鲜茧缫生丝与干茧缫生丝的性能对比

黄继伟，洪基武，林海涛，程谦伟，蒋 芳，罗 文

(1.广西科技大学生物与化学工程学院，广西柳州545006;2.柳城县鹏鑫源茧丝绸有限公司，广西柳城545200)

鲜茧缫丝是利用不经烘干的鲜茧直接进行缫丝的技术，该技术省去了烘茧工序，降低了能源消耗，在缫丝能力足够大的条件下，将是一种值得探索的缫丝技术。该技术的发展有赖于鲜茧保鲜[1-3]、蚕品种改良[4-6]等相关技术研究的开展，而其后续相关工艺的研究中[7-8]，鲜茧缫制的生丝(以下简称“鲜茧丝”)与干茧缫制的生丝(以下简称“干茧丝”)之间是否存在性能差异，是该技术进一步发展中的关键问题。现采用同一庄口、同一缫丝企业生产的鲜茧丝和干茧丝为实验原料，对比分析了鲜茧丝在含胶率、白度、抱合力、继裂强度和断裂伸长率等方面的性能，并通过X射线衍射、FT-IR手段分析了干茧丝与鲜茧丝的纤维结构，以期为鲜茧缫丝技术推广与应用提供参考。

1 实验

1.1 实验材料与仪器

试样准备:干茧丝、鲜茧丝为同一庄口的夏茧在同一缫丝企业(广西柳城县鹏鑫源茧丝绸有限公司)缫制，生丝规格均为22.2/24.4 dtex，两者的缫制工艺流程如下:1)干茧丝:鲜茧收购→热风烘干→剥、选茧→高温触蒸→触蒸平衡→机外真空渗透→煮茧→缫丝→丝小给湿、平衡→复摇→摇取检验样丝;2)鲜茧丝:鲜茧收购→剥、选茧→速冻(－22℃ ～－26℃)→低温恒温库储存→机外真空渗透→缫丝→丝小给湿、平衡→复摇→摇取检验样丝。

实验仪器:HH-6数显恒温水浴锅(常州国华电器有限公司);XD5102T型电子天平，YB802N型八篮恒温烘箱，WSB-3A智能式数字白度仪，Y731D型抱合力机，YG(B)021HL电子复丝强力机(温州大荣纺织仪器有限公司);ZLB80型恒温恒湿箱(广州美亦丰试验设备有限公司);Nicolet Nexus470型FT-IR红外光谱仪(美国 Thermo Nicolet公司);X’Pert Pro MPD型X射线衍射仪(荷兰帕纳科公司)。

1.2 实验方法

1.2.1 生丝含胶率测定

1)取样:用检尺器分别摇取干茧丝和鲜茧丝各9绞，在同一天的同一时段分别称其质量，记为M1。对于同类型的9绞生丝，3绞用于回潮率测定，6绞用于含胶率测定。

2)回潮率测定:参照GB/T 9995—1997《纺织材料含水率和回潮率的测定 烘箱干燥法》，将用于测定回潮率的3绞生丝烘干，并分别称重，记为M2。按照式(1)分别计算各绞生丝的回潮率，然后取上述3绞生丝回潮率平均值作为该批样丝的回潮率。

按此步骤，可分别得到鲜茧丝和干茧丝取样称重时的回潮率，利用测得的回潮率和步骤1)中取样时称取的原重，可计算得到各绞试样的干重，记为M3:

3)含胶率的测定:将用于含胶率测定的6绞丝，分成3组，每组2绞。分别对每组2绞样丝按照GB/T 1798—2008《生丝试验方法》中生丝含胶率的检验方法规定的脱胶工艺进行脱胶后，将试样按放入烘箱烘至恒重，称记脱胶后干重为M4。则生丝的含胶率为:

对同一生丝试样含胶率连续测定2次，前后2次生丝含胶率差异不超过2%的测定结果的平均值，为该生丝试样的实测平均含胶率。

1.2.2 生丝白度的测定

将干茧丝、鲜茧丝分别剪成粉末，压制成表面平整、无凹凸面的试样面，使用白度仪分别测定各样品的白度值。在同一测试条件下，连续3次测定结果之差不大于0.3的测定结果的平均值为试样白度值。

1.2.3 生丝抱合力的测定

干茧丝和鲜茧丝的抱合力测定方法均按GB/T 1798—2008《生丝试验方法》执行。

1.2.4 生丝强伸度测定

1.2.5 X 射线衍射分析

分别将干茧丝、鲜茧丝剪碎，并研磨成微小的粉状颗粒，用筛子筛选能过80目的微粒用于测试。使用荷兰帕纳科公司生产的X'Pert Pro MPD型X射线衍射仪，在管电压40 kV，管电流40mA，使用Cu Kα线，扫描速度为2°/min的条件下记录得到 2θ在10°～60°的衍射强度曲线。

