不同采茧条件对茧丝性能的影响
徐新雨 杨娟亚 张文静 闫佳敏 江文斌
摘要：为研究当前普遍存在的蚕农提前采茧售茧对茧丝性能的影响，通过选用两个不同庄口、茧季、品种的样茧为原料，观察家蚕化蛹过程中蛹体变化情况，测定蚕茧解舒性能、生丝清洁及洁净成绩、抱合性能、力学性能等多项指标。结果表明：提前采茧会影响家蚕化蛹率和存活率，采茧越早毛脚率越高;提前采茧对蚕茧的解舒性能影响较大，特别是集中采茧的方式会导致茧丝胶着和丝条离解困难;提前采茧不会对茧丝的微观结构和二级结构产生影响，对生丝的清洁及洁净成绩、抱合性能和力学性能影响不大。研究发现提前采茧会对蚕茧及茧丝性能产生影响，为保证生丝品质和产品质量，应在适期内进行采茧。
关键词：蚕茧;提前采茧;茧丝;生丝;性能测试
中图分类号：TS195.5文献标志码：A文章编号：1009265X（2022）03012207
Effects of different cocoon harvesting conditions on bave properties
XU Xinyu YANG Juanya ，ZHANG Wenjing YAN Jiamin JIANG Wenbin
Abstract：
To investigate the influence of silkworm farmers" common practice of early cocoon harvesting and selling on the performance of cocoon silk， two sample cocoons with different lots， cocoon seasons and silkworm varieties were selected as raw materials to observe the changes of pupae in the process of silkworm pupation， measure the reelability of cocoon， raw silk cleanness and neatness performance， cohesion performance， mechanical properties and other related indicators. The results showed that early cocoon harvesting would affect silkworm pupation rate and survival rate， and the earlier cocoon harvesting， the higher the immature cocoon rate. It would have a great influence on the reelability of cocoon， and in particular， the centralized cocoon harvesting method will lead to difficulty in silk gumming and silk sliver dissociation. But early cocoon harvesting would not affect the microstructure and secondary structure of cocoon silk， with slight effect on the cleanness and neatness performance， cohesion performance and mechanical properties of raw silk. It is found that early cocoon harvesting will influence the performance of cocoon and cocoon silk. In order to ensure the quality of raw silk and silk products， cocoon should be harvested during an appropriate period.
Key words：
