鮮繭無煮繭繅絲工藝及其模糊正交優(yōu)化的研究

摘要：針對鮮繭無煮繭繅絲中的索緒湯溫度、理緒湯溫度和絲鞘長度3個工藝參數(shù)，以解舒率、萬米吊糙、繅折、生絲抱合力、生絲清潔成績和潔凈成績?yōu)橹笜耍芯苛斯に噮?shù)對各項指標影響的顯著性，并采用模糊正交法對工藝參數(shù)進行了優(yōu)化分析。結(jié)果表明，索緒湯溫度和理緒湯溫度對解舒率、萬米吊糙、繅折、生絲清潔成績影響顯著，絲鞘長度對生絲抱合力影響顯著。最優(yōu)的工藝組合為索緒湯溫度80 ℃，理緒湯溫度40 ℃，絲鞘長度10 cm。

關(guān)鍵詞：鮮繭繅絲；無煮繭繅絲工藝；模糊正交優(yōu)化

中圖分類號：S886.7；TS143.2+23 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）07-1688-05

繅絲的最早技法是以鮮繭為原料進行工藝處理，即鮮繭繅絲。但未經(jīng)任何處理的鮮繭一般只可保存15 d左右，當繅絲能力有限時，鮮繭岀蛾、霉爛等現(xiàn)象嚴重。烘繭技術(shù)出現(xiàn)后，采用干繭繅絲才逐漸成為繅絲的主要方式[1]。近年來，隨著蠶繭和勞動力成本的增加，很多地區(qū)的繅絲企業(yè)出現(xiàn)虧損，而鮮繭繅絲省去了烘繭工序，能源消耗低，副產(chǎn)品價值高[2]，在一定程度上緩解了蠶繭成本增加帶來的壓力。另外，鮮繭冷凍貯藏[3-6]、滅活保鮮[7，8]、蠶基因改良[9-11]等技術(shù)的發(fā)展，為解決鮮繭貯藏問題提供了技術(shù)支持，使得鮮繭繅絲重新受到重視。

由于鮮繭繭質(zhì)與干繭繭質(zhì)存在差異，干繭繅絲工藝并不完全適用于鮮繭繅絲[12，13]。首先，鮮繭繅絲時，鮮繭內(nèi)的蠶蛹含有大量水分，若采用煮繭機進行煮繭，易使蛹體煮熟，蛹油、蛹酸浸出，蛹體成分流失。然而，鮮繭繅絲的一個重要優(yōu)勢是可獲得鮮蛹，鮮蛹可作為蠶蛹類食品或藥品的原料出售，其附加值較高[14-16]。因此，鮮繭繅絲通常采用無煮繭繅絲工藝，即蠶繭經(jīng)過真空滲透后，不經(jīng)煮繭機煮繭，直接將真空滲透后的鮮繭置于自動繅絲機的車頭進行索理緒，然后進行繅絲[17-19]。無煮繭是指未經(jīng)過煮繭機煮繭，蠶繭的煮熟作用發(fā)生在繅絲機的車頭部位。通過索緒鍋的高溫水（80 ℃以上）和理緒鍋的低溫水（50 ℃以下）進行蠶繭的煮熟[20]，由于該部位對蠶繭作用較小且時間短，對鮮繭蠶蛹的影響也較小，并且這種方式相對于煮繭機煮熟要弱的多，可在較大程度上避免蠶蛹蛹油、蛹酸的浸出，較好地保全蠶蛹的營養(yǎng)成分。其次，鮮繭繅絲所得生絲的抱合力較差[21-23]，根據(jù)生絲形成機理分析認為，通過增加絲鞘長度可以改善生絲的抱合力，但絲鞘長度的增加勢必導(dǎo)致生絲絲條上的張力增加，進而導(dǎo)致繅絲解舒率下降[24]。因此，有必要對鮮繭無煮繭繅絲工藝進行分析和優(yōu)化。本試驗選用模糊正交試驗和分析方法進行研究。模糊正交優(yōu)化是基于模糊數(shù)學(xué)理論，通過對正交試驗結(jié)果的模糊化，分析估計主效應(yīng)因子以及估計因素間最佳搭配的方法，適用于多因素、多水平、多響應(yīng)指標的正交試驗結(jié)果分析[25，26]。

本試驗圍繞索緒溫度、理緒溫度、絲鞘長度3個工藝參數(shù)，以解舒率、萬米吊糙、繅折、生絲抱合力、生絲清潔成績和潔凈成績?yōu)橹笜?，采用模糊正交?yōu)化法，對鮮繭無煮繭繅絲工藝進行了優(yōu)化，以期對鮮繭繅絲技術(shù)的推廣提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設(shè)備