1.2.6 红外光谱分析

将干茧丝、鲜茧丝分别剪成粉状微粒，用KBr压片制样，用美国 Thermo Nicolet公司生产的 Nicolet Nexus470型FT-IR红外光谱仪测定，扫描范围为400～4 000 cm－1，测得各生丝样品的红外吸收光谱。

1.2.7 相关参照标准

实验参考了以下标准:GB/T 1798—2008《生丝试验方法》;FZ/T 40004—2009《蚕丝含胶率试验方法》;GB/T 6682—2008《分析实验室用水规格和试验方法》;GB/T 9995—1997《纺织材料含水率和回潮率的测定 烘箱干燥法》。

2 结果与讨论

2.1 生丝含胶率的对比分析

干茧丝与鲜茧丝的含胶率测定结果如表1所示。

表1 生丝的含胶率Tab.1 Thesericin content of rawsilk

由表1可知，鲜茧丝的含胶率明显大于干茧丝。分析认为，这与鲜茧缫丝在缫丝前只进行机外真空渗透处理工艺有关[9]。另外，由于鲜茧经烘燥、还性处理后，丝胶向易溶化趋势发展，使得干茧煮茧时丝胶更易溶失。

2.2 生丝白度的对比分析

干茧丝、鲜茧丝的白度测定结果如表2所示。

表2 生丝的白度Tab.2 The whiteness degree of rawsilk

由表2可知，与干茧丝的白度相比，鲜茧丝的白度较高。分析认为，导致干茧丝白度相对较低的原因是干茧丝在生产的过程中原料茧要经过长时间高温烘茧、高温触蒸等工艺，造成芳香族氨基酸残基氧化，从而导致生丝黄变;另外，干茧在缫丝以前需要经过多道工序，易造成茧内的蛹油溢出，污染茧层，在缫丝的过程中部分蛹油和有色物质没有被除掉，仍然吸附在生丝表面，影响了生丝的白度。

2.3 生丝的抱合力的对比分析

干茧丝、鲜茧丝的抱合力测定结果如表3所示。

表3 生丝的抱合力Tab.3 The cohesive force of rawsilk

由表3可知，与鲜茧丝的抱合力相比，干茧丝的平均抱合力要高11次，CV值低5.83%。此结果说明，鲜茧丝和干茧丝的抱合存在较大的差异，干茧丝的抱合比较稳定，而鲜茧丝却很不稳定。分析认为，干茧丝经过煮茧后丝胶膨胀更充分，有利于缫丝并合后的茧丝间的抱合，而鲜茧丝是采用经冷冻或未经任何高温处理的鲜茧直接缫制而成，仅依靠高温索绪锅内的水和热的作用对丝胶进行膨润、溶解，很难达到适宜的丝胶膨胀度[10-12]，更不利于丝胶在生丝表面均匀分布。加上为防止温度过高，茧层溃烂，鲜茧缫丝工艺过程中的温度相对干茧缫丝要低，丝胶的膨润程度小，导致鲜茧丝抱合力小且不匀。

2.4 生丝拉伸性能的对比分析

表4为干茧丝、鲜茧丝拉伸性能的测定结果。

表4 生丝的拉伸性能Tab.4 Thestrength of rawsilk

由表4可以看出，与干茧丝相比，鲜茧丝的平均断裂强度提高 0.37 cN/dtex，断裂伸长率增加0.97%，且鲜茧丝的断裂强度和断裂伸长率的CV值均较干茧丝的小，这说明鲜茧丝的强力性能比较稳定。生丝伸长率与丝纤维丝胶含量的多少有密切关系。一般来说，丝胶含量高，在生产过程中丝胶溶失又少的原料，其延伸性就好;反之则差[13-14]。本实验的2.1部分结果表明，与干茧丝的含胶率相比，鲜茧丝的含胶率较高，故鲜茧丝的伸长率较好且稳定。当然，生丝的强度和伸长率还受缫丝张力、生丝的回潮率、复摇工艺等因素的影响，鲜茧缫丝工艺对生丝强力的影响还需要进一步研究。

