影响茧丝解舒的内外因素初探

影响茧丝解舒的内外因素初探
吴建梅
（四川省农科院蚕业研究所四川南充 637000）
摘要蚕茧解舒的好坏，同时受蚕品种内在特性和外部条件的影响。

不同蚕品种，由于其茧丝的化学组成、不同种类氨基酸的含量及茧丝纤维结构上的差异，蚕茧解舒效果不一。

影响蚕茧解舒的外部环境因素主要是湿度、温度和气流，其中湿度是最主要的因素。

外界因素对解舒的影响主要发生在蔟中保护和蚕茧收烘阶段。

通过控制蔟中温湿气环境因素和改善蚕茧收烘工艺，可以有效提高蚕茧解舒率。

关键词蚕茧；解舒
The initial exploration of internal and external factors’ impact on the reelability of silkworm cocoon
Wu Jian-Mei
(Sericulture Research Institute of Sichuan Academy of Agricultural Sciences, Nanchong Sichuan 637000)
Abstract :The reelability of silkworm cocoon is influenced by intrinsic characteristic of silkworm variety and the external condition simultaneously. As those diversities from cocoon fiber’s chemical composition, contents of different type amino acid and difference of cocoon fiber structure, the effect of silkworm cocoon reelability is at variance with each other among different silkworm varieties. External environment factors of the silkworm cocoon reelability is mainly the humidity, the temperature and the air current, in which humidity is principal.The impact of external factors on reelability occurs mainly during the mount-protecting stage and the cocoon purchasing-drying stage. By ways of controlling environmental factors, such as temperature, humidity and air flow, and improvig the technology of cocoon purchasing and drying, the reelability of silkworm cocoon can be effectively improved.
Keywords: cocoon; reelability
四川土地丰富，劳力充足，气候宜蚕，蚕业技术普及，发展蚕桑具有得天独厚的自然优势。

“东桑西移”、“西部大开发”为四川蚕业发展注入强大动力。

然而，目前四川蚕业有一个致命弱点—单产低、质量差，对外极大地损害了四川蚕业的声誉和形象，对内严重制约行业经济效益的提高。

尤其是作为蚕茧主要质量指标之一的解舒率低直接导致了四川丝绸的质量差、成本高、市场竞争乏力。

据中国纤维检验局“2007/2008年度桑蚕干茧质量分析报告”，桑蚕干茧综合质量状况：2007/2008年度经桑蚕干茧公证检验的桑蚕干茧平均等级（清洁、洁净）成绩为3A39，平均毛茧出丝率为28.92％，平均解舒丝长为486.4米，平均万米吊糙为6.1次，2007/2008年度桑蚕干茧质量标志为3A2948Ⅲ。

综合质量等级高于全国平均质量等级的省份为山东、江苏；综合质量等级最高的省份是山东；低于全国平均质量等级的为河南、湖北、重庆、广东和四川；综合质量等级最低的为四川。

四川蚕业要健康发展，必须打破蚕茧解舒率低、质量差的瓶颈问题。

研究表明：蚕茧解舒的好坏，同时受蚕品种内在特性和外部生产条件的影响。

育种家在培育品种时把解舒率作为一项育种目标加以选择。

关于外界条件对解舒的影响，国内外学者进行了大量研究，发现温度、湿度、气流与蚕茧解舒关系密切，但对这些因素如何影响解舒、使茧丝蛋白发生怎样的物理化学变化，即环境因素影响解舒的机理研究甚少。

本研究着重探索影响解舒的环境因素，研究茧丝解舒的内在机理，为改善蚕茧解舒提供生产建议。

1茧丝的化学组成及其纤维结构
1.1化学组成及含量
茧丝是天然蛋白质纤维，其化学组成因蚕的品种、季节、产地、饲养条件等不同而异。

茧丝的主要成份是丝素和丝胶，其中丝素约占70-80％，丝胶约占20-30％，另外还含有少量的次要成份，主要存在于丝胶层中，其含量见表1
表1茧丝的化学组成[2]
组成丝素丝胶腊物质碳水化合物色素无机物
含量（％）７０-８０２０-３００.４-０.８１.２-１.６约０.２约０.７
茧丝的丝胶及丝素含量，在同一粒茧中亦因茧层部位不同而有差异。

