微波二沖干燥蠶繭的實(shí)驗(yàn)研究

于東亮，葛華麗，楊 挺，章華軍，祝云云，江文斌

(浙江理工大學(xué) 材料與紡織學(xué)院，杭州 310018)

微波二沖干燥蠶繭的實(shí)驗(yàn)研究

于東亮，葛華麗，楊 挺，章華軍，祝云云，江文斌

(浙江理工大學(xué) 材料與紡織學(xué)院，杭州 310018)

常規(guī)的蠶繭干燥采用二次熱風(fēng)干燥工藝，所消耗的時間比較長，為了縮短蠶繭的干燥時間，采用合適的微波干燥工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的二沖干燥工藝試驗(yàn)，對熱風(fēng)頭沖干燥后的蠶繭進(jìn)一步干燥至適干，然后委托繅絲企業(yè)對干燥后蠶繭質(zhì)量進(jìn)行試繅調(diào)查。結(jié)果表明，對用熱風(fēng)干燥后烘率60 %左右的頭沖繭，只要用中低火檔(280 W)微波進(jìn)行18 min左右的處理，就能達(dá)到適干的效果，且沒有發(fā)生蛹體“爆裂”現(xiàn)象；生絲質(zhì)量的各項(xiàng)指標(biāo)與傳統(tǒng)的二次熱風(fēng)干燥工藝下干燥的蠶繭質(zhì)量沒有明顯差異；該方法可以大大提高烘繭的效率。

微波干燥；蠶繭；生絲質(zhì)量

隨著微波技術(shù)的迅速發(fā)展和日趨成熟，它已被廣泛地應(yīng)用于食品、化工等行業(yè)，以及日常生活中的加熱、干燥和殺菌。用微波來干燥物料具有干燥時間短、加熱均勻性好、熱效率高等特點(diǎn)[1]。蠶繭收獲的季節(jié)性很強(qiáng)，收獲后的鮮繭必須及時進(jìn)行殺蛹和干燥處理(烘繭)，鮮繭保存不當(dāng)很容易變質(zhì)(尤其是夏季)，如出蛾、出蛆和霉變等，從而影響生絲質(zhì)量。目前，蠶繭干燥大都采用熱風(fēng)干燥法，干燥時間較長，工效低。而烘繭效率的低下往往造成鮮繭堆積，發(fā)熱變質(zhì)，從而影響繭絲的質(zhì)量。

蠶繭干燥是內(nèi)部水分?jǐn)U散通過表面蒸發(fā)的過程，其關(guān)鍵是使蠶繭內(nèi)部蛹體的水分逸出的同時，保存繭層留有適當(dāng)?shù)乃?。傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥方法是先把繭層加熱到較高的溫度，再通過熱量傳遞把蛹體加熱，為了避免繭層損傷，對干燥溫度有一定的限制，特別是二沖階段，溫度比頭沖低，從而影響蠶繭干燥的效率。而微波加熱有一個很好的特點(diǎn)，就是它能使物料內(nèi)外同時加熱，具有高效的傳質(zhì)傳熱的優(yōu)點(diǎn)[2]，并且蠶繭的鋪放厚度對微波干燥影響也較小[1]，有利于提高干燥效率。但是，由于鮮繭蛹體的含水率(73 %～77 %)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于繭層的含水率(13 %～15 %)[3]，微波熱效應(yīng)高，升溫快，烘干過程中會產(chǎn)生大量的水氣造成蛹體的內(nèi)壓過大，直接用微波對鮮繭進(jìn)行干燥處理很容易發(fā)生熱擊穿(即蛹體“爆裂”)現(xiàn)象，從而產(chǎn)生“內(nèi)染繭”，這是制約微波技術(shù)在蠶繭干燥中的應(yīng)用的主要因素。

針對這一問題，本研究對頭沖干燥過的蠶繭再進(jìn)行微波二沖干燥處理至適干，這樣不但有利于縮短蠶繭干燥時間，提高烘繭效率，而且還能有效地避免出現(xiàn)“內(nèi)染繭”現(xiàn)象。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

