鲜茧无煮茧缫丝工艺及其模糊正交优化的研究.doc

鲜茧无煮茧缫丝工艺及其模糊正交优化的研究 封宝山，黄继伟，陶立全，凌新龙，林海涛，于媛媛，罗文 （广西科技大学生物与化学工程学院，广西柳州；柳州市产品质量检验所，广西柳州； 国家茧丝绸产品质量监督检验中心（柳州），广西柳州；中原工学院服装学院，郑州； 柳城县鹏鑫源茧丝绸有限公司，广西柳城） 摘要：针对鲜茧无煮茧缫丝中的索绪汤温度、理绪汤温度和丝鞘长度个工艺参数，以解舒率、万米吊糙、缫折、生丝抱合力、生丝清洁成绩和洁净成绩为指标，研究了工艺参数对各项指标影响的显著性，并采用模糊正交法对工艺参数进行了优化分析。结果表明，索绪汤温度和理绪汤温度对解舒率、万米吊糙、缫折、生丝清洁成绩影响显著，丝鞘长度对生丝抱合力影响显著。最优的工艺组合为索绪汤温度，理绪汤温度，丝鞘长度。 关键词：鲜茧缫丝；无煮茧缫丝工艺；模糊正交优化 ：；TS143.2+23：A：0439114（15）071688-05 DOI:10.14088/j.ki.issn0439-8114.xx.07.040 缫丝的最早技法是以鲜茧为原料进行工艺处理，即鲜茧缫丝。但未经任何处理的鲜茧一般只可保存左右，当缫丝能力有限时，鲜茧岀蛾、霉烂等现象严重。烘茧技术出现后，采用干茧缫丝才逐渐成为缫丝的主要方式。近年来，随着蚕茧和劳动力成本的增加，很多地区的缫丝企业出现亏损，而鲜茧缫丝省去了烘茧工序，能源消耗低，副产品价值高，在一定程度上缓解了蚕茧成本增加带来的压力。另外，鲜茧冷冻贮藏、灭活保鲜，、蚕基因改良等技术的发展，为解决鲜茧贮藏问题提供了技术支持，使得鲜茧缫丝重新受到重视。 由于鲜茧茧质与干茧茧质存在差异，干茧缫丝工艺并不完全适用于鲜茧缫丝，。首先，鲜茧缫丝时，鲜茧内的蚕蛹含有大量水分，若采用煮茧机进行煮茧，易使蛹体煮熟，蛹油、蛹酸浸出，蛹体成分流失。然而，鲜茧缫丝的一个重要优势是可获得鲜蛹，鲜蛹可作为蚕蛹类食品或药品的原料出售，其附加值较高。因此，鲜茧缫丝通常采用无煮茧缫丝工艺，即蚕茧经过真空渗透后，不经煮茧机煮茧，直接将真空渗透后的鲜茧置于自动缫丝机的车头进行索理绪，然后进行缫丝。无煮茧是指未经过煮茧机煮茧，蚕茧的煮熟作用发生在缫丝机的车头部位。通过索绪锅的高温水（以上）和理绪锅的低温水（以下）进行蚕茧的煮熟，由于该部位对蚕茧作用较小且时间短，对鲜茧蚕蛹的影响也较小，并且这种方式相对于煮茧机煮熟要弱的多，可在较大程度上避免蚕蛹蛹油、蛹酸的浸出，较好地保全蚕蛹的营养成分。其次，鲜茧缫丝所得生丝的抱合力较差，根据生丝形成机理分析认为，通过增加丝鞘长度可以改善生丝的抱合力，但丝鞘长度的增加势必导致生丝丝条上的张力增加，进而导致缫丝解舒率下降。因此，有必要对鲜茧无煮茧缫丝工艺进行分析和优化。本试验选用模糊正交试验和分析方法进行研究。模糊正交优化是基于模糊数学理论，通过对正交试验结果的模糊化，分析估计主效应因子以及估计因素间最佳搭配的方法，适用于多因素、多水平、多响应指标的正交试验结果分析，。 本试验围绕索绪温度、理绪温度、丝鞘长度个工艺参数，以解舒率、万米吊糙、缫折、生丝抱合力、生丝清洁成绩和洁净成绩为指标，采用模糊正交优化法，对鲜茧无煮茧缫丝工艺进行了优化，以期对鲜茧缫丝技术的推广提供参考。 材料与方法 试验材料与设备 试验材料：桑蚕鲜茧（桑蚕品种为两广号），年月由广西柳城县鹏鑫源茧丝绸有限公司收购。鲜茧收购后，经过分拣、称质量后装入篮筐（盛装量为篮筐容量的左右，装入形状为内凹形），然后放置在冷库（）保存，待使用时按量取出。鲜茧茧质情况如表所示。 