一般外层茧丝的丝胶含量多，丝素少，愈到内层，则丝素含量愈多，丝胶含量逐渐减少。

表2 同粒蚕茧不同层次的茧丝成份变化情况[2]
层次丝素（％）丝胶（％）
外层64.94 32.41
第二层74.92 23.15
第三层78.34 19.79
第四层79.69 17.86
内层79.09 17.78
1.2 茧丝的氨基酸组成
组成茧丝蛋白质的氨基酸现在已发现的有18种，可分为分子中氨基和羧基数目相等的中性氨基酸、羧基多于氨基的酸性氨基酸和氨基多于羧基的碱性氨基酸三种。

丝胶和丝素的主要成份都是蛋白质，但由于它们的大分子结构和大分子间的排列状态不同以及氨基酸组成不同，故各自具有不同的特性。

丝胶是一种球状蛋白质，能溶于水；而丝素则是一种纤维蛋白质，难溶于水。

缫丝正是利用丝胶和丝素的这一特性，借助于水和热能的作用，使丝胶适当膨润溶解，茧丝从茧层上顺利离解开来制缫制成生丝。

表3 茧丝蛋白质的氨基酸组（100克中的克数）[2]
氨基酸名称简写丝素丝胶
乙氨酸Gly 36.19 8.55
丙氨酸Ala 27.51 3.10
亮氨酸Leu 0.71 1.38
异亮氨酸Ile 0.93 0.65
苯丙氨酸Phe 1.19 0.41
半胱氨酸Cys 0.24 0.43
缬氨酸Val 2.90 3.09
蛋氨酸Met 0.31 0.07
酪氨酸Tyr 13.23 4.92
色氨酸Try 0.44 /
脯氨酸Pro 0.45 0.42
苏氨酸Thr 1.14 8.40
丝氨酸Ser 11.79 30.31
赖氨酸Lys 0.54 3.36
精氨酸Arg 0.95 4.63
天门冬氨酸Asp 2.40 17.50
谷氨酸Glu 1.88 5.60
组氨酸His 0.37 1.56
从表3可以看出丝素的主要成分是乙氨酸、丙氨酸、丝氨酸和酪氨酸，而丝胶则含有大量的丝氨酸、天门冬氨酸、乙氨酸和苏氨酸。

丝胶中含亲水性大的氨基酸达68.1%，疏水性氨基酸仅18.4%；而丝素中恰相反，亲水性大的氨基酸仅为17.9%，而疏水性的氨基酸却占69.9%。

氨基酸对水的亲和力之所以有大小，主要是由于氨基酸R基团的构成不同。

亲水氨基酸的R基团未端是氨基、羟基或羧基，周围能结合多量水分子，故亲水性大；疏水氨基酸的R基团未端主要是氢或甲基，难于与水分子结合，故疏水性大。

1.3 茧丝的外观及纤维结构
一根茧丝是由两根外面粘着丝胶的平行单丝所构成。

丝胶在茧丝上分布成不均匀的薄层，二根单丝不是全部密切粘着，而有少部分是离开的（图1）。

丝素是茧丝的主体，在单丝的中间，一根单丝的丝素横断面在显微镜下所见是半椭圆形或梢带圆状的钝三角形，到茧层内层则稍呈扁平。

图1茧层中的茧丝排列及茧丝中单丝粘接状态
组成丝素的各种氨基酸通过由肽键联结而成肽链，再由肽链构成蛋白质分子。

一般认为丝素是由结晶区和非结晶区两部分组成。

结晶区肽链排列较整齐、密集，非结晶区肽链排列不整齐，比较疏松。

结晶区主要由侧链较小的乙氨酸、丙氨酸、丝氨酸的残基组成；非结晶区主要由侧链较大的氨基酸残组成，如脯氨酸、酪氨酸等，这些氨基酸残基较大，且在侧链中具有活泼基因团，这就阻碍了肽链整齐而密集排列形成非结晶区。