實(shí)驗(yàn)所用鮮繭來自浙江米賽絲綢集團(tuán)有限公司門莊繭站的夏繭。

熱風(fēng)干燥設(shè)備選用飛宇牌熱風(fēng)循環(huán)烘繭機(jī)。微波干燥工藝采用P7023TP-K7型微波爐(格蘭仕)，內(nèi)有圓形轉(zhuǎn)盤，額定微波頻率為2 450 MHz；有6檔可調(diào)功率[4]：低火119 W、解凍259 W、中低火280 W、中火462 W、中高火595 W、高火700 W。生絲強(qiáng)伸力測試采用XL-1紗線強(qiáng)伸儀。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 烘干程度的計(jì)量方法

烘干程度用烘率X來表示：

式中：G前為烘前繭質(zhì)量，g；G后為烘后繭質(zhì)量，g。

1.2.2 熱風(fēng)頭沖

因取得的鮮繭由2個不同地方供應(yīng)，因此把鮮繭分成兩類，分別記為試樣①和試樣②。兩試樣的蠶繭分別鋪放于熱風(fēng)循環(huán)烘繭機(jī)中進(jìn)行頭沖烘繭，車速設(shè)定為6 m/h，烘繭時間為2 h，各層溫度設(shè)定為：1層，100 ℃；2層，110 ℃；3層，95 ℃；4層，85 ℃。所烘出的蠶繭頭沖烘率為60 %左右。

1.2.3 微波二沖

取熱風(fēng)頭沖干燥的鮮繭，剝?nèi)ダO衣，用微波爐干燥處理，選用不同的微波功率檔或其組合干燥蠶繭。方案為：微波處理每2 min取出繭子進(jìn)行翻動，當(dāng)蠶繭含水率較低時(總烘率在48 %左右)，翻動頻率增加，每1 min取出翻動一次，調(diào)整蠶繭微波加熱均勻度，以防蛹體出油。

為了確定恰當(dāng)?shù)奈⒉üβ?，選用中火檔、中低火檔、中低火檔與低火檔組合、解凍檔與低火檔組合4種不同微波處理方法對蠶繭進(jìn)行二沖干燥，作比較，并確定微波二沖的合適功率。

取頭烘后的蠶繭120粒等粒等量，放入微波專用容器內(nèi)，采用上述確定的合適微波功率進(jìn)行干燥處理。稱取每次取出時的蠶繭質(zhì)量，作記錄，并計(jì)算出此時的蠶繭烘率，描繪出微波二沖階段蠶繭總烘率隨微波照射時間變化的曲線。

1.2.4 繭質(zhì)調(diào)查

經(jīng)“熱風(fēng)頭沖＋微波二沖”干燥得到的蠶繭，委托浙江米賽絲綢集團(tuán)有限公司進(jìn)行繅絲試樣繭質(zhì)調(diào)查，并與該企業(yè)采用大型熱風(fēng)機(jī)干燥的蠶繭(為本實(shí)驗(yàn)中所用2個蠶繭樣品的混合莊口)進(jìn)行繅絲試樣繭質(zhì)調(diào)查成績對比。微波二沖干燥工藝的樣繭總烘率在38 %左右，工廠的樣繭采用實(shí)際生產(chǎn)工藝，蠶繭總烘率在43 %左右。

1.2.5 生絲強(qiáng)伸力的測試

參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB 1798－2008《生絲試驗(yàn)方法》，用XL-1型紗線強(qiáng)伸度儀對由樣繭所繅得的生絲23.3 dtex(20/22 D)進(jìn)行單絲強(qiáng)力和伸長率測試。樣本容量為40個，試樣長500 mm，拉伸速度為500 mm/min，預(yù)緊力取1.5 cN。

2 結(jié)果與分析

2.1 微波烘繭功率的選擇

采用不同的微波功率對熱風(fēng)頭沖干燥蠶繭的微波功率、時間等工藝參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如表1所示。

