浅析再生蛋白质纤维现有鉴别方法和标准

　　摘要：

　　将再生蛋白质纤维按基体材料分为维纶基、腈纶基和纤维素基三大类，并分别分析其现有鉴别方法及定性定量标准。

　　关键词：再生蛋白质纤维；鉴别方法；标准；测试

　　再生蛋白质纤维是指将动物蛋白或植物蛋白采用高科技纺丝技术制备而成的纤维。动物蛋白可来源于经牛奶提纯的酪素、蚕丝或绢丝提取的蚕蛹蛋白、由报废羊毛或下脚料提取的羊毛角蛋白、从动物皮和软骨中提取的胶原蛋白以及从淡水饲养贝壳中提取的珍珠蛋白等；植物蛋白有从大豆豆粕中提出的大豆蛋白、从桑树叶中提取的桑树蛋白以及由花生粕生产的花生蛋白等。市场上已规模生产的再生蛋白质纤维多达十种，生产供应商大都以纤维表面含有蛋白质而与人体皮肤亲和性好、富含多种氨基酸具有良好的保健作用等作为产品的独特优势对其进行宣传和推广。

　　1分类

　　纯蛋白再生纤维因无法获得可用的力学性质而很难制取，一般采用将蛋白质溶液与其他高聚物材料进行共混纺丝或将蛋白质与其他高聚物进行接枝共聚来制备再生蛋白质纤维。目前常用的高聚物基体材料包括三大类：

　　1)维纶基体材料：大豆纤维是将大豆蛋白溶液与聚乙二醇缩甲醛共混经湿法纺丝而成，纤维具有明显的皮芯结构，皮层为结构紧密的蛋白质，芯层是多孔空隙状的维纶材料[1]。

　　2)腈纶基体材料：牛奶蛋白复合纤维是由经牛奶分离出的酪素蛋白与聚丙烯腈经接枝共聚生成高聚物或两者共混经湿法纺丝而制备的新型纤维[2]。纤维纵向表面有无规则的沟槽。

　　3)纤维素基体材料：将动物蛋白或植物蛋白溶液与纤维素粘胶纺丝液共混，采用湿法纺丝工艺进行喷丝，在凝固浴中固化成型，形成稳定的皮芯结构。木蛹蛋白粘胶长丝[3]、木蛹蛋白粘胶短纤维[4]、玉蚕纤维、柔丝纤维、珍珠纤维等都是以粘胶为基体成型的再生蛋白质纤维。

　　2现有定性方法

　　纺织纤维材料的鉴别是通过燃烧性能、外观形态、化学溶解、红外光谱分析、密度测量等方法表征某一类材料的特有性能。专业纺织纤维检测机构、高校及相关技术机构等在常规纤维鉴别过程中一直遵循“一扯、二烧、三看、四溶”的原则，先区分纤维大类，再借助相关仪器设备进行特定的分析。FZ/T 01057—2007《纺织纤维鉴别试验方法》介绍了大豆蛋白纤维和牛奶蛋白改性聚丙烯腈纤维的定性方法。

　　1)燃烧法[5]。纤维的燃烧特征见表1。

　　2)显微镜观察法[6]。纤维在显微镜下横截面和纵截面形态特征见表2。

　　3)溶解法[7]。纤维溶解特征见表3。

　　4)含氯含氮呈色反应法[8]。含有氯、氮元素的纤维用火焰、酸碱法检测会呈现特定的呈色反应。由于牛奶纤维和大豆纤维中的蛋白质成分含有大量的氨基，所以氮元素有显色反应见表4。

　　5)密度梯度法[9]。纤维密度见表5。

　　6)红外光谱法[10]。红外特征吸收谱带可反映材料中分子基团和化学键的信息。再生蛋白质纤维是由蛋白质和基体材料复合的两相材料，其红外光谱图应反映两种材料的各自特征吸收谱带，见图1和图2。

　　从图1可以看出，大豆蛋白纤维和牛奶蛋白纤维在1660 cm-1酰胺吸收谱带I、1535 cm-1酰胺吸收谱带II、1450 cm-1处碳氮键伸缩振动吸收峰表明纤维成分内含有蛋白质特有的酰胺键；而前者在3300 cm-1的—OH伸缩振动、1019cm-1处的强吸收和848 cm-1处较弱吸收是维纶纤维中—C—O—C的典型特征谱带，后者在2245 cm-1附近的C—SN伸缩振动光谱与腈纶相同。需要指出的是，市面上生产和销售的大豆蛋白纤维、牛奶蛋白纤维中蛋白质含量均在20%以上，利用红外光谱分析技术可以对蛋白质成分进行定性鉴别，但由于许多纤维素基再生蛋白质纤维中蛋白含量不超过10%，环境、基体材料等因素在测试过程中会对红外光谱产生干扰而导致无出峰或被强吸收峰掩盖，无法对此类纤维进行客观全面的评价。