cocoon; early cocoon harvest; cocoon silk; raw silk; performance testing
中国是世界上最大的茧丝绸生产国与贸易国，蚕茧和生丝的产量占全球总产量的70%以上[1]。蚕茧质量是中国茧丝绸行业发展的关键一环，直接关系到生丝品质、产品档次等问题[2]。但由于蚕茧市场的无序竞争，蚕农过早采茧售卖的现象屡禁不止，使得蚕茧质量与生丝品质受到严重影响。正常情况下，熟蚕在上蔟吐丝后需经5～7 d方可蜕皮化蛹[3]，而未化蛹茧则因仍保持蚕的形态（毛脚）被称为毛脚茧，它會给缫丝企业带来不少危害[4]：收茧时受到采茧、运输、茧处理等震动，蛹皮易破损造成体液渗出，特别是在烘茧过程中，蛹油从破口渗出污染茧层。此外，毛脚茧不易均匀适干[5]，毛脚受热挣扎时会抓破茧内层，导致茧丝断头增加，在影响生丝质量的同时造成资源浪费，制约了茧丝绸工业的发展。
已有研究表明[6]，毛脚茧的数量与蚕茧重量成正比，毛脚率越高，蚕茧越重，这也是导致蚕农急于出售毛脚茧的原因之一。王泽林[7]研究了采茧时间对家蚕茧质的影响，各蚕期采茧适期分别为：春蚕茧上簇后第5.5～6.5 d，夏秋蚕茧上簇后第5.0～5.5 d，晚秋蚕茧上簇后第6.0～7.0 d。闵思佳等[8]以次下茧率、茧解舒率、出丝率等方面反映了全化蛹茧的茧质优于毛脚茧和正在化蛹的茧。钱忠兵[9]对不同采茧时间的蚕茧质量和缫丝成绩进行了试验、测定和比对，证实了过早采茧对茧质和丝质的影响及破坏。本文选用两个具有代表性的样茧为原料，研究不同采茧条件对茧丝性能的影响，为逐步推进毛脚茧相关规范、标准和监督管理办法的制定提供参考依据。
1实验
1.1实验材料
供试蚕茧选自海宁、湖州两个庄口。海宁庄口为晚秋茧，家蚕品种为秋丰×白玉，上蔟时间为2020年10月13日15时，取样时间为2020年10月17日（上蔟96 h后），采用集中取样方式;湖州庄口为春茧，家蚕品种为农科2号，上蔟时间为2021年5月21日20时，首次采茧取样时间为2021年5月25日（上蔟88 h后），之后是采用每日采茧取样方式。因蚕茧受家蚕品种、饲育过程、上蔟环境等条件影响，原料性状及采茧时间存在差异，故本实验取样时间依据当地不同蚕期的采茧佳期推算确定。
1.2实验仪器
Y731D抱合力机（常州华纺纺织仪器有限公司）、Ultra55场发射扫描电子显微镜（德国Carl Zeiss公司）、Nicolet 5700型傅里叶红外光谱仪（美国尼高力公司）、WT10002型电子天平（成都普瑞逊电子有限公司）、YG012电子复丝强力仪（南通三思机电科技有限公司）、Y172纤维切片器（常州市第二纺织仪器厂）、XGQ2000型電热鼓风干燥箱（佛山市烈动电器有限公司）。
1.3实验方法
1.3.1鲜茧切剖及试样处理
集中采茧已上蔟96 h的海宁庄口鲜茧，分为5等份，除当日所需的鲜茧外，其余蚕茧均模拟工厂收茧方式，集中于茧袋内堆放，分别于上蔟后96、120、144、168、192 h开展实验，记试样编号为a0、b0、c0、d0、e0。湖州庄口鲜茧则在上蔟88 h后进行每日等量采茧，除当日所需的鲜茧外，其余蚕茧不做任何采摘、移动等，确保不影响家蚕正常吐丝，并分别于上蔟后88、112、136、160、184 h开展实验，记试样编号为a1、b1、c1、d1、e1。每组试样依据等粒等量法抽取3份各100粒蚕茧做切剖实验，对每份蚕茧逐粒切剖，记录全蛹、毛脚、病蚕等准确粒数。剩余蚕茧用电热鼓风干燥箱进行烘干处理，头冲120 ℃处理3.0 h，二冲90 ℃处理3.0 h。
1.3.2蚕茧解舒性能测试
按照GB/T 9111-2015《桑蚕干茧试验方法》对蚕茧进行解舒试验，测试条件：缫丝线速度（104±13） m/min，缫丝温度（32±2） ℃，索绪温度（84±2） ℃，绪数5绪，缫制生丝规格为22.2/24.4 dtex。蚕茧的解舒率、万米吊糙分别按式（1）、式（2）计算。
式中：R为解舒率，%;C为缫丝粒数，粒;T为添绪次数，粒;N为万米吊糙，次;N0为吊糙次数，次;L0为生丝总长，m。
1.3.3生丝清洁及洁净性能测试
清洁、洁净度均为评定生丝品质的主要考察项目，按照GB/T 1798-2008《生丝试验方法》，利用均匀检验室内的横式回光灯与黑板进行测定。清洁检验时视线保持离黑板0.5 m，对照清洁标准样照，分辨清洁疵点类型并按要求扣分记录;洁净检验时，将黑板向内倾斜5°，在视线离黑板0.5 m处，对照洁净标准样照评分，计算平均洁净成绩。