表1 不同微波功率烘繭Tab.1 Dry cocoons with different microwave power

由表1可以看出，用功率高的中火檔微波干燥蠶繭，雖然時間比較短，效率高，但烘得的蠶繭出油率偏高，蛹油會污染繭層，從而影響繭質(zhì)；選用中低火或解凍與低火組合，烘干效果不明顯，達(dá)到適干繭所消耗時間太長，跟傳統(tǒng)熱風(fēng)烘干相比不能明顯地提高效率；而用中低火檔微波干燥蠶繭不僅能顯著地提高烘繭工效，操作簡便，還能有效地控制出油繭的比率，有助于繭質(zhì)的保障。因此，二沖干燥蠶繭時采用微波爐的中低火檔進(jìn)行處理較宜。

2.2 微波二沖干燥曲線

取熱風(fēng)頭沖的蠶繭120粒做試驗(yàn)，剝?nèi)ダO衣，經(jīng)試驗(yàn)選取中低火檔(280 W)微波進(jìn)行干燥處理。每個試樣分別做2個平行重復(fù)試驗(yàn)，用A、B表示，微波二沖烘繭階段蠶繭的總烘率隨微波照射時間變化的曲線見圖1：試樣①A、B頭沖烘率為63.95 %；試樣②A、B頭沖烘率為59.67 %。

圖1 微波二沖烘繭曲線Fig.1 Microwave drying curves in the second period of cocoons desiccation

從圖1可以看出，微波二沖干燥蠶繭曲線和常規(guī)蠶繭干燥曲線的趨勢基本一致，總烘率隨著微波照射時間的增加而降低。微波干燥開始時，蠶繭的含水率較大，曲線處于干燥階段的第二階段即減速干燥階段；當(dāng)蠶繭的含水率較小時，呈現(xiàn)干燥曲線的第三階段，表明蠶繭已經(jīng)干燥至適干。圖中的4條曲線均表明微波時間為18 min左右時，蠶繭達(dá)到適干繭。且烘繭過程中能控制出油的蠶繭占總量的3.3 %以下。

微波烘繭時，雖然被微波照射到的物料受熱均勻，但是微波爐內(nèi)部微波本身分布可能不均勻，因此烘干過程中會造成局部過分受熱，導(dǎo)致蛹體滲出蛹油而污染繭層，這可以通過不斷翻動蠶繭使其受熱均勻來克服，減小蛹體內(nèi)外的壓差[5-6]，從而降低出油繭的數(shù)目。所以，在烘繭過程中要定時地變動蠶繭位置。

2.3 微波干燥對繅絲成績的影響

用上述微波二沖方法干燥所得到的蠶繭進(jìn)行繅絲，試樣均在同一家繅絲廠進(jìn)行，結(jié)果見表2。

由表2可見，由于各莊口鮮繭的供應(yīng)不同，所得的繅絲成績的差異應(yīng)該來自鮮繭本身的差異。試樣①繭質(zhì)本身偏差，解舒率稍低一點(diǎn)；試樣②繭質(zhì)偏好，解舒率稍高一點(diǎn)。而綜合考慮，用微波二沖代替?zhèn)鹘y(tǒng)二沖的烘繭方式，所繅制生絲的各項(xiàng)指標(biāo)基本沒有太大的差異。

表2 蠶繭繅絲成績Tab.2 Results of cocoon reeling

2.4 生絲強(qiáng)伸力

對生絲強(qiáng)伸力的影響見表3。

表3 樣品生絲強(qiáng)伸力Tab.3 Breaking strength and elongation of raw silk samples

由表3可知，由微波二沖烘繭工藝干燥的蠶繭繅得的生絲強(qiáng)力稍微低于普通熱風(fēng)干燥的，試樣①繭質(zhì)本身偏差，強(qiáng)力偏低；試樣②繅制的生絲，比對比樣略好，但相差不大。生絲伸長率測試結(jié)果表明：微波干燥的蠶絲伸長率比普通熱風(fēng)干燥的低，但達(dá)到國家最高等級水平。分析其原因是試樣①微波二沖干燥處理的蠶繭偏干，烘率在38 %左右；試樣②在40 %左右，對比樣工廠熱風(fēng)烘繭的烘率在43 %左右。蠶繭烘得越干，其絲膠變性也越明顯，使絲膠對絲條的保護(hù)作用減弱，從而影響伸長率[7]。故在伸長率測試中蠶繭總烘率高的對比樣生絲伸長率偏高。

