桑蚕茧不同干燥工艺对茧丝质量及品质评价的影响

来源:用户上传      作者:陈涛　宋江超　张美蓉　姚晓慧　伍冬平

　　摘要：为探究不同干燥工艺对蚕茧质量和品质的影响，制定蚕茧加工领域亟需的蚕茧干燥技术与蚕丝品质评价技术规程，对供试的桑蚕鲜茧采用不同干燥工艺处理，比较鲜茧、半干茧、干茧及过干茧4个试验组的蚕茧与茧丝质量指标，即解舒率、茧丝纤度、清洁、洁净、万米吊糙次数及生丝表面观察和红外分析，评价不同试验组的蚕茧与茧丝品质。研究结果表明：鲜茧缫丝可提高解舒率，减少万米吊糙次数，但鲜茧生丝的表面丝胶颗粒更加明显，恰当的烘茧工艺处理更有助于补正茧质，提高生丝品位。
　　关键词：桑蚕茧;干燥工艺;蚕茧质量;茧丝;品质评价
　　中图分类号：TS143. 214;S886.3
　　文献标志码：A 文章编号：1001-7003（2019）12-0066-06
　　引用页码：121110
　　2016年中国桑蚕鲜茧产量62. 41万t，可生产生丝约8万t[1]。虽然生丝总体质量平稳，但高等级产品尤其是6A级生丝的占比低。而高等级生丝对蚕茧原料质量要求度高[2]，所以保證蚕茧原料的品质显得尤为重要。中国有优质桑蚕品种和地理环境适宜的蚕茧生产基地，除进一步加强桑蚕的饲养过程和收购管理外，蚕茧加工技术也是对生丝品质优劣起决定性影响的因素之一。但目前中国原料茧的规模化加工标准缺失，无法满足国际茧丝交易市场和缫丝工业对原料茧品质标准的需求。制定蚕茧加工领域亟需的蚕茧干燥技术与蚕丝品质评价技术标准——《桑蚕茧干燥技术规程》和《桑蚕鲜（干）茧蚕丝品质评定技术规程》，有利于实现加工标准与纺织需求对接，提升蚕丝产业规模化加工质量与效益。蚕茧干燥（烘茧）是原料茧处理的关键环节，《桑蚕茧干燥技术规程》适用于桑蚕茧干燥，用标准化的技术促进蚕茧质量的提高和效益的增加，是进行茧质评价检测的标准操作规程。此外，鲜茧缫丝由于省去烘茧环节降低生产成本，以及副产品鲜蛹的高产值等优势，广西近90%的缫丝企业已经开展鲜茧缫丝[34]。然而业界对鲜茧丝存在较大分歧，有认为用鲜茧缫制的生丝和用干茧缫制的生丝相比，白度、断裂强力及断裂伸长率等性能更优[5];也有认为鲜茧丝存在丝胶含量高，生丝抱合力不好等问题。笔者认为，行业标准的制定对专业和行业的发展要有预测性和先见性，对不同类型茧缫制的产品应予以说明。
　　因此，针对蚕茧不同干燥程度对于茧质鉴定的影响，鲜茧丝和干茧丝不同品质评价标准等两方面内容，本研究以鲜茧和经不同干燥工艺处理的3种类型蚕茧为材料，参照GB/T 9111-2015《桑蚕干茧试验方法》和GB/T 1798-2008《生丝试验方法》标准检验，按照GB/T 9176-2016《桑蚕干茧》和GB/T1797-2008《生丝》对茧丝质量和缫制生丝的品质进行检验。
　　1 试验
　　1.1 材料和仪器设备
　　材料：2018年5月购进当年新鲜春蚕茧供试，品种为菁松×皓月（江苏省海安县蚕种场）。
　　仪器设备：车子风扇白控式烘茧灶（镇江维德锅炉有限公司），FD102型剥茧机（浙江省双林丝厂），RS-1000型茧质智能测试机（四川省丝绸科学研究院），YG777型全自动通风式快速恒温箱、Y731型杜泼浪式抱合机（南通三思机电科技有限公司），DMFY型单面复摇机、HBJ920型黑板机（内江市东兴区华检生丝检验设备经营部），TY8000-CRE型等速伸长试验仪（常州第二纺织仪器厂有限公司），日立高新AeroSurf1500台式扫描电镜（日立高新公司），FTIR-650傅里叶变换红外光谱仪（天津港东科技股份有限公司）。
　　1.2方法
　　1.2.1蚕茧干燥工艺
　　供试蚕茧经不同干燥工艺处理，分为鲜茧、半干茧、干茧及过于茧4个试验组。烘茧处理如下：1）鲜茧，不进行干燥处理;2）半干茧，仅进行头冲干燥工艺;3）干茧，进行头冲和二冲干燥工艺;4）过干茧，完成头冲和二冲干燥工艺后，继续保持80℃烘干约2h至蛹体可捏碎成粉。蚕茧的干燥处理具体参数见表l。