结晶区在丝素中所占的重量比率为40-45％，非结晶区所占的重量比率为55-60％。

丝胶系球形蛋白象鳞状粒片不规则地附着于丝素的外围，对丝素起保护和粘着作用（粘合细纤丝成单丝，粘合单丝成茧丝，粘合茧丝成茧层，抱合茧丝成生丝），与制丝工业有十分密切的关系。

为了合理解决缫丝中的解舒问题，必须研究茧层丝胶的膨润溶解性、丝胶的等电点和丝胶的变性等。

缫丝工作要从茧层解离茧丝，此种解离的难易，不但影响生丝的产量、质量和缫折，而
且左右着生丝在织绸工业中的纺织价值，关系着生丝的品质。

茧丝中丝胶的含量一般占1/4左右，因蚕品种、生产季节、品种化性、茧层层次等而有不同。

一般丝胶含量多的茧解舒较好。

丝胶对水的膨润溶解性能有难易之分，根据水溶性的大小可分为A丝胶和B丝胶两种。

A丝胶易溶，B丝胶难溶。

丝胶的氨基酸种类和含量与丝素相比是种类相同而含量不同。

A丝胶中亲水性氨基酸含量较多，且氨基酸侧链有极性基的含量较多；B丝胶中疏水性氨基酸含量较多，氨基酸侧链有非极性基的含量较多。

A丝胶粒子小，对温水及热水易溶解，B丝胶粒子大，难溶解。

Ａ丝胶在茧外层含量多，内层较少，B丝胶则大量存在于茧内层，外层较少。

1.4 丝胶的特性及变性
丝胶的特性对制丝工程及生丝品质均有密切关系，对于丝胶的溶解性以及它的结构必须有一定了解，从而在制丝工程中采取有效措施。

丝胶在冷水中只能有限膨润，而在热水中便可以通无限膨润而溶解。

丝素一般在纯水中只能有限膨润，但在特殊盐类的溶液中却可经无限膨润而溶解。

茧层丝胶在水中的溶解过程可分为两个阶段：第一阶段，丝胶分子的亲水基团和水分子发生水化作用，丝胶分子间的部分氢键断裂，发生有限膨润。

丝胶的这种有限膨润在冷水中也能发生。

丝胶的吸水量由丝胶表面亲水基团的多少决定。

水化作用放出热量。

第二阶段：升高温度，水分子热运动的动能增加，大量水分子进入茧层丝胶中，继续破坏丝胶分子间的氢键，直到全部破坏，丝胶分子就分散到水中而形成丝胶溶液，即丝胶溶解。

影响丝胶膨润溶解的主要因素在于丝胶表面亲水基团和疏水基团的比率不同引起水化作用的程度不同，另外与溶剂、温度、PH值、电解质因素有关。

丝胶的膨润和溶解性能与制丝生产关系十分密切。

缫丝时，为了使茧丝顺序解离，需要使茧丝上的丝胶适当地膨润溶解。

如果膨润溶解不够，煮茧过生，则落绪多，丝量少，影响清洁；如丝胶溶解过度，煮茧过熟，则丝胶溶失多，产量低，同时造成缫丝故障，生丝抱合力差，强伸力不良。

故丝胶溶解应适当，使茧丝间的胶着力小于茧丝的湿强力，茧丝能顺序离解，解舒良好。

丝胶的变性：丝胶变性时，丝胶分子中某些结合力（主要是氢键）被破坏，紧密盘绕的肽链变得松散而伸展，原来在丝胶内部的一些疏水基团暴露到表面上来，这样，在变性后的丝胶分子的空间结构中，表面亲水基团所在比率比原来减少，这样就会降低丝胶分子的水化作用，从而导致膨润溶解性能下降。

