封宝山１，２，３，黄继伟１，陶立全１，２，３，凌新龙１，林海涛１，于媛媛４，罗 文５
（１．广西科技大学生物与化学工程学院，广西 柳州 ５４５００６； ２．柳州市产品质量检验所，广西 柳州 ５４５００６；
３．国家茧丝绸产品质量监督检验中心（柳州），广西 柳州 ５４５００６； ４．中原工学院服装学院，郑州 ４５１１９１；
５．柳城县鹏鑫源茧丝绸有限公司，广西 柳城 ５４５２００）
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３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８０ ℃，理绪汤温度４０ ℃，丝鞘长度１０ ｃｍ。
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关键词 ：鲜茧缫丝；无煮茧缫丝工艺；模糊正交优化
中图分类号：Ｓ８８６．７；TS143.2+23 文献标识码：A 文章编号：0439－８114（２０15）07－1688-05
DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.07.040
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１５ ｄ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［１］。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［２］，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［３－６］、灭活保鲜［７，８］、蚕基因改良［９－１１］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［１２，１３］。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［１４－１６］。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［１７－１９］。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（８０ ℃以上）和理绪锅的低温水（５０ ℃以下）进行蚕茧的煮熟［２０］，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［２１－２３］，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［２４］。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［２５，２６］。
本试验围绕索绪温度、理绪温度、丝鞘长度３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。
１ 材料与方法
１．１ 试验材料与设备
试验材料：桑蚕鲜茧（桑蚕品种为两广２号），２０１３年６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８０％左右，装入形状为内凹形），然后放置在冷库（－５～－８ ℃）保存，待使用时按量取出。鲜茧茧质情况如表１所示。
主要试验设备：ＺＢ－１０４型煮茧机配套的机外真空渗透设备（温州丝绸机械厂），飞宇２０００型自动缫丝机、飞宇１１８型复摇机（杭州纺织机械有限公司）。
１．２ 试验方法
１．２．１ 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－５～－８ ℃，冷藏时间２０ ｄ）→选茧→真空渗透（真空度０．０９８ ＭＰａ，渗透水温３０～３５ ℃）→自动缫丝（缫丝汤温度３５ ℃，车速１８０ ｒ／ｍｉｎ）→小■丝平衡→小■丝真空给湿（真空度０．０９０ ＭＰａ，渗透２次）→复摇整理→大■丝平衡（温度２５ ℃，相对湿度７５％，放置时间２～４ ｈ）→编丝、检丝、绞丝、称丝、打包入库。
１．２．２ 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３个因素，分别记为Ａ、Ｂ、Ｃ。考察６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Ｌ９（３４）正交试验，试验因素和水平如表２所示。
２ 结果与分析
２．１ 正交试验结果
参照Ｌ９（３４）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［２７］，试验方案及结果见表３。
２．２ 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［２８］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４所示。
由表４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：①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；②当索绪汤温度过高时，棉条纇将增多，导致万米吊糙增加；③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；④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；⑤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。
２．３ 模糊正交优化
２．３．１ 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Ｘ＝｛Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３｝表示，其中，Ｘ１表示索绪汤温度，Ｘ２表示理绪汤温度，Ｘ３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Ｙ＝｛Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４，Ｙ５，Ｙ６｝表示，其中，Ｙ１表示解舒率、Ｙ２表示万米吊糙、Ｙ３表示缫折、Ｙ４表示生丝抱合力，Ｙ５表示生丝清洁成绩、Ｙ６表示生丝洁净成绩。评判矩阵的建立按照以下步骤进行。
１）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（１）所示的隶属函数对试验结果进行转换。其中，Ｉ１为数值越大越好的指标，Ｉ２为数值越小越好的指标。Ｙｉｊ和Ｙｉｊ*分别表示试验结果的实测值和转换值，ＭＡＸ（Ｙｉ）和ＭＩＮ（Ｙｉ）分别表示某试验指标的最大值和最小值，ｍ为评价指标数（ｍ＝６），ｎ为试验方案数（ｎ＝９）。
Ｙｉｊ*＝■，ｉ∈Ｉ１ ■，ｉ∈Ｉ２（ｉ＝１，２，…ｍ；ｊ＝１，２，…ｎ）（１）
２）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（２）所示。其中，ｅｉｊ为各因素水平对应的指标水平均值；Ｙｉｊ*（ｋ）为不同因素的第ｋ水平所对应的数据转换值；Ｋ为水平数（Ｋ＝３）。
ｅｉｊ＝■（ｉ＝１，２，…ｍ；ｊ＝１，２，…ｋ） （２）
３）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（３）所示。
ｔｉｊ＝■ （３）
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５所示。
２．３．２ 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２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：
１）确定最优方案和最劣方案。各方案指标的最优方案Ｕｉ*和最劣方案Ｕｉ*分别为：
Ｕ*＝（ｕ*１，ｕ*２，…ｕ*ｍ），Ｕ*＝（ｕ１*，ｕ２*，…ｕｍ*） （４）
式中，ｕ*ｉ＝■■ ，
ｕｉ*＝■■
其中，Ｉ１为数值越大越好的指标，Ｉ２为数值越小越好的指标。
２）计算偏差矩阵。各方案与最优方案Ｕｉ*和最劣方案Ｕｉ*的相对偏差矩阵利用公式（５）计算。
Ｒ＝（ｒｉｊ）ｍ×ｎ，Δ＝（?啄ｉｊ）ｍ×ｎ （５）
式中：ｒｉｊ＝■，
?啄ｉｊ＝■（ｉ＝１，２，…ｍ；ｊ＝１，２，…ｎ）
３）计算夹角余弦向量。Ｒ的行向量与Δ的行向量的夹角余弦为：
Ｃ＝（ｃ１，ｃ２，…，ｃｍ） （６）
式中，ｃｉ＝■（ｉ＝１，２，…ｍ）
４）计算权重向量。将夹角余弦向量归一化后得到权向量为：
Ｗ＝（ｗ１，ｗ２，…，ｗｍ） （７）
式中，ｗｉ＝■
按上述步骤计算可得，Ｗ＝（０．１４９，０．１６３，０．１４２，
０．２０６，０．１２８，０．２１２）。
２．３．３ 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：
Ｍｆ＝Ｗ×Ｔｆ （８）
可分别计算因素Ａ、Ｂ、Ｃ的综合评判结果，如表６所示。由表６可知，ＭＣ２＞ＭＢ３＞ＭＡ１，即丝鞘长度＞理绪汤温度＞索绪汤温度。最佳的工艺组合为Ｃ２Ｂ３Ａ１，即索理绪汤温度８０ ℃，理绪汤温度４０ ℃，丝鞘长度１０ ｃｍ。
３ 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８０ ℃，理绪汤温度４０ ℃，丝鞘长度１０ ｃｍ。
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。
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