鮮繭生絲與干繭生絲理化性狀的比較研究

朱良均，楊明英，邢秋明，謝啟凡，金君，胡彬慧

（1.浙江大學(xué)應(yīng)用生物資源研究所，浙江杭州 310058；2.湖州市纖維檢驗所，浙江湖州 313000）

鮮繭生絲與干繭生絲理化性狀的比較研究

朱良均1，楊明英1，邢秋明2，謝啟凡1，金君2，胡彬慧1

（1.浙江大學(xué)應(yīng)用生物資源研究所，浙江杭州 310058；2.湖州市纖維檢驗所，浙江湖州 313000）

為了明確鮮繭生絲與干繭生絲的理化性能，采用六個莊口的蠶繭分別繅制的鮮繭生絲和干繭生絲，進(jìn)行生絲樣品的器械檢測。結(jié)果表明，來源不同莊口的鮮繭生絲與干繭生絲，其清潔、潔凈、斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率、切斷、絲膠溶失率等性能無明顯差異，而干繭生絲的抱合性能優(yōu)于鮮繭生絲。鮮繭生絲與干繭生絲的熱學(xué)性能和絲蛋白結(jié)構(gòu)也無明顯差異。

鮮繭生絲；干繭生絲；理化性能；比較

鮮繭生絲是指用鮮繭，或經(jīng)冷凍、冷藏的鮮繭，繅制而成的生絲［1，2］。由于鮮繭繅絲工藝無需烘繭，只采用滲透滲潤繭層處理，或采用輕滲透煮繭，可降低能耗，并充分利用蠶蛹，有利于提高繅絲企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，目前已有較多企業(yè)采用鮮繭繅絲［3］。鮮繭生絲與干繭生絲由于繅絲工藝不同，受熱處理不同，會直接造成繭絲性能的差異，這些差異也往往影響生絲性能，進(jìn)而影響絲織及其產(chǎn)品［4～6］。因此，研究鮮繭生絲與干繭生絲性狀，對于提高鮮繭繅絲質(zhì)量，明確鮮繭生絲的使用性能等有重要意義。

本文采用六個莊口的蠶繭分別繅制的鮮繭生絲與干繭生絲樣絲，進(jìn)行器械檢測和差示掃描量熱、紅外光譜分析，對比分析鮮繭生絲與干繭生絲的理化性能和絲蛋白結(jié)構(gòu)的變化等，為絲織企業(yè)選擇生絲原料和鮮繭生絲織物的研發(fā)提供參考。

1 材料及方法

1.1 材料

采用山東、廣西、浙江等蠶繭主產(chǎn)區(qū)6個莊口的蠶繭，編號為A、B、C、D、E、F，同一莊口的蠶繭分別采用鮮繭繅絲工藝和干繭繅絲工藝，制得規(guī)格為23.3 dtex（20/22 D）的生絲。共6對12個生絲樣品，每個生絲樣品為10絞，供比較分析。

1.2 試驗方法

1.2.1 物理性狀檢測

依據(jù)GB/T 1798-2008《生絲試驗方法》［7］規(guī)定的設(shè)備和方法進(jìn)行檢驗，包括清潔、潔凈、斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率、切斷、抱合、絲膠溶失率等。

1.2.2 儀器分析

1.2.2.1 差示掃描量熱分析

分別稱取約1.5 mg生絲樣絲，剪碎成不超過3 mm的小段，放入鋁箔坩堝中，蓋上鋁箔坩堝蓋。采用差示掃描量熱儀（DSC-822E，梅特勒-托利多公司），升溫速度10℃/min，檢測100℃至500℃范圍內(nèi)鮮繭生絲與干繭生絲的受熱變化性能。

1.2.2.2 紅外光譜分析

分別將鮮繭生絲與干繭生絲制成寬約2 cm的生絲平面樣品，進(jìn)行紅外光譜（FTIR-8400S，SHIMAD?ZU，JAPAN）全反射檢測。掃描次數(shù)為120次，分辨率4 cm-1，掃描范圍4000-400 cm-1。