茧层丝胶变性后，会使缫丝时茧丝间胶着力增大，对解舒造成不利影响。

丝胶的变性只是丝胶蛋白质的空间形态发生了改变，从而导致结晶性、可溶性等性质的改变。

并不是一种蛋白质变成了另一种蛋白质，组成这种蛋白质分子的氨基酸种类、数目和连接顺序并未发生变化，即其一级结构不改变。

引起丝胶变性，在蚕茧生产、制丝过程中以温度和湿度的影响最大，特别是湿热影响最大。

加热促进变性主要是由于增加了丝胶分子相互撞击的动能，易于拆开肽链间的氢键，从而改变丝胶原来的空间结构。

加热促进变性的速度和程度决定于加热的温度及时间，温度愈高，时间越长，变性越强。

由于各种蛋白质肽链盘曲程度不同，在同样的外界因素作用下，其变性程度也不一样。

丝胶在60－90℃的干燥状态下尚无明显变性作用，但有水分子存在时，便会大大促进变性。

湿热易使丝胶变性，是因为水分子存在时，极性的水分子受热后，分子的热运动增大，它进入肽链间的空隙，破坏其中的结合力（特别是氢键）使肽链变得松散、伸展。

继而水分受热蒸发，肽链因自身的热运动而使肽链间的氢键重新结合，但此时氢键结合的情况就可能与原来不一样了，于是形成一种新的空间结构，即发生了变性。

如果茧层丝胶原来已吸收水分，则加热使水分子逸出时，
同样也会引起变性。

由此可见，丝胶经过反复的吸湿、散湿处理或在吸水后经高温处理，都易使丝胶变性，降低水溶性。

为了控制丝胶的变性，营茧时应防止高温多湿，否则，丝胶不仅发生变性，而且结的茧由于丝素残留的γ型结构多，定向排列不充分，因此茧丝间的胶着力大，茧丝间的湿强力小，影响解舒。

其次在蚕茧干燥中，恒率干燥阶段水分蒸发多，温度可适当提高，相对湿度宜降低，故应充分排湿和换气，以减少丝胶变性。

但在减率干燥阶段，应防止干热对丝胶变性的影响。

在实际工作中，丝胶变性是不可避免的，而适当的变性，能增加茧层的煮茧抵抗，但如变性过度，煮茧抵抗过大，则茧丝离解困难，解舒恶化，对缫丝不利。

2茧的解舒
2.1解舒的意义
解舒是指蚕茧在缫丝时茧层丝缕离解的难易程度。

缫丝时，茧丝离解容易，落绪茧少，丝长长，单位时间丝量多，称为解舒好，反之即差。

解舒良好的茧，不但缫丝时工效快，而且生丝品位高，缫折也小。

所以解舒好坏对于产量、质量和缫折都有很大影响，是蚕茧质量的重要指标之一。

解舒的好坏，一般用解舒丝长或解舒率来表示。

解舒丝长指添绪一次缫得的平均茧丝长度，计算公式为：
解舒率是指解舒丝长与茧丝长之比，计算公式为：
2.2影响解舒的内在因素
2.2.1茧层丝胶的含量和性质
茧层丝胶对水溶解性能的大小，对茧丝剥离抵抗起决定作用，茧层丝胶含量的多少，也有间接关系。

一般对水容易膨润溶解的丝胶含量多，茧丝容易解离，缫丝中切断少，解舒好。

2.2.2茧层丝缕胶着形式
丝缕重叠成“S”形，茧丝间的重叠胶着少，离解张力小，切断少，解舒好；丝缕重叠成“8”形，茧丝间的重叠胶着多，离解张力大，切断多，解舒差。