　　1.2.2茧丝质量测试与调查
　　4个试验组样品剥茧、选茧和煮茧等工艺，以及洁净试验和万米吊糙次数调查均参照GB/T9111-2015《桑蚕干茧试验方法》标准操作，并以相同的缫丝工艺进行茧丝质检验（图1），缫丝工艺如下：
　　1）解舒检验：100粒作五绪八粒定缫：
　　2）缫丝检验：缫丝绪数10绪：目的纤度22. 22/24.44 dtex（20/22 D）;
　　3）缫丝汤温：（43±2）℃，索绪汤温（94±2）℃;
　　4）车速：解舒线速90～96 m/min，缫丝线速90～96 m/min。
　　1.2.3生丝性能测试
　　采用扫描电子显微镜对蚕丝样品表面形貌进行检测。等速伸长试验仪（ CRE）测试生丝强度，隔距长度100 mm，动夹持器移动的恒定速度150 mm/min。强力读取精度≤0. 01 kg（0.1 N），伸长率读取精度≤0.1%。利用杜泼浪式抱合机调查生丝抱合性能。采用红外光谱仪对样品进行结构表征，扫描范围400～4 000 cm-1，分辨率4 cm-1，扫描次数64次。
　　1.3测算方法
　　1.3.1茧丝质量检验
　　茧丝质量检验参数的计算公式及文中涉及到的其余参数的计算公式参考标准GB/T 9111-2015《桑蚕干茧试验方法》。
　　1.3.2生丝性能测试
　　生丝性能测试（生丝含胶率、断裂伸长率、断裂强度、抱合力等）检验参数的计算公式及文中涉及到的其余参数的计算公式参考标准GB/T 1798-2008《生丝试验方法》。
　　2结果与分析
　　2.1 经不同干燥工艺处理蚕茧的解舒率
　　解舒率是衡量缫丝时茧丝离解难易程度的重要指标，解舒率高表示茧丝容易离解，利于缫丝，反之则表示茧质差。不同干燥程度蚕茧的解舒率如图2所示。鲜茧试验组解舒率最高，为92. 84%;过干茧试验组最低，为80. 90%。鲜茧、半干茧试验组与干茧试验组和过干茧试验组相比差异显著（P≤0.05），鲜茧试验组与半干茧试验组相比差异不显著（P>0. 05）。由于鲜茧未经高温、高湿的烘干过程，茧层丝胶未发生变性，其丝胶仍然保持原有的溶解性。煮茧时，在高温水的作用下，内外层丝胶均能快速膨润、溶解，蚕茧易达到适熟状态，从而有利于茧丝离解 [6]。因此，与其他试验组相比，鲜茧试验组解舒率最高。 　　2.2经不同干燥工艺处理蚕茧的茧丝纤度
　　茧丝纤度表示茧丝的粗细程度，不同干燥程度蚕茧的茧丝纤度变化情况如图3所示。过干茧试验组茧丝纤度最高2. 951 dtex（2.656 D）：鲜茧试验组最低2. 852 dtex（2. 567 D）。鲜茧试验组的茧丝纤度与其他试验组蚕茧相比差异显著（P≤0.05），而半干茧、干茧和过干茧试验组的茧丝纤度无显著差异（P>0.05）。鲜茧试验组蚕茧由于没有经过高温烘燥处理，丝胶变性程度比较低，故而在煮茧和缫丝过程中，丝胶更容易溶失，所以相对于其他试验组，鲜茧茧丝纤度较小。
　　2.3经不同干燥工艺处理蚕茧的茧丝洁净和清洁
　　清洁和洁净是桑蚕干茧主要的质量指标，也是决定生丝等级的主要项目。不同干燥程度蚕茧茧丝的洁净和清洁成绩如图4、图5所示。干茧试验组洁净最高，为96. 00分;其次是半干茧试验组，洁净为95. 00分;鲜茧和过干茧试验組洁净最低，均为94. 50分。干茧试验组清洁成绩最高，为99.0分;其次为半干茧试验组和过干茧试验组，分别为98.5分和98.0分;鲜茧试验组的清洁成绩最低，为97.5分。洁净和清洁成绩在4个试验组间呈现出相同的变化规律：干茧试验组最优，鲜茧试验组最低。
　　相对于干茧而言，鲜茧在剥茧过程中更容易产生由于蚕蛹受伤引起的内部茧层污染，而在选茧过程中不易发现，所以误选率较高。在缫丝时上茧夹杂有次茧、甚至有下茧，这都会增加各个环节小糙和小纇产生的几率，从而影响茧丝的清洁和洁净。此外，鲜茧的茧层丝胶未经变性且溶解性好，导致原料茧抗煮能力差、胶着点处解舒抵抗较小，在缫丝时易产生环纇，也会导致洁净成绩下降[7]。