1.3.4生丝抱合性能测试
将各试样的生丝在恒温恒湿条件下平衡12 h以上，温度（20±2） ℃，湿度（60±5）%。按照GB/T 1798-2008《生丝试验方法》，采用Y731D抱合力机对生丝的抱合性能进行检验，摩擦速度为130次/min，在半数以上丝条中出现6 mm及以上丝条开裂时记录摩擦次数，并以20只丝锭的平均值取整数作为抱合次数。
1.3.5生丝力学性能测试
在同等恒温恒湿条件下使用YG012电子复丝强力仪进行测试，测试条件为：拉伸速度150 mm/min，拉伸隔距100 mm，预加张力（0.05±0.01） cN/dtex，每组重复10次，取平均值。
1.3.6生丝表面形貌观察
将试样进行镀金处理，使用Ultra55型扫描电子显微镜扫描观察试样表面形貌，电压为2 kV，放大倍数为1000倍。
1.3.7生丝红外光谱测试
将试样用Y172型纤维切片器切成粉末，与KBr混合研磨均匀，压成透明薄片，采用Nicolet 5700型傅里叶红外光谱仪测试，测定范围4000～400 cm-1，分辨率4 cm-1。
2结果与讨论
2.1不同采茧条件对家蚕化蛹结果的影响
两个庄口蚕茧连续5个实验日的化蛹率结果如图1（a）所示，实验日1（海宁96 h，湖州88 h）蚕茧的化蛹率均为0%，并在实验日2（海宁120 h，湖州112 h）和实验日3（海宁144 h，湖州136 h）出现较大增幅，大部分家蚕已化蛹完毕。实验日4（海宁168 h，湖州160 h）和实验日5（海宁192 h，湖州184 h）增幅渐缓，海宁庄口于此时进入稳定期，可知该庄口家蚕在上蔟96 h后已吐完丝完全，并经两昼夜完成化蛹过程。湖州庄口在实验日5还有小幅提升，总化蛹率略高于海宁庄口。如图1（a）可知，提前采茧会影响家蚕化蛹情况，采茧越早，化蛹率越低，毛脚数越多。
死蚕率结果如图1（b）所示，海宁庄口的死蚕率显著高于湖州庄口，且每日均有增加，在实验日5时达到9.3%，湖州庄口的死蚕率稳定在2.0%左右，因为提前集中采茧会惊扰正在吐丝或化蛹的家蚕，导致其中止吐丝，而吐丝也是家蚕排除体内多余氨基酸的过程，如不能正常吐丝完毕则会导致氨基酸在体内富集中毒而亡。此外，因家蚕品种、蚕期不同，其受环境因素影响程度也不同，海宁庄口为晚秋蚕最后一期，晚秋时气温前高后低、秋绵雨多、湿度大、叶质相对较差[10]，致病率高且病菌传播速度快，导致在蚕茧受到蛆虫侵害或采茧时碰撞受惊等影响下，病弱蚕容易出现无法正常化蛹或化为坏蛹的情况，故化蛹率相对较低。而湖州庄口为春蚕，春季气候适宜，是一年中最佳的养蚕期，病虫害相对少，化蛹率高。
2.2不同采茧条件对蚕茧解舒性能的影响
蚕茧的解舒是指缫丝时茧层丝缕离解的难易程度，解舒的好坏，对于产质量和缫折都有很大影响[11]。两个庄口蚕茧的解舒率和万米吊糙测试结果如表1所示。海宁庄口的解舒率逐步小幅提升，但在实验日5快速下降，这是由于过早的集中采茧影响了家蚕吐丝，使其无法连续吐出“S”型或“8”字型茧丝，导致茧丝异常产生脆弱点，同时还会造成丝缕重叠，茧丝之间互相胶着，丝条离解困难，而随着集中堆放时间的延长，蚕所吐出的异常丝也愈多，其对解舒率的影响在实验日5突显。湖州庄口的解舒率在短短几日内有17.94%的提升，且随着采茧时间的延后，解舒率越高。因该庄口为每日定量采茧，家蚕在上簇期间不受其他外力干扰，所吐出的丝具有连续性，茧丝质量高，落绪次数随之减少。因湖州庄口家蚕上簇时间稍晚，实验日1时家蚕的绢丝液仍分泌旺盛，正直大量吐丝阶段，烘茧前绢丝液纤维化程度低，内层茧丝相对较细且脆弱，落绪次数大量增加，解舒率随之降低。两个庄口10个试样的万米吊糙次数差异不大，即茧丝上存在的病疵和纇节数量受提前采茧的影响较小。湖州庄口实验日5的万米吊糙次数最低，蚕茧品质最佳。
2.3不同采繭条件对生丝性能的影响
2.3.1生丝的清洁、洁净成绩及抱合性能