2.2.3茧丝纤度的粗细和茧丝组织的紧密程度
纤度粗，强力大，不易切断，解舒好。

2.2.4茧层厚薄差异及空隙的多少
茧层厚薄差异大时，煮茧不易全茧均一煮熟，剥离抵抗增加，解舒差。

茧层空隙过小过少，影响茧腔内外的空气、蒸气、水的流通，从而影响热量的传递，使煮茧煮熟困难而不均匀，解舒不良。

2.3影响解舒的外界因素
各种环境因素对解舒的影响以蔟中湿度和气流对解舒的影响最大，约占85％，温度和其他因素占15％。

湿度对解舒的影响最大时间大致在上蔟后第36小时前后的12小时的时间内，上蔟24小时前及48小时后影响不大，72小时后几乎无影响。

多湿造成解舒恶化，主要表现为茧丝胶着面大，胶着力增强，试验证明：蔟中环境以22－24℃温度，60－75％的湿度和0．2－0．5米／秒的
气流最为合适。

2.3.1蔟中温湿度对解舒的影响
影响解舒的因素主要是蔟中温湿度，特别是上蔟24小时后到营茧结束之间的温湿度影响最为显著。

高温多湿引起丝胶蛋白质的变性，增加茧丝间的胶着力，因而煮茧时膨润溶解困难，解舒很差。

如蔟中比较干燥，茧丝间胶着面积小，解舒较好。

如过于干燥高温，由于茧层组织疏松，胶着面积过小，会形成绵茧。

蔟中温度发生激变或过低时会使吐丝速度改变，甚至停止吐丝，容易造成异状纤维，增多落绪。

如果蚕儿营茧时处于多湿环境，则液状丝缕固化过程慢,造成丝胶严重胶着，缫丝时落绪增多，解舒不良。

蔟中相对湿度99－96％与85－90％相比，解舒率平均减低10％，以相对湿度99％与85％相比，解舒指数降低23％。

蔟中湿度除受大气影响外，也来自蚕体本身。

一般情况与，熟蚕到结完茧，蚕体排出的水分及蚕尿约为原熟蚕重量的一半。

一盒蚕种（20000头计）熟蚕排出的水分约为43.9升。

2.3.2蔟中气流对解舒的影响
加强通风换气可减轻多湿为害，大大改善解舒，但气流不能无限增大，过大也有损茧质提高。

如风速达到1.5米/秒以上则易生成隔层茧。

无论春期或夏期，在蔟中高温多湿条件下增加气流，可缓和多湿环境对解舒的危害，对提高丝质有明显效果。

2.3.3蔟中温度、湿度、气流三者对解舒的影响
上蔟环境中影响解舒的三大因素是温度、湿度和气流，其中主要是湿度。

在合理的温湿度条件下，解舒率最高，即使气流为0时，解舒率也较高，如给予0.5米/秒气流，解舒率仅提高3.9％。

但在温度合理、湿度大的情况下，无气流时解舒率低，如气流增加到0.5米?秒时，则解舒率可提高37.1％，相反，温度虽高，湿度合理时，气流即使为0时，解舒也有85.2％，如再增加气流，解舒仅略有提高。

