應(yīng)用光學(xué)顯微鏡對(duì)幾種不同毛纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)的比較研究

段 濤，胡雅潔，麥熱依·吉力哈依達(dá)爾，張 微*

（1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，北京 100193；2.北京出入境檢驗(yàn)檢疫局檢驗(yàn)檢疫技術(shù)中心，北京 100026；3.新疆阜康市三工河哈薩克民族鄉(xiāng)畜牧獸醫(yī)草原站，新疆阜康 831506）

應(yīng)用光學(xué)顯微鏡對(duì)幾種不同毛纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)的比較研究

段 濤1，胡雅潔2，麥熱依·吉力哈依達(dá)爾3，張 微1*

（1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，北京 100193；2.北京出入境檢驗(yàn)檢疫局檢驗(yàn)檢疫技術(shù)中心，北京 100026；3.新疆阜康市三工河哈薩克民族鄉(xiāng)畜牧獸醫(yī)草原站，新疆阜康 831506）

應(yīng)用光學(xué)顯微鏡是目前鑒定動(dòng)物絨毛纖維較常用的檢測(cè)手段之一。為鑒定不同的絨纖維，使用光學(xué)顯微鏡對(duì)山羊絨、綿羊絨、兔絨、狐絨和駝絨纖維的微觀形態(tài)進(jìn)行分析鑒別，研究了各類動(dòng)物毛纖維的表觀形態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)，提出通過比較絨纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)5種絨纖維進(jìn)行鑒別的方法，為相關(guān)檢驗(yàn)檢疫部門對(duì)不同毛絨制品進(jìn)行甄別提供參考依據(jù)。

微觀結(jié)構(gòu)；山羊絨；綿羊絨；兔絨；狐絨；駝絨

山羊絨是一種非常珍貴且昂貴的動(dòng)物纖維。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，羊絨制品的消費(fèi)量不斷加大。目前，羊絨產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了由非技術(shù)原因造成的其他不容易鑒別的動(dòng)物纖維摻入山羊絨中的問題，甚至有些羊絨制品根本沒有山羊絨的成分，對(duì)貿(mào)易規(guī)則造成了嚴(yán)重?fù)p害。綿羊絨、兔絨、駝絨和狐絨是常用于山羊絨摻假的動(dòng)物纖維，這些纖維未經(jīng)處理或稍經(jīng)處理與山羊絨非常接近，肉眼不容易辨別。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、顯微技術(shù)、光譜技術(shù)以及生物技術(shù)的迅速發(fā)展，纖維鑒別的方法越來越多，誤判率逐漸降低。在不同鑒別場(chǎng)合下應(yīng)選擇不同的鑒別技術(shù)，不僅要確保準(zhǔn)確性，而且要考慮成本、效率等要求。在科研工作中，一般采用DNA鑒別技術(shù)、電子顯微鏡技術(shù)、近紅外光譜技術(shù)等方法，但這些方法也有自身的局限性；在實(shí)際生產(chǎn)中多采用光學(xué)顯微鏡結(jié)合人工的方法進(jìn)行鑒別。

動(dòng)物毛纖維的微觀結(jié)構(gòu)主要指纖維同心結(jié)構(gòu)中的鱗片、皮質(zhì)和髓質(zhì)的微觀構(gòu)造[1]。絨毛的微觀結(jié)構(gòu)取決于動(dòng)物的先天遺傳，因此具有物種的特異性。鱗片是最外層的覆蓋層，各種動(dòng)物的鱗片層在外部形態(tài)上有多種多樣的表現(xiàn)，具有分類鑒別的作用。皮質(zhì)的發(fā)達(dá)程度對(duì)毛的彈性和韌性起決定作用。髓質(zhì)的排列方式及其所呈現(xiàn)的花紋因動(dòng)物類別的不同而不同，具有分類作用。本試驗(yàn)基于顯微投影原理，利用顯微鏡圖像識(shí)別技術(shù)，研究山羊絨、綿羊絨、兔絨、狐貍絨和駝絨的表觀形態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)，旨在找到一種準(zhǔn)確、有效、受人為因素影響小的鑒定方法來鑒別不同的毛纖維。

1 材料與方法

1.1 材料 白山羊絨、綿羊絨、兔絨、狐絨、駝絨均采自河北省清河縣，隨機(jī)采集測(cè)試樣品，清水洗去表面的雜物，用四氯化碳洗毛纖維，用鑷子去除其中的雜毛，留備觀察。