1.2.2.3 原子光譜檢測

將鮮繭生絲和干繭生絲樣品，分別稱取0.5 g，加入5ml濃硝酸，在微波消解儀上消解2 h取出有機(jī)質(zhì)，再將剩下的無機(jī)質(zhì)定容50～100 ml，每組試樣重復(fù)3次。采用原子吸收光譜儀（AA7000，SHIMADZU，JA?PAN）檢測鮮繭生絲和干繭生絲樣本的金屬離子及含量，記錄每個樣本的數(shù)值，計算其平均值。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

將兩種生絲的斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率和絲膠溶失率這三項測試結(jié)果，采用獨立樣本T檢驗方法分別進(jìn)行顯著性比較，得出鮮繭生絲與干繭生絲間上述3項性狀的差異顯著性?！?/p>

2 結(jié)果及分析

2.1 鮮繭生絲與干繭生絲物理性狀的比較

2.1.1 清潔、潔凈

圖1、圖2分別是鮮繭生絲與干繭生絲的清潔、潔凈的檢測結(jié)果。

由圖1和圖2可知，鮮繭生絲的潔凈、清潔低于干繭生絲的分別有4組，所占組份百分率為66.7%。潔凈指標(biāo)絕對偏差最大值為2.25，最小值為0.55；清潔指標(biāo)絕對偏差最大值為1.5，最小值為0.1。因此，鮮繭生絲與干繭生絲的清潔、潔凈差異無規(guī)律性。

圖1 鮮繭生絲與干繭生絲的潔凈成績Figure 1The neatness of fresh cocoon silk and dry cocoon silk

圖2 鮮繭生絲與干繭生絲的清潔成績Figure 2The cleanness of fresh cocoon silk and dry cocoon silk

2.1.2 抱合

表1是鮮繭生絲與干繭生絲的抱合力檢測結(jié)果。

生絲表面被絲膠包覆，在摩擦過程中，由于外力的作用絲膠會脫落下來，直接表現(xiàn)為試驗前后樣本質(zhì)量會發(fā)生減少。由表1可知，鮮繭生絲的抱合次數(shù)都低于干繭生絲的抱合次數(shù)，試驗前后，試樣的質(zhì)量都發(fā)生了變化，總體變化表現(xiàn)出減少的趨勢，鮮繭生絲質(zhì)量變化率高于干繭生絲。

2.1.3 切斷

表2是鮮繭生絲與干繭生絲的切斷檢測結(jié)果。

由表2可知，無論是鮮繭生絲，還是干繭生絲，切斷數(shù)據(jù)分布過于隨機(jī)性，各組份間數(shù)值變化無明顯差異。

表1 鮮繭生絲與干繭生絲的抱合力Table1The cohesion of fresh cocoon silk and dry cocoon silk

表2 鮮繭生絲與干繭生絲的切斷次數(shù)Table2The breaking times of fresh cocoon silk and dry cocoon silk

2.1.4 斷裂強(qiáng)度

圖3是鮮繭生絲與干繭生絲的斷裂強(qiáng)度檢測結(jié)果。

由圖3可知，鮮繭生絲與干繭生絲的斷裂強(qiáng)度的每組差值最大為0.3，最小差值為0.02，前4個對比組樣品為鮮繭生絲的斷裂強(qiáng)度略高于干繭生絲；后2個對比組樣品為干繭生絲斷裂強(qiáng)度略高于鮮繭生絲。因此，鮮繭生絲與干繭生絲的斷裂強(qiáng)度幾無差異。

2.1.5 斷裂伸長率

圖4是鮮繭生絲與干繭生絲的斷裂伸長率檢測結(jié)果。

由圖4可知，鮮繭生絲與干繭生絲的伸長率的每組差值依次為-2.5、-0.3、0.5、1.4、0.4、-2.2，每組的伸長率數(shù)據(jù)過于隨機(jī)性，組份間數(shù)值變化無規(guī)律。因此，鮮繭生絲與干繭生絲的伸長率無明顯差異。