当温度高达35℃，湿度90％，而气流为0时，对解舒影响最大，解舒率仅为28.4％。

如气流增大到0.5米/秒时，解舒率可提高到83％，增加了54.6％，其提高幅度极为明显。

说明蔟中湿度对解舒的影响最大，而取好的解决办法就是增加气流。

2.4蚕茧烘干过程中温度、湿度、气流度对解舒的影响
烘茧过程影响解舒主要是温、湿度引起茧层丝胶变性。

在实际工作中，丝胶变性是不可避免的，并且适当的变性，还能增加茧层的煮茧抵抗。

但如果变性过度，煮茧抵抗过大，则茧丝离解困难，解舒恶化，对缫丝不利。

鲜茧中蛹体含水率一般在73－77％之间，而茧层的含水率仅在13－17％之间，两者差异极大。

烘茧的目的主要是除去蛹体的水分，但是，由于蛹体被茧层包围在里面，给蚕茧干燥带来很大复杂性。

蚕茧刚进灶时，由于鲜蛹机体的自由抑制和表面蜡质层的阻碍作用，蛹体内的水分不易散发，只有在鲜蛹被烘杀，蜡质层被破坏后，水分才能迅速散发。

根据水分蒸发的快慢，鲜茧干燥过程可大致分为预热、等速干燥和减速干燥三个阶段。

预热阶段：鲜茧进灶后，温度逐渐升高，茧层水分开始蒸发，同时热量透过茧层进入茧腔，烘死鲜蛹，破坏蛹体表面蜡质层。

等速干燥分阶段：鲜蛹烘死后，蛹体内的水分迅速向茧层扩散，在茧层表面形成一层水膜，此时水分散发的阻力主要来自于表面蒸发，内部扩散阻力相对较少，蒸发开始进入旺盛期，此时热量全部用于水分的蒸发，茧层温度略低于灶内空气温度，蛹体温度则保持略高于灶内空气的湿球温度。

这一阶段茧层与蛹体温度开差较大，水分蒸发率保持一定。

减速干燥阶段：随着蚕茧含水率的降低，蒸发作用由蛹体表面深入到蛹体内部，蛹体内部的水分逐渐向表面扩散，在茧腔内汽化，并通过茧层向外扩散。

此时水分蒸发量和用于蒸发的热量都逐渐减少，水分蒸发由内部扩散控制，茧层和蛹体温度开始逐渐上升，直到与灶内空气的干球温度相平衡，蚕茧水分蒸发作用停止。

这一阶段的水分蒸发率随着干燥时间的增加而逐渐减少。

在实际收烘过程中，通常分为头冲和二冲两个阶段。

头冲阶段就是干燥过程中的预热与等速干燥阶段，包括自鲜茧进灶预热到蒸发旺盛结束时烘成半干茧；二冲阶段就是减速干燥阶段，即半干茧进灶至达到适干茧标准为止。

预热阶段，鲜蛹未死，水分散发量小，等速干燥阶段，水分散发速度快，可以采用较高温度，提高干燥放率。

减速干燥阶段，蛹体含水已经减少，干燥空气温度与蛹体温度之差减少，茧层水分由于表面蒸发与内部扩散不能保持平衡，如果温度过高，不仅茧层丝胶显著变性，而且茧层中的单分子层吸附水会被除去，造成“茧层失水”而影响茧的解舒。

因此二冲温度不能过高，一般控制在80－90℃为宜，以降低茧层表面蒸发速度，保护茧质。

湿度的高低不仅影响干燥速度，而且也影响茧质。

高温多湿，特别是在等速干燥阶段，容易使丝胶分子大量吸水，在干燥过程中会反复多次吸湿、放湿，引起蛋白质大分子空间结构改变，加剧丝胶变性，使茧丝间胶着力增大，解舒变劣。

一般要求在等速干燥阶段，相对湿度保持在8％－12％左右。

进入减速干燥阶段后，蚕茧中水分已大为减少，蛹体水分转入内部蒸发，蒸发速度大大减缓，此时若周围空气湿度过低，则使蛹体水分扩散速度落后于茧层水分蒸发速度，造成“茧层失水”现象，加重丝胶变性凝固程度，影响解舒。

一般要求在减速干燥阶段的相对湿度保持在25－35％左右。

在干燥过程中可通过换气的办法来控制相对湿度。

具体地说，在头冲阶段，蒸发量很大，应开大排气口和加快风扇速度，充分排湿，并换入较多的干燥空气，以降低相对湿度，以减少丝胶变性。

二冲时，由于茧的含湿量减少，尤其是茧层含湿量少，所以应关小排气口和减慢风扇速度，减少换气量，少排湿，使相对湿度提高，以缓和茧层表面水分蒸发速度，防止干热对丝胶变性的影响。

参考文献
[1] 中国纤维检验局，2007/2008年度桑蚕干茧质量分析报告，中国纤检[J]，2009，3:10-17
[2] 苏州丝绸工学院，浙江丝绸工学院.制丝学[M]，1994年6月出版：中国纺织出版社，北京东直门南大街4号.
[3] 苏州丝绸工学院，丝绸材料学[M]，1994年6月出版：中国纺织出版社，北京东直门南大街4号.。