，预处理过程可以提高织物白度，这是由于预处理过程中将织物上的杂质去除，白度提高，织物再经过蛋白酶脱胶以后，白度大幅提高，说明蛋白酶对真丝有良好的脱胶效果。预处理过程对织物白度有一定的提高，但主要还是蛋白酶处理过程提高织物白度。

2.3.3预处理工艺对蛋白酶脱胶织物的毛效影响

图9　预处理工艺对织物脱胶毛效的影响

由图9所示，织物经过预处理，毛细管高度略有增加，这是由于织物上原有的杂质被去除，织物经过蛋白酶脱胶，毛细管高度大幅上升，说明预处理工艺对毛效的影响很小，织物毛细管高度的提高主要还是在蛋白酶脱胶过程。

综上所示，预处理工艺对织物的白度、脱胶率和毛效都有一定影响，其中主要影响蛋白酶脱胶过程的脱胶率，其次是白度，对毛效影响较小。

2.4脱胶后蚕丝的手工扎染

蚕丝经最佳预处理工艺处理后进行生丝脱胶，再用直接染料染色得到手工扎染丝织物布样如图10所示。

图10　手工扎染蚕丝织物

经触摸，扎染后蚕丝织物柔软，手感良好，不易起皱，颜色鲜艳，说明预处理工艺不影响扎染中的手感、颜色鲜艳度。同时经预处理后，染色温度有所降低，可节约能源。

3结论

本文通过白度、毛效、织物失重率等探讨蚕丝预处理工艺对丝脱胶的影响，最终得出以下结论：

(1)处理温度影响织物的白度和毛细管效应，丝织物在预处理阶段温度达到90℃时，在预处理阶段失重偏大，且影响织物毛效。预处理温度30℃时，织物不仅没有失重，反而引入杂质，影响织物毛效。所以预处理温度不宜偏低，也不宜过高，因此选择中温60℃左右即可。

(2)Na2CO3用量过高，虽然织物白度提高，但是织物在预处理阶段失重就较大，毛效降低，所以预处理的Na2CO3用量因小于1g/L，在小于1g/L的用量状态下，白度和毛效的变化不大。

(3)预处理工艺主要影响蛋白酶脱胶的脱胶率，其次是白度，对毛效影响较小。

参考文献

[1]吴红玲，蒋少君. 蚕丝精练工艺探讨[J]. 江苏丝绸，2002(5) :8-11.

[2]胡学智，王俊. 蛋白酶生产和应用的进展[J]. 工业微生物，2008，38(4)：49-61.

[3]李其翔，张红.新药发现开发技术平台[M].北京：高等教育出版社，2007.

[4]樊增禄,戴瑾瑾,朱泉. 蛋白酶对羊毛的作用机理研究[J]. 纺织学报, 2002, 22(1): 19-21.

[5]高光,牟光庆. 碱性蛋白酶水解柞蚕丝素蛋白工艺的研究[J].食品工业科技, 2010(8): 245-247.

[6]高香芬，左保齐. 不同脱胶方法对蚕丝机械性能的影响[J]. 丝绸，2008(12)：30-33.

[7]Middlebrook W R，Phillips H . The application of enzymes to the production of shrinkage resistant wool and mixturefabric(J).J.S.D.C, 1941(57):137-144.

中图分类号：TS195.644

文献标识码：A

文章编号：1008-5580(2016)02-0110-05

通讯作者：谭艳君(1963-)，女，教授级高级工程师，硕士生导师。

收稿日期：2016-02-20

第一作者：刘姝瑞(1992-)，女，硕士研究生，研究方向：纺织印染新材料、新助剂、新技术的研发。