主要试验设备：型煮茧机配套的机外真空渗透设备（温州丝绸机械厂），飞宇型自动缫丝机、飞宇型复摇机（杭州纺织机械有限公司）。 试验方法 鲜茧缫丝加工工艺流程鲜茧收购冷藏（冷库冷藏，冷藏温度为，冷藏时间）选茧真空渗透（真空度，渗透水温）自动缫丝（缫丝汤温度，车速）小丝平衡小丝真空给湿（真空度，渗透次）复摇大丝平衡（温度，相对湿度，放置时间）编丝、检丝、绞丝、称丝、打包入库。 正交试验设计鉴于鲜茧缫丝的加工流程，在充分考虑鲜茧特点的情况下，考察索绪汤温度、理绪汤温度、丝鞘长度个因素，分别记为、。考察个指标，分别是解舒率、万米吊糙、缫折、生丝抱合力、生丝清洁成绩和洁净成绩。选用（）正交试验，试验因素和水平如表所示。 结果与分析 正交试验结果 参照（）正交试验因素水平，制定试验方案，并进行缫丝试验。在缫丝试验过程中测定解舒率、万米吊糙和缫折等指标，缫丝所得生丝进行抱合力、清洁成绩和洁净成绩的测定，试验方案及结果见表。 各指标显著性分析结果 缫丝工艺设定时，需要根据缫丝成绩的侧重，有针对性地调整工艺参数，因此，需要研究影响缫丝成绩各指标的主要因素。本研究采用单因素方差分析法对试验结果中各指标的显著性进行分析，找出影响各指标的主要因素，各指标显著性检验方差分析结果如表所示。 由表可知，影响解舒率的主要因素是索绪汤温度，其次是理绪汤温度。影响万米吊糙的主要因素是索绪汤温度，且显著性较弱。影响缫折的主要因素是索绪汤温度。影响抱合力的主要因素是丝鞘长度。影响清洁成绩的主要因素是理绪汤温度，其次是索绪汤温度。影响洁净成绩的因素均不显著。分析认为：鲜茧缫丝的蚕茧煮熟作用主要发生在索绪和理绪部位，因此，索绪汤和理绪汤温度的配置对缫丝解舒率有影响，索绪汤温度高有利于茧丝丝胶的溶解，进而有利于茧丝的离解，提高缫丝的解舒率；当索绪汤温度过高时，棉条纇将增多，导致万米吊糙增加；理绪汤温度对理绪效果有一定影响，理绪汤温度高有利于理清篷糙茧，进而有利于提高生丝的清洁成绩；丝鞘长度增加时，形成生丝的茧丝受到的挤压力大，有利于提高生丝的抱合力；生丝洁净成绩与桑蚕的饲养有关，本研究的工艺条件对生丝洁净成绩的影响不显著。 模糊正交优化 因素集、指标集和模糊评判矩阵的建立采用模糊正交优化时，首先需要建立因素集、评价集和模糊评判矩阵。本试验被考察的因素分别为索绪汤温度、理绪汤温度和丝鞘长度，其因素集可用，表示，其中，表示索绪汤温度，表示理绪汤温度，表示丝鞘长度。考察的指标分别为解舒率、万米吊糙、缫折、生丝抱合力、生丝清洁成绩和洁净成绩，则评价集可用，表示，其中，表示解舒率、表示万米吊糙、表示缫折、表示生丝抱合力，表示生丝清洁成绩、表示生丝洁净成绩。评判矩阵的建立按照以下步骤进行。 ）根据择大而优的原则建立隶属函数。因模糊正交优化是按照择大而优的原则来进行结果评判的，需要通过建立隶属度函数对试验指标进行转换，以满足望大指标的要求。采用式（）所示的隶属函数对试验结果进行转换。其中，为数值越大越好的指标，为数值越小越好的指标。和*分别表示试验结果的实测值和转换值，（）和（）分别表示某试验指标的最大值和最小值，为评价指标数（），为试验方案数（）。 *，（，；，）（） ）计算各因素在各个指标上所对应的水平均值。通过计算各因素在各个指标上所对应的水平均值，可以表征因素水平上贡献的大小，作为评语来评判因素水平的优劣，计算如公式（）所示。其中，为各因素水平对应的指标水平均值；*（）为不同因素的第水平所对应的数据转换值；为水平数（）。 （，；，）（） ）归一化处理。为消除各指标的单位不同带来的数值差异性对分析评价结果的影响，需要对上述水平均值进行归一化处理，计算如公式（）所示。 （） 按照上述计算步骤，对本试验的结果进行计算后可得到模糊评判矩阵结果，如表所示。 权重向量的确定在进行模糊综合评判时，需要确定各指标的权重，通常有专家赋权法和客观定权法种，本试验选用客观赋权法，根据夹角余弦幅度法确定权重。计算过程如下： ）确定最优方案和最劣方案。各方案指标的最优方案*和最劣方案*分别为： *（*，*，*），*（*，*，*）（） 式中，*， * 其中，为数值越大越好的指标，为数值越小越好的指标。 ）计算偏差矩阵。各方案与最优方案*和最劣方案*的相对偏差矩阵利用公式（）计算。 （），（?啄）（） 式中：， ?啄（，；，） ）计算夹角余弦向量。的行向量与的行向量的夹角余弦为： （，）（） 式中，（，） ）计算权重向量。将夹角余弦向量归一化后得到权向量为： （，）（） 式中， 按上述步骤计算可得，（， ，）。 综合评判和水平优选根据权重和模糊评判矩阵的关系，由模糊综合评判模型得到： （） 可分别计算因素、的综合评判结果，如表所示。由表可知，即丝鞘长度理绪汤温度索绪汤温度。最佳的工艺组合为，即索理绪汤温度，理绪汤温度，丝鞘长度。 小结与讨论 通过正交试验的模糊优化分析可知，试验研究的因素中，各因素对试验结果的影响顺序为丝鞘长度、理绪汤温度、索绪汤温度。最佳工艺组合为索理绪汤温度，理绪汤温度，丝鞘长度。 影响解舒率的因素主要是索绪汤温度，其次是理绪汤温度。影响万米吊糙的主要因素是索绪汤温度，且显著性较弱。影响缫折的主要因素是索绪汤温度。影响抱合力的主要因素是丝鞘长度。影响清洁成绩的主要因素是理绪汤温度，其次是索绪汤温度。影响洁净成绩的因素均不显著。 根据上述结论，在实际生产中，应有针对性地进行工艺的设置，如鲜茧缫丝解舒率差时可以通过提高索绪汤温度进行改善，但需要注意万米吊糙的增减情况。鲜茧生丝抱合力差时可以通过增加丝鞘长度进行改善，生丝清洁成绩差时可以通过提高理绪汤温度进行改善。 参考文献： 金琳中国古代杀蛹贮茧史蚕桑通报，（）： 朱良均缫丝方法创新的技术经济探讨蚕桑通报，（）：， 陈树明，杨小芳积极探讨鲜茧缫丝的系列配套技术四川蚕业，（）： 朱华成速冻、冷藏鲜茧缫丝系列配套技术的应用安徽科技，（）： 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广东蚕业，（）： 张辉，陈芳艳，黄自然干冰杀蛹及冻茧煮茧工艺的初步研究广东蚕业，（）： 程谦伟，黄继伟，孟陆丽，等一种鲜茧灭活的方法中国专利：， 孟陆丽，黄继伟，程谦伟，等一种鲜茧的保鲜方法中国专利：， 王晓娟转基因对家蚕发育与生存率的影响江苏苏州：苏州大学， 张星转基因对家蚕生长发育的影响江苏苏州：苏州大学， 童德胜控制蛹期发育的家蚕双元系统的建立及江苏蚕桑生产调查江苏苏州：苏州大学， 罗军关于鲜茧缫丝的条件与生丝品质国外丝绸，（）： 张国兵鲜茧直接缫丝工艺的研究与探讨轻纺工业与技术，（）： 王敦，白耀宇，张传溪家蚕蛹营养成分及其开发利用研究进展昆虫知识，（）： 宋燕青，邓树海，隋志义，等蚕蛹药用成分及其提取工艺研究概况中国生化药物杂志，（）： 魏兆军，廖爱美，胡海梅，等蚕蛹油的成分、营养价值及提取工艺研究进展安徽农业科学，（）：， 黄继伟，林海涛，宁晚娥，等有无煮茧工序的自动缫丝成绩对比及讨论丝绸，（）： 肖海波，李军生，阎柳娟，等磺化蓖麻油应用于无煮茧自动缫丝工艺的研究丝绸，（）： 吕小林无煮茧自动缫丝新工艺技术研究丝绸，（）： 浙江省丝绸公司制丝手册北京：纺织工业出版社， 乔铁军，王仑，张秀琳，等干