生丝的清洁、洁净成绩以及抱合性能指标直接关系到其可织造性和织物品质，不同采茧条件下的测定结果如表2所示。依据GB/T 1797-2008《生丝》对生丝的清洁和洁净指标进行了评级判断：对于纤度等于或低于76.7 dtex的生丝，其清洁成绩在98.0分及以上评为6A，98.0分以下97.5分及以上评为5A;洁净成绩在95.00分及以上评为6A，95.00分以下94.00分及以上评为5A。对照标准，两个庄口的生丝清洁成绩均高于98.0分，达到6A。海宁庄口洁净成绩存在上下波动，2个试样达6A，其余3个试样仅为5A，而湖州庄口5个试样洁净成绩较稳定，均达6A，所以提前集中采茧会略微影响丝条上存在的小纇数量[12]，但从批量角度看影响程度不大。两个庄口的抱合性能差异较小，因丝胶的胶着性能[13]是影响抱合的首要因素，可见提前采茧虽对单根茧丝有所影响，但对茧丝之相互胶着抱合的牢固程度影响较小，经摩擦后分裂的难易程度不相上下。
2.3.2生丝的力学性能
生丝是由数根茧丝相互抱合并由丝胶粘合而成的，当其受到的拉伸外力大于茧丝丝胶之间的胶着力时[14]，便会发生断裂。表3为不同采茧条件下生丝的力学性能测试结果，海宁庄口前4日的平均断裂强度略有起伏，但差异不大，在第5日时有了突破性的增长。湖州庄口则是5日均保持平稳增长后趋于平缓，且前4日的平均断裂强度均比海宁庄口高。
生丝的断裂强度与茧丝和茧层密切相关，一般从茧外层第100回开始茧丝的断裂强力开始增大，在第200～400回时有最大值，后减小至最内层，当上蔟时间延长，家蚕的吐丝量逐步减少，茧丝强力逐渐平稳，所以可以判定湖州庄口生丝的断裂强度几乎不受采茧因素影响。但海宁庄口因为集中采茧的大幅动作干扰了家蚕的正常吐丝，使其来不及在400回前吐出高强度的茧丝，故其强力的峰值出现时间较晚，在实验日5达到最高，此时与海宁庄口几乎持平。从平均断裂伸长率来看，湖州庄口仍旧保持稳定，海宁庄口5日内的最大差值为2.68%，所以提前集中采茧容易导致生丝力学性能不稳定。
2.4不同采茧条件对生丝形态结构的影响
2.4.1表面形貌
两个庄口分别在实验日1和实验日5的表面形貌如图2所示，可见，4组试样形貌一致，纵向排列整齐，表面均分布有深浅不一的沟槽，可见不同采茧方式和采茧时间均没有对生丝的微观结构产生明显影响。但同时也能发现，采茧时间较早的两个试样图2（a）、图2（c）表面相对粗糙，有明显的细小丝胶颗粒堆积，可能是因为过早采茧导致家蚕不能稳定分泌绢丝液造成的，图2（b）、图2（d）虽不完全光滑，但相较平整。
2.4.2傅里叶红外光谱
生丝的红外光谱测试一般会得到以下三个波数范围的振动区间[15]，分别为酰胺Ⅰ谱带（1700～1600 cm-1）、酰胺Ⅱ谱带（1600～1500 cm-1）和酰胺Ⅲ谱带（1300～1200 cm-1）。图3为两个庄口的红外光谱测试结果，可以发现，同个庄口不同采茧时间的生丝二级结构特征吸收峰相互接近且偏差较小。两者分别在波数为1652 cm-1和1654 cm-1时出现酰胺Ⅰ谱带吸收峰;均在1515 cm-1处出现酰胺Ⅱ谱带吸收峰;分别在1232 cm-1和1228 cm-1出现酰胺Ⅲ谱带吸收峰。这三个吸收峰均对应蚕丝蛋白中的β折叠结构，可见不同的采茧条件并未对生丝二级结构造成影响。
3结论
采用提前集中采茧和每日采茧的方式对不同庄口、茧季、品种的家蚕进行实验，对家蚕化蛹情况以及茧丝性能影响进行研究，得到的结论如下：
a）提前采茧会对家蚕的化蛹情况产生影响，越早采茧毛脚率越高，且集中采茧的方式会因过早触碰、移动、搬运蚕茧而影响蚕吐丝化蛹过程，同时造成家蚕死亡率增加。
b）提前采茧对蚕茧的解舒性能影响较大，特别是在家蚕吐丝尚未完全结束时就提前采茧，易导致落绪次数增加，解舒率低下。而现有茧交易市场普遍存在的提前集中采茧现象，则会导致茧丝异常胶着，且随集中堆放时间的延长，加重丝条离解困难，大大影响蚕茧解舒。
c）提前采茧不会对茧丝的微观结构和二级结构产生影响，对生丝的清洁及洁净成绩、抱合性能和力学性能也未产生明显影响，但集中采茧会容易增加茧丝表面的丝胶颗粒堆积，同时导致生丝的洁净及力学性能的不稳定。
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收稿日期：20210801网络出版日期：20210827
基金项目：湖州市科技计划公益性技术应用研究（重点）项目（2020GZ03）;浙江理工大学本科生科技创新计划项目（11150432662012）
作者简介：徐新雨（1997-），女，浙江嘉兴人，硕士研究生，主要从事现代纺织加工技术与产品开发方面的研究。
通信作者：江文斌，Email：hfjjwb@163.com
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