2.5 X射线衍射对比分析

根据前人的研究结果，丝素蛋白分为SilkⅠ型和SilkⅡ型，SilkⅠ型的主要衍射特征峰的2θ分别为12.2°(中强)、19.7°(强)、24.7°(中)、28.2°(中)、32.3°(中弱)、36.8°(中弱)、40.1°(中弱);silkⅡ型主要衍射峰的 2θ分别为 9.1°(中强)、18.9°(中强)、20.7°(很强)、24.3°(弱)、39.7°(弱)[16-17]。将 X 射线衍射曲线采用Savitzky-Golay 51点2次平滑处理后得 XRD 图[18]，如图1所示。

图1 生丝的X射线衍射曲线Fig.1 The XRD curves of rawsilk

由图1可知，鲜茧丝在2θ为20.7°处出现了很强的衍射峰，干茧丝在2θ为20.1°出现了很强的衍射峰，但在12.2°未出现中强的衍射峰、也未在19.7°附近出现强的衍射峰，这表明鲜茧丝与干茧丝均以SilkⅡ型的晶体结构为主，且在结构上无明显差异。衍射峰的位置与纯丝素的SilkⅡ型相比有些偏移，衍射曲线不规则，是由于受生丝表面覆盖的丝胶(20%～30%)无定形松散结构的影响。

2.6 红外光谱对比分析

蛋白质分子的构象可以根据其红外光谱曲线上的酰胺Ⅰ、酰胺Ⅱ及酰胺Ⅴ吸收峰的位置加以分析和判断[19]。干茧丝、鲜茧丝的红外光谱如图2所示。

图2 生丝的红外光谱Fig.2 The FTIRspectra of rawsilk

由图2可知，干茧丝的特征峰在1 653.3 cm－1(酰胺Ⅰ)、1 523.5 cm－1(酰胺Ⅱ)、1 228.2 cm－1(酰胺Ⅲ)、630.1 cm－1(酰胺Ⅳ)处;鲜茧丝的特征峰在1 652.0 cm－1(酰胺Ⅰ)、1 520.4 cm－1(酰胺Ⅱ)、1 237.4 cm－1(酰胺Ⅲ)、638.4 cm－1(酰胺Ⅳ)处。干茧丝与鲜茧丝的特征吸收峰接近，干茧丝与鲜茧丝的丝素纤维的构象均以无规卷曲结构为主，且具有β-折叠构象的特征。但鲜茧丝的丝素纤维的β-折叠构象的特征较弱，即鲜茧丝含有更多的未β化的无规卷曲肽链。干茧丝与鲜茧丝的红外光谱分析表明，两者在结构上没有明显的差异，这与X射线衍射分析的结果是一致的。

3 结论

1)与干茧生丝相比，鲜茧生丝的含胶率较大，白度较高;鲜茧生丝的平均断裂强度和断裂伸长率均有提高，且不同丝绞之间的生丝强力的变异系数较小，即生丝纤维的拉伸性能更加稳定。但是鲜茧生丝的抱合力小且不匀，而生丝的抱合性能直接影响丝绸产品的加工和使用性能，故为了推广鲜茧缫丝技术，应该对改善鲜茧丝的抱合力问题作进一步的研究。

2)对干茧生丝与鲜茧生丝的结构研究表明，两者在结构上没有太大的差异，主要以无规卷曲结构和β-折叠的结晶结构为主。

[1]黎武，袁永扬，庞华兴，等.二氧化碳杀蛹鲜茧贮存及干冰速冻杀蛹机具的研究[J].广东蚕业，2009，43(1):43-46.LIWu，YUAN Yongyang，PANG Huaxin，etal.Research onstorage of fresh cocoon and killing pupa machine with drikold[J].Guangdong Canye，2009，43(1):43-46.

[2]张辉，陈芳艳，黄自然.干冰杀蛹及冻茧煮茧工艺的初步研究[J].广东蚕业，2011，45(3):31-34.ZHANG Hui，CHEN Fangyan，HUANG Ziran.Research on cocoon cocking process with cocoon pupa be killed by drikold[J].Guangdong Canye，2011，45(3):31-34.

[3]闵思佳，杜月芳，金先德，等.鲜茧冷藏温度和时间对茧质的影响[J].纺织学报，1993，14(9):417-420.MIN Sijia， DU Yuefang， JIN Xiande， etal. Effect of temperature and time on property of fresh cocoon by coldstorage[J].Journal of Textile Research，1993，14(9):417-420.

[4]王晓娟.转BmKIT3R基因对家蚕发育与生存率的影响[D].苏州:苏州大学，2010.WANG Xiaojuan.Effect of Transferring BmKIT3R Gene into Genome on Development and Survival Rate of Bombyx Mori[D].Suzhou:Soochow University，2010.