試驗材料：桑蠶鮮繭（桑蠶品種為兩廣2號），2013年6月由廣西柳城縣鵬鑫源繭絲綢有限公司收購。鮮繭收購后，經(jīng)過分揀、稱質(zhì)量后裝入籃筐（盛裝量為籃筐容量的80%左右，裝入形狀為內(nèi)凹形），然后放置在冷庫（-5～-8 ℃）保存，待使用時按量取出。鮮繭繭質(zhì)情況如表1所示。

主要試驗設(shè)備：ZB-104型煮繭機配套的機外真空滲透設(shè)備（溫州絲綢機械廠），飛宇2000型自動繅絲機、飛宇118型復(fù)搖機（杭州紡織機械有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 鮮繭繅絲加工工藝流程 鮮繭收購→冷藏（冷庫冷藏，冷藏溫度為-5～-8 ℃，冷藏時間20 d）→選繭→真空滲透（真空度0.098 MPa，滲透水溫30～35 ℃）→自動繅絲（繅絲湯溫度35 ℃，車速180 r/min）→小■絲平衡→小■絲真空給濕（真空度0.090 MPa，滲透2次）→復(fù)搖整理→大■絲平衡（溫度25 ℃，相對濕度75%，放置時間2～4 h）→編絲、檢絲、絞絲、稱絲、打包入庫。

1.2.2 正交試驗設(shè)計 鑒于鮮繭繅絲的加工流程，在充分考慮鮮繭特點的情況下，考察索緒湯溫度、理緒湯溫度、絲鞘長度3個因素，分別記為A、B、C?？疾?個指標，分別是解舒率、萬米吊糙、繅折、生絲抱合力、生絲清潔成績和潔凈成績。選用L9（34）正交試驗，試驗因素和水平如表2所示。

2 結(jié)果與分析

2.1 正交試驗結(jié)果

參照L9（34）正交試驗因素水平，制定試驗方案，并進行繅絲試驗。在繅絲試驗過程中測定解舒率、萬米吊糙和繅折等指標，繅絲所得生絲進行抱合力、清潔成績和潔凈成績的測定[27]，試驗方案及結(jié)果見表3。

2.2 各指標顯著性分析結(jié)果

繅絲工藝設(shè)定時，需要根據(jù)繅絲成績的側(cè)重，有針對性地調(diào)整工藝參數(shù)，因此，需要研究影響繅絲成績各指標的主要因素。本研究采用單因素方差分析法[28]對試驗結(jié)果中各指標的顯著性進行分析，找出影響各指標的主要因素，各指標顯著性檢驗方差分析結(jié)果如表4所示。

由表4可知，影響解舒率的主要因素是索緒湯溫度，其次是理緒湯溫度。影響萬米吊糙的主要因素是索緒湯溫度，且顯著性較弱。影響繅折的主要因素是索緒湯溫度。影響抱合力的主要因素是絲鞘長度。影響清潔成績的主要因素是理緒湯溫度，其次是索緒湯溫度。影響潔凈成績的因素均不顯著。分析認為：①鮮繭繅絲的蠶繭煮熟作用主要發(fā)生在索緒和理緒部位，因此，索緒湯和理緒湯溫度的配置對繅絲解舒率有影響，索緒湯溫度高有利于繭絲絲膠的溶解，進而有利于繭絲的離解，提高繅絲的解舒率；②當索緒湯溫度過高時，棉條纇將增多，導(dǎo)致萬米吊糙增加；③理緒湯溫度對理緒效果有一定影響，理緒湯溫度高有利于理清篷糙繭，進而有利于提高生絲的清潔成績；④絲鞘長度增加時，形成生絲的繭絲受到的擠壓力大，有利于提高生絲的抱合力；⑤生絲潔凈成績與桑蠶的飼養(yǎng)有關(guān)，本研究的工藝條件對生絲潔凈成績的影響不顯著。

2.3 模糊正交優(yōu)化

2.3.1 因素集、指標集和模糊評判矩陣的建立 采用模糊正交優(yōu)化時，首先需要建立因素集、評價集和模糊評判矩陣。本試驗被考察的因素分別為索緒湯溫度、理緒湯溫度和絲鞘長度，其因素集可用X={X1，X2，X3}表示，其中，X1表示索緒湯溫度，X2表示理緒湯溫度，X3表示絲鞘長度?？疾斓闹笜朔謩e為解舒率、萬米吊糙、繅折、生絲抱合力、生絲清潔成績和潔凈成績，則評價集可用Y={Y1，Y2，Y3，Y4，Y5，Y6}表示，其中，Y1表示解舒率、Y2表示萬米吊糙、Y3表示繅折、Y4表示生絲抱合力，Y5表示生絲清潔成績、Y6表示生絲潔凈成績。評判矩陣的建立按照以下步驟進行。