　　综上所述，根据不同干燥程度蚕茧茧丝的清洁和洁净成绩判断，在现有的工艺条件下，相对于鲜茧来说，适干茧更适合高品位、高等级生丝的缫制。这是由于鲜茧缫丝的原料茧未经烘茧工序，而恰当的烘茧工艺不仅可以保全茧质，还能补正茧质，适烘有利于生丝洁净成绩的提高。
　　2.4经不同干燥工艺处理蚕茧的万米吊糙
　　万米吊糙指根据所缫制生丝的规格，平均每缫制万米生丝所发生的吊糙次数。不同干燥程度蚕茧的万米吊糙比较如图6所示。鲜茧、半干茧、干茧、过干茧试验组的万米吊糙次数依次升高，但差异不显著。鲜茧试验组的万米吊糙成绩较干茧缫丝低，这是由于鲜茧内外层丝胶在真空渗透和高温索绪后膨润、软化均匀，丝胶均匀分布在丝素周围，茧丝能够从丝胶黏结点处顺次离解，不顺次离解的情况较少。
　　2.5经不同干燥工艺处理蚕茧缫制的生丝表面形貌
　　采用扫描电子显微镜对不同干燥工艺处理蚕茧的生丝形态进行观察（图7），各试验组生丝表面纵向形态基本相同，一根生丝由多根茧丝并合而成。样品生丝表面均含有丝胶和细微的沟槽，且鲜茧生丝表面沟槽更多一些，这与许凤麟[8]、盖国平等[9]的研究结果相一致。经过烘茧过程的生丝表面丝胶均比鲜茧试验组生丝要少，干茧试验组生丝表面比较顺滑，鲜茧试验组生丝表面的丝胶颗粒更加明显。这是由于鲜茧试验组不经过烘茧处理，比干茧试验组丝胶溶失少，并且丝胶在丝素纤维表面分布杂乱、不匀称所致。
　　2.6经不同干燥工艺处理蚕茧的生丝强度和抱合力
　　为探究不同干燥工艺处理蚕茧缫制的生丝是否存在性能差异，对不同试样组的断裂伸长率、断裂强度、抱合力进行测定，试验数据如表2所示。表2显示，鲜茧、半干茧、干茧和过干茧的生丝断裂强度和抱合性能没有显著差异。
　　2.7经不同干燥工艺处理蚕茧缫制的生丝红外光谱分析
　　为探究不同干燥工艺处理蚕茧缫制生丝的表面基团变化，本研究对样品进行了红外光谱检测（图8）。从图8可以看出，所有样品特征峰位置一致，均在3 279.5 cm-1（酰胺I）、1 621.9 cm-1（酰胺I）、1 518.9 cm-1（酰胺Ⅱ）和l 232.4 cm-1（酰胺Ⅲ）处，说明经过不同程度的烘燥处理样品的表面基团没有明显差异。在烘燥程度增加后特征峰变得更强，说明随着烘燥程度的增加，生丝样品的吸光率增强，但是总体上看蚕茧烘燥没有对生丝的表面基团造成明显的影响。
　　3结论
　　通过分析，鲜茧试验组的解舒率最优，鲜茧茧丝纤度较小;干茧试验组的清洁和洁净成绩最好;万米吊糙次数随试验组样品的干燥程度依次升高;鲜茧<半干茧<干茧<过干茧，但差异不显著。生丝表面形貌观察对比发现，缫制生丝样品表面纵向形态一致，其中鲜茧试验组生丝的表面丝胶颗粒更加明显：生丝的断裂强度、断裂伸长率和抱合力均没有明显区别;红外光谱分析显示生丝样品的表面基团没有明显变化。与经过烘茧处理的试验组相比，鲜茧试验组的解舒率明显升高，但清洁和洁净成绩降低，目前工艺条件下干茧更适合于缫制高等级生丝。而恰当的烘茧工艺处理，有利于补正茧质，提高蚕茧等级和生丝等级。在一定干燥程度范围内（半干茧和干茧）蚕茧的茧丝质成绩影响不大，但过干茧的解舒率明显降低，清洁和洁净成绩也显著下降。《桑蚕茧干燥技术规程》应对蚕茧干燥工艺中的处理温度和时间进行相应规范。
　　此外，针对鲜茧丝的各种争议和问题，《桑蚕鲜（干）茧蚕丝品质评定技术规程》需要明确生丝类型，对不同类型茧缫制的产品应予以说明。建立鲜茧丝和干茧丝的不同评价标准，并引导鲜茧丝后续产业发展方向，还需要探索新的加工工艺，推广鲜茧缫丝标准技术规程，以提高鲜茧缫丝的生丝品位和稳定性。
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　　收稿日期：2019-07-01;修回日期：2019-11-15
　　基金项目：国家重大研发计划专项（2016 YFF0201900）
　　作者简介：陈涛（1968—），男，副研究员，主要从事蚕桑质量安全与标准化的研究。
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