[5]张星.转egt基因对家蚕生长发育的影响[D].苏州:苏州大学，2010.ZHANG Xing.Effect on the Development of Bombyx Mori by Transferring egt Gene[D].Suzhou:Soochow University，2010.

[6]童德胜.控制蛹期发育的家蚕GAL4/UAS双元系统的建立及江苏蚕桑生产调查[D].苏州:苏州大学，2011.TONG Desheng.Construction of GAL4/UAS Binary Transgenic System for Controlling Pupal Development of Bombyx Mori and Investigation of Sericulture Production in Jiangsu Province[D].Suzhou:Soochow University，2011.

[7]陈树明，杨小芳.积极探讨鲜茧缫丝的系列配套技术[J].四川蚕业，2002(1):44-46.CHEN Shuming，YANG Xiaofang.Discussion of a completeset of techniques that reeling with fresh cocoon[J].Sichuan Silk，2002(1):44-46.

[8]张国兵.鲜茧直接缫丝工艺的研究与探讨[J].轻纺工业与技术，2011，40(4):7-9.ZHANG Guobing.Discussion and research of reeling technology with fresh cocoon[J].Guangxi Textile Science ＆Technology，2011，40(4):7-9.

[9]谢瑞娟，黄韶恩，李春萍，等.煮茧与否对丝纤维性能的影响[J].丝绸，2010(4):20-23.XIE Ruijuan，HUANG Chaoen，LIChunping，etal.Effect of non-cocoon cooking onsilk fiber properties[J].Journal of Silk，2010(4):20-23.

[10]乔铁军，王仑，张秀琍，等.干茧丝与鲜茧丝抱合指标的差异性实验与分析[J].丝绸，2009(10):32-33.QIAO Tiejun，WANG Lun，ZHANG Xiuli，etal.The cohesive force difference experiment and analysis between drying-cocoonsilk and fresh-cocoonsilk[J].Journal of Silk，2009(10):32-33.

[11]刘永德，马纪爱，姬秀娟.对泰安生丝抱合次数的检验和分析[J].丝绸，2002(12):14-16.LIUYongde，MA Jiai，JIXiujuan.Experiment and analysis on the cohesive force of Tai'ansilk[J].Journal of Silk，2002(12):14-16.

[12]钱镇海.生丝抱合成绩的影响因素分析及其对策[J].国外丝绸，2004(2):1-4.QIAN Zhenhai.Influencing factor analysis and countermeasure about the cohesive force ofsilk[J].Silk Textile Technology Overseas，2004(2):1-4.

[13]李广兰.如何提高自动缫生丝断裂伸长率[J].丝绸，1999(3):15-18.LIGuanglan.How to improve elongation atbreak ofsilk that bemade the automatic reeled[J].Journal of Silk，1999(3):15-18.

[14]刘玉宽，刘新运.生丝复丝强伸力电子检测数据(CRE)适用性的探讨[J].丝绸，2007(5):18-20.LIU Yuekuan，LIU XinYun.Discussion on adaptation of electronic test data(CRE)ofsilk multifilament tensility[J].Journal of Silk，2007(5):18-20.

[15]闻荻江，王辉，朱新生.丝素蛋白的构象与结晶性[J].纺织学报，2005，26(1):110-112.WEN Dijiang，WANG Hui，ZHU Xinsheng.Conformation and crystalline ofsilk fibroin[J].Journal of Textile Research，2005，26(1):110-112.

[16]吴徵宇，金宗明，徐力群.丝素的结晶度和结构变化的研究[J].蚕业科学，1993，19(2):105-110.WUWeiyu，JIN Zongming，XU Liqun.Research on change about the crystallinity andstructure of fibroin[J].Science of Sericulture，1993，19(2):105-110.

[17]MAGOSHI J，MAGOSHI Y，NAKAMURA S，etal.Physical properties andstructure ofsilk.V.thermal behavior ofsilk fibroin in the random-coil conformation[J].Journal of Polymer Science:Polymer Physics Edition，1977，15(9):1675-1683.

[18]GORRY P A. General least-squaressmoothing and differentiation by the convolution(Savitzky-Golay)method[J].Analytical Chemistry，1990，62(6):570-573.

[19]左保齐，吴徵宇，严春，等.甲醇、乙醇凝固剂对再生丝素纤维性能的影响[J].材料科学与工程学报，2004，22(6):842-846.ZUO Baoqi，WU Weiyu，YAN Chun，etal.Effect of Coagulants from methand and ethanol on property of the regeneratedsilk fiber[J].Journal of Materials Science ＆Engineering，2004，22(6):842-846.