圖3 鮮繭生絲與干繭生絲的斷裂強(qiáng)度Figure 3The breaking strength of fresh cocoon silk and dry cocoon silk

圖4 鮮繭生絲與干繭生絲的斷裂伸長率Figure 4The breaking elongation of fresh cocoon silk and dry cocoon silk

2.1.6 絲膠溶失率

圖5是鮮繭生絲與干繭生絲的絲膠溶失率檢測結(jié)果。

由圖5可知，鮮繭生絲與干繭生絲的絲膠溶失率，除了C組的干繭生絲膠含量高于鮮繭生絲，并達(dá)到顯著差異以外，其余各組都沒有達(dá)到顯著差異。而且，絲膠溶失率數(shù)據(jù)分布過于隨機(jī)性，組份間數(shù)值變化無規(guī)律，因此，鮮繭生絲與干繭生絲的絲膠含量的差異不明顯。

2.2 鮮繭生絲與干繭生絲儀器分析結(jié)果比較

2.2.1 DSC分析

鮮繭生絲和干繭生絲的DSC分析結(jié)果如圖6和表3所示。

圖5 鮮繭生絲與干繭生絲的絲膠溶失率Figure 5The sericin dissolution rate of fresh cocoon silk and dry cocoon silk

表3 生絲樣品的熱分解溫度Table3The thermal decomposition temperature of fresh cocoon silk and dry cocoon silk

根據(jù)圖6 DSC曲線和表3數(shù)據(jù)可知，生絲樣品的熱分解溫度在315℃～320℃之間，最大相差不超過5℃。根據(jù)DSC分析，可以明確生絲材料的熱分解性能。通過比較可知，鮮繭生絲與干繭生絲的熱分解溫度沒有明顯差別，說明通過干繭加工工藝加工的樣絲和通過鮮繭加工工藝的樣絲的熱學(xué)性能差別不大。因此，鮮繭生絲與干繭生絲的熱性能無明顯差異。

2.2.2 紅外光譜分析

圖7是鮮繭生絲與干繭生絲的紅外光譜圖。如圖7可知，12個樣絲均在紅外波數(shù)為1518 cm-1和1620 cm-1左右出現(xiàn)2個吸收峰。1518 cm-1和1620 cm-1兩個吸收峰是蠶絲蛋白β-折疊結(jié)構(gòu)的特征吸收峰。通過紅外光譜分析可知，無論是不同產(chǎn)地的生絲，還是同一個產(chǎn)地的兩種加工工藝的生絲，特征峰基本都是一致的，都會在1518 cm-1和1620 cm-1的時候出現(xiàn)特征峰，說明所有檢測的生絲樣品的蠶絲蛋白是一致的。因此，鮮繭生絲與干繭生絲的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)是相同的。

圖6 鮮繭生絲與干繭生絲的DSC曲線Figure 6The DSC curves of fresh cocoon silk and dry cocoon silk

圖7 鮮繭生絲與干繭生絲的紅外光譜圖Figure 7The infrared spectrograms of fresh cocoon silk and dry cocoon silk

2.2.3 原子光譜分析

在繅絲過程中，由于受水、熱或者化學(xué)助劑等的作用，生絲因多孔性而吸附一些物質(zhì)，包括金屬離子、有機(jī)物、脂肪和雜質(zhì)等。原子吸收光譜能夠檢測樣本中的金屬離子及含量，通過檢測明確不同來源鮮繭生絲與干繭生絲中金屬離子及含量。

鮮繭生絲和干繭生絲樣本的金屬離子及含量的檢測結(jié)果如表4所示。

表4 金屬離子及含量Table4The content and kinds of metal ions

由表4可知，金屬離子數(shù)據(jù)分布過于隨機(jī)性，組份間數(shù)值變化無明顯差異。因此，鮮繭生絲與干繭生絲中所含金屬離子的種類相似，其含量沒有明顯差異。