1）根據(jù)擇大而優(yōu)的原則建立隸屬函數(shù)。因模糊正交優(yōu)化是按照擇大而優(yōu)的原則來進行結(jié)果評判的，需要通過建立隸屬度函數(shù)對試驗指標進行轉(zhuǎn)換，以滿足望大指標的要求。采用式（1）所示的隸屬函數(shù)對試驗結(jié)果進行轉(zhuǎn)換。其中，I1為數(shù)值越大越好的指標，I2為數(shù)值越小越好的指標。Yij和Yij*分別表示試驗結(jié)果的實測值和轉(zhuǎn)換值，MAX（Yi）和MIN（Yi）分別表示某試驗指標的最大值和最小值，m為評價指標數(shù)（m=6），n為試驗方案數(shù)（n=9）。

Yij*=■，i∈I1 ■，i∈I2（i=1，2，…m；j=1，2，…n）（1）

2）計算各因素在各個指標上所對應(yīng)的水平均值。通過計算各因素在各個指標上所對應(yīng)的水平均值，可以表征因素水平上貢獻的大小，作為評語來評判因素水平的優(yōu)劣，計算如公式（2）所示。其中，eij為各因素水平對應(yīng)的指標水平均值；Yij*（k）為不同因素的第k水平所對應(yīng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換值；K為水平數(shù)（K=3）。

eij=■（i=1，2，…m；j=1，2，…k） （2）

3）歸一化處理。為消除各指標的單位不同帶來的數(shù)值差異性對分析評價結(jié)果的影響，需要對上述水平均值進行歸一化處理，計算如公式（3）所示。

tij=■ （3）

按照上述計算步驟，對本試驗的結(jié)果進行計算后可得到模糊評判矩陣結(jié)果，如表5所示。

2.3.2 權(quán)重向量的確定 在進行模糊綜合評判時，需要確定各指標的權(quán)重，通常有專家賦權(quán)法和客觀定權(quán)法2種，本試驗選用客觀賦權(quán)法，根據(jù)夾角余弦幅度法確定權(quán)重。計算過程如下：

1）確定最優(yōu)方案和最劣方案。各方案指標的最優(yōu)方案Ui*和最劣方案Ui*分別為：

U*=（u*1，u*2，…u*m），U*=（u1*，u2*，…um*） （4）

式中，u*i=■■ ，

ui*=■■

其中，I1為數(shù)值越大越好的指標，I2為數(shù)值越小越好的指標。

2）計算偏差矩陣。各方案與最優(yōu)方案Ui*和最劣方案Ui*的相對偏差矩陣利用公式（5）計算。

R=（rij）m×n，Δ=（？啄ij）m×n （5）

式中：rij=■，

？啄ij=■（i=1，2，…m；j=1，2，…n）

3）計算夾角余弦向量。R的行向量與Δ的行向量的夾角余弦為：

C=（c1，c2，…，cm） （6）

式中，ci=■（i=1，2，…m）

4）計算權(quán)重向量。將夾角余弦向量歸一化后得到權(quán)向量為：

W=（w1，w2，…，wm） （7）

式中，wi=■

按上述步驟計算可得，W=（0.149，0.163，0.142，

0.206，0.128，0.212）。

2.3.3 綜合評判和水平優(yōu)選 根據(jù)權(quán)重和模糊評判矩陣的關(guān)系，由模糊綜合評判模型得到：

Mf=W×Tf （8）

可分別計算因素A、B、C的綜合評判結(jié)果，如表6所示。由表6可知，MC2>MB3>MA1，即絲鞘長度>理緒湯溫度>索緒湯溫度。最佳的工藝組合為C2B3A1，即索理緒湯溫度80 ℃，理緒湯溫度40 ℃，絲鞘長度10 cm。

3 小結(jié)與討論

通過正交試驗的模糊優(yōu)化分析可知，試驗研究的因素中，各因素對試驗結(jié)果的影響順序為絲鞘長度、理緒湯溫度、索緒湯溫度。最佳工藝組合為索理緒湯溫度80 ℃，理緒湯溫度40 ℃，絲鞘長度10 cm。

影響解舒率的因素主要是索緒湯溫度，其次是理緒湯溫度。影響萬米吊糙的主要因素是索緒湯溫度，且顯著性較弱。影響繅折的主要因素是索緒湯溫度。影響抱合力的主要因素是絲鞘長度。影響清潔成績的主要因素是理緒湯溫度，其次是索緒湯溫度。影響潔凈成績的因素均不顯著。

根據(jù)上述結(jié)論，在實際生產(chǎn)中，應(yīng)有針對性地進行工藝的設(shè)置，如鮮繭繅絲解舒率差時可以通過提高索緒湯溫度進行改善，但需要注意萬米吊糙的增減情況。鮮繭生絲抱合力差時可以通過增加絲鞘長度進行改善，生絲清潔成績差時可以通過提高理緒湯溫度進行改善。

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