3 結(jié) 論

對于微波干燥蠶繭的研究已有很多報道，一般在鮮繭階段就開始利用微波工藝進(jìn)行干燥，但是存在能耗大和蛹體“爆裂”現(xiàn)象，影響微波干燥技術(shù)在蠶繭干燥中的應(yīng)用。在本研究提出在蠶繭二沖干燥工序中，利用微波干燥技術(shù)對蠶繭進(jìn)行干燥的方法(即“熱風(fēng)＋微波”干燥的方法)，并對干燥工藝進(jìn)行了探索，得到了以下結(jié)論：

1)采用“熱風(fēng)＋微波”干燥的方法，先用熱風(fēng)把含水率很高的鮮繭進(jìn)行殺蛹和部分干燥(頭沖烘率控制在60 %左右)，再用中低火檔(280 W)微波處理半干繭18 min左右，總耗時為140 min，而目前熱風(fēng)烘繭時間一般為300 min以上，這樣不僅有效地避免蛹體“爆裂”，還很大程度上提高了烘繭效率。

2)“熱風(fēng)＋微波”方法干燥的蠶繭，蠶繭質(zhì)量指標(biāo)總體不變，顯示了二沖使用微波干燥蠶繭的可行性。

[1] 陸生海，宋亞英.微波干燥蠶繭的工藝研究[J].蠶業(yè)科學(xué)，2003，29(2)：210-212.

[2] YOUSIF A N, SCAMAN C H, DURANC T D.Flavor volatiles and physical properties of vacuummicrowave- and air-dried sweet basil(ocimum basilicum L) [J]. J Agric Food Chem,1999, 47: 4777-4781.

[3] 陸生海.微波技術(shù)在蠶繭干燥中的應(yīng)用研究[J].干燥技術(shù)與設(shè)備，2008，4(4)：212-214.

[4] 許帥，徐英蓮，齊素梅.鮮繭微波預(yù)處理工藝[J].絲綢，2009(12)：24-28.

[5] 馮能蓮，王德義，齊素英.微波烘繭的試驗(yàn)研究[J].安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，1996，23(4)：568-571.

[6] 陸生海，宋亞英.微波烘繭內(nèi)部蛹體的熱變化及其對繭質(zhì)的影響[J].絲綢，2004(7)：20-21.

[7] 張善才，劉桂芬.常規(guī)觸蒸對繭包中、邊部位繭的絲膠溶失率及其生絲機(jī)械性能的影響[J].絲綢，2000(10)：15-18.

[8] 陸生海，宋亞英.蠶繭微波干燥技術(shù)的研究[J].絲綢，2005(11)：17-19.

Study on the use of microwave in the second period of cocoons desiccation

YU Dong-liang, GE Hua-li, YANG Ting, ZHANG Hua-jun, ZHU Yun-yun, JIANG Wen-bin
(Colloge of Materials and Textiles, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China)

The conventional cocoons desiccation is using second period hot-air, but it takes a long time. To shorten the drying time, we use microwave to dry silkworm cocoons that are already partly dried by hotair instead of using hot-air, and entrust a reeling enterprise to research the quality of cocoons dried with this method. The results indicates that using microwave (280 W) to dry the cocoons (Drying-percentage of cocoons is about 60 %) for only about 18min can not only avoid the “out-burst”, but also reaches the goal of desiccation. The results of the raw silk reeled in the enterprise from the cocoons dried with this method differ very little compared with that dried with conventional method; however, this method can dry silkworm cocoons more efficiently.

Microwave desiccation; Silkworm cocoon; Raw silk quality

TS106. 5

A

1001-7003(2011)05-0016-03

2011-02-25；

2011-03-22

于東亮(1988－ )，男，材料科學(xué)與工程專業(yè)，本科生。通訊作者：江文斌，教授級高工，hzjwb@zstu.edu.cn。