3 結(jié)論

3.1 常規(guī)物理檢驗結(jié)果

鮮繭生絲雖然由于其前期的原料存儲方式以及繅絲工藝的不同，致使其物理性能與干繭生絲會有一定的差異。但是，根據(jù)清潔、潔凈、斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率、切斷及絲膠溶失率等指標(biāo)的對比試驗數(shù)據(jù)表明，鮮繭生絲和干繭生絲間異質(zhì)性變化不十分明顯，變化趨勢呈現(xiàn)起伏性和隨機(jī)性，這些試驗結(jié)果難于區(qū)別鮮繭生絲與干繭生絲。因此，常規(guī)物理檢驗方法不能鑒別鮮繭生絲與干繭生絲。

3.2 儀器分析結(jié)果

通過DSC分析可知，鮮繭生絲與干繭生絲的熱分解溫度沒有明顯差別，因此，鮮繭生絲與干繭生絲的熱性能無明顯差異。通過紅外光譜分析可知，鮮繭生絲與干繭生絲的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化沒有明顯差異。

通過原子光譜分析可知，鮮繭生絲與干繭生絲中所含金屬離子的種類相似，其含量沒有明顯差異。

［1］朱良均，楊明英，謝啟凡，等.一種提高鮮繭繅絲生絲抱合性能的方法［P］.國家發(fā)明專利，ZL 201410651510.5，2014.

［2］白燕川，劉輝芬，鄒方清，等.桑蠶鮮繭一步繅絲的方法［P］.國家發(fā)明專利，ZL 03118854，2006.

［3］朱良均.繅絲方法創(chuàng)新的技術(shù)經(jīng)濟(jì)探討［J］，蠶桑通報，2013，44（1）：8～10，19.

［4］朱良均，閔思佳.鮮繭冷藏和冷藏鮮繭的繭絲質(zhì)研究［J］.絲綢，1991，11：52～54.

［5］朱良均，劉小甜，張海萍，等.偏光顯微鏡檢驗鮮繭生絲方法［P］.國家發(fā)明專利，ZL 201310017273.2，2013.

［6］朱良均，謝啟凡，張海萍，等.生絲拉伸檢驗鮮繭生絲方法［P］.國家發(fā)明專利，ZL 201310018733.3，2013.

［7］卞幸兒，周穎，徐進(jìn)，等.生絲試驗方法GB/T 1798-2008［S］，北京，中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

Study of Comparison on the Physical and Chemical Properties of the Fresh Cocoon Silk and Dry Cocoon Silk

ZHU Liang-jun1,YANG Ming-ying1,XING Qiu-ming2,XIE Qi-fan1,JIN Jun2,HU Bin-hui1
（1.Institute of Applied Bioresources,Zhejiang University,Hangzhou 310058,China; 2.Huzhou Fiber Inspection,Huzhou 313000 Zhejiang,China）

Fresh cocoon silk and dry cocoon silk are reeled respectively with fresh cocoon and dry cocoon from six lots. All the silk samples are detected by instruments in order to have a better understanding of different physical and chemical properties between the fresh cocoon silk and dry cocoon silk.The results show that there is no obvious difference in the cleanness,neatness,breaking strength,elongation,breaking times and sericin dissolution rate between the fresh cocoon silk and dry cocoon silk.The cohesion performance of dry cocoon silk is better than that of fresh cocoon silk.There is no significant difference in the silk protein structure and thermal properties of fresh cocoon silk and dry cocoon silk.

fresh cocoon silk;dry cocoon silk;physical and chemical properties;comparison

TS146

A

0258-4069［2016］04-032-05

國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項（CARS-22），國家繭絲綢發(fā)展基金項目（2012，2014）

朱良均（1956-），男，浙江諸暨人，教授，從事蠶絲生物材料、繭絲綢加工與檢驗研究。E-mail：ljzhu@zju.edu.cn