　　3现有定量方法

　　1)化学溶解法

　　GB/T 2910.101—2009《纺织品定量化学分析第101部分：大豆蛋白复合纤维与某些其他纤维的混合物》和FZ/T 01103—2009《纺织品牛奶蛋白改性聚丙烯腈纤维混纺产品定量化学分析方法》分别规定了大豆蛋白纤维、牛奶蛋白改性聚丙烯腈纤维二组分混合物的化学定量原理与分析方法。这两个方法标准的定量原理是先用1mol/L次氯酸钠溶液溶解蛋白质成分，再用20%盐酸溶解大豆蛋白纤维剩余物或50%(或65%)硫氰酸钾溶液溶解牛奶蛋白纤维剩余物。

　　2)凯氏定氮法

　　对于含有少量蛋白质成分的再生蛋白质纤维，因纤维基体材料对酸、碱溶剂的稳定性难以把握，在溶解蛋白质成分时会部分溶解其他组分，使结果的准确性偏差大，并且基于氨基酸组分对人体皮肤的特殊功效，对纤维中蛋白质或氨基酸含量的测试更能突出再生蛋白质纤维的独特性能。凯氏定氮法是一种测定蛋白质含量的化学实验室基本方法。

　　由宜宾海丝特纤维有限公司和上海市纺织工业技术监督所等单位起草的行业标准FZ/T 54028—2010《蛋白质粘胶短纤维》附录A中推荐采用的粘胶纤维蛋白质含量试验方法可归类于凯氏定氮法。基本原理是将含蛋白质试样在催化剂中用浓酸消解，在强碱作用下蒸馏使氨气挥发，经硼酸收集后用标准盐酸滴定，计算含氮量并转化成蛋白质含量。该方法具有成本低、易于推广等特点，但试验过程复杂繁琐，可变量多，蛋白质转换计算较为粗犷，不太适应现代检测快速、准确的定量思路。

　　3)氨基酸分析法

　　氨基酸的种类和数量在不同蛋白质中的分布是有特异的。羊毛角蛋白中丰富的二硫键交联形式(胱氨酸和半胱氨酸)是区别其他蛋白质的主要特征；桑蚕丝素蛋白中甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸和酪氨酸的含量占总氨基酸含量的90%以上[11]；大豆蛋白中谷氨酸、天门冬氨酸、亮氨酸和脯氨酸较多。张弦用121MB型氨基酸分析仪测定了大豆蛋白质改性纤维中氨基酸含量[12]；阮超明等人用全自动氨基酸分析仪测定了牛奶蛋白改性聚丙烯腈纤维中的氨基酸的含量，并对不同种类的氨基酸进行归类分析[13]；丁丽君对珍珠共混纤维素纤维的氨基酸组分进行了分析[14]。目前没有相关的标准和方法对纺织品中氨基酸含量进行测定，难以鉴别未知纤维中是否含有氨基酸及测定其含量。

　　4结语

　　再生蛋白质纤维的鉴别方法的研究目前多停留在燃烧法、显微镜法和化学溶解法等宏观方面，在蛋白质分子鉴别、元素分析等方面的研究还不够，无法从根本上区别纤维中是否含有蛋白成分，现有方法标准还有待更进一步的深入研究和完善。

　　参考文献：

　　[1]方雪娟.大豆纤维结构与染色性能的关系[J].毛纺科技，2002(02): 92-94.

　　[2]徐燕姿,李君.牛奶蛋白复合纤维的应用性能研究及其产品开发[J].毛纺科技,2006(01): 30-33.

　　[3]四川省宜宾惠美线业有限责任公司,宜宾丝丽雅集团有限公司.一种木蛹蛋白粘胶长丝的制造方法:中国专利，CN101962822B[P]. 2011-2-2.

　　[4]四川省宜宾惠美线业有限责任公司,成都华明玻璃纸股份有限公司,等.一种木蛹蛋白粘胶短纤维的制造方法:中国专利,CN101974800A[P]. 2011-2-16.

　　[5] FZ/T 01057.2—2007纺织纤维鉴别试验方法第2部分:燃烧法[S].

　　[6] FZ/T 01057.3—2007纺织纤维鉴别试验方法第3部分:显微镜法[S].

　　[7] FZ/T 01057.4—2007纺织纤维鉴别试验方法第4部分:溶解法[S].

　　[8] FZ/T 01057.4—2007纺织纤维鉴别试验方法第5部分:含氯含氮呈色反应法[S].

　　[9] FZ/T 01057.7—2007纺织纤维鉴别试验方法第7部分:密度梯度法[S].

　　[10] FZ/T 01057.8—2012纺织纤维鉴别试验方法第8部分:红外光谱法[S].

　　[11]姚穆.纺织材料学[M].第二版.中国纺织出版社,1990.

　　[12]张弦.大豆蛋白质改性纤维的性能及应用研究[D].天津工业大学博士学位论文,2004.

　　[13]阮超明.牛奶蛋白改性聚丙烯腈纤维结构及其性能研究[D].东华大学硕士论文,2008.

　　[14]丁丽君,陈心华等.珍珠共混纤维素纤维的氨基酸组分分析[J].上海纺织科技.2007,8:8-9.

　　[作者单位：广州市纤维产品检测院，国家纺织品服装产品质量监督检验中心(广州)]