1.2 儀器與設(shè)備 CU-6纖維細(xì)度分析儀，哈氏切片器，載玻片，蓋玻片，單面刀片，牙簽，甘油，指甲油。

1.3 試樣制備

1.3.1 鱗片層試樣 將少量指甲油滴在干凈的載玻片上，輕微晃動(dòng)載玻片使其自然散開，均勻涂于載玻片上，指甲油呈半干狀態(tài)時(shí)，將準(zhǔn)備好的絨纖維橫置于載玻片上，捏住纖維兩端稍加壓力使絨纖維的一半嵌入指甲油中，即可印出理想的鱗片形狀。若纖維浸沒過深或者過淺，均不能印出較好的鱗片形狀。待指甲油干后，輕輕取下絨纖維，在指甲油膜上印出纖維鱗片的形狀。把印膜同載玻片一起置于顯微鏡下觀察。

1.3.2 髓質(zhì)層試樣 取一束散纖維，整理成平齊的纖維束，將纖維束中部夾入哈氏切片器，切片時(shí)將前兩刀棄去不用，旋轉(zhuǎn)精密螺絲，使纖維束剛露出金屬面板（約長0.1 mm），用單面刀片沿金屬版面切下試樣，切時(shí)刀片和金屬板間夾角要小，并保持角度不變，使切下的纖維長度一致。在載玻片中央滴一滴石蠟油，將切下的纖維粉末置于石蠟油中，用牙簽攪拌使其完全均勻分布在石蠟油中。蓋上蓋玻片，不能產(chǎn)生氣泡。靜置片刻，將載玻片置于顯微鏡下觀察髓質(zhì)層。

1.3.3 細(xì)度測(cè)定 利用CU-6纖維細(xì)度分析儀（北京合眾視野科技有限公司，北京）測(cè)量200根絨纖維的細(xì)度。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析 纖維細(xì)度用Excel 2007對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理，然后用SPSS 19.0進(jìn)行單因素方差分析，均值的多重比較采用Duncan's法，并以P＜0.05作為差異顯著性判斷標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)值采用均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與討論

2.1 鱗片層結(jié)構(gòu) 由圖1可以看出，山羊絨纖維表面比較光滑，鱗片呈規(guī)則環(huán)狀和少量不規(guī)則環(huán)狀包覆于毛干上，鱗片形狀近似于“四邊形”，形態(tài)變化小。鱗片與鱗片之間的陰影部分較淺，這一現(xiàn)象可能與鱗片厚度或鱗片翹角有關(guān)，或者是二者的共同影響。有研究通過掃描電鏡觀察顯示山羊，絨纖維邊緣無明顯的褶皺和凸起，幾乎沒有因鱗片翹起而形成邊緣小鋸齒形翹角[2]；鱗片邊緣光滑，缺損很少[3]；鱗片較薄，厚度一般在0.3～0.50μm[4]；鱗片間距較大，呈現(xiàn)上下鱗片不完全重疊覆蓋[2]。由此可說明山羊絨鱗片薄以及鱗片翹角這2個(gè)因素共同導(dǎo)致了在光學(xué)顯微鏡下鱗片之間的陰影較淺。

圖1 山羊絨鱗片結(jié)構(gòu)（500×）

圖2 綿羊絨鱗片結(jié)構(gòu)（500×）

綿羊絨是土種粗毛綿羊（包括裘用綿羊）異質(zhì)毛被中的底層絨毛（次級(jí)毛囊衍生物）。長期以來這種絨毛同綿羊異質(zhì)毛被中的粗毛、兩型毛和干死毛一起混用。20世紀(jì)90年代初，一些羊絨加工者用土種粗毛綿羊的混型毛經(jīng)過梳棉機(jī)精梳，將絨毛與粗毛、兩型毛等分離，加工而成綿羊絨，從而作為一種新的商品在市場(chǎng)上流通[2]。綿羊絨柔軟、理化性質(zhì)與山羊絨相近，二者摻混后憑經(jīng)驗(yàn)很難區(qū)分。如圖2所示，綿羊絨纖維表面的鱗片呈現(xiàn)環(huán)狀、波紋狀和少量不規(guī)則環(huán)狀，排列比山羊絨清晰且整齊，鱗片形狀近似于“瓦形”，鱗片之間的陰影較深。掃描電鏡觀察結(jié)果也顯示綿羊絨鱗片層較厚，鱗片之間有較明顯的重疊，連接沒有山羊絨緊密，部分纖維鱗片的前端有明顯翹起與下層的鱗片有一定的縫隙[5]；鱗片邊緣有不同程度的缺損，沒有山羊絨光滑[3]。

圖3 兔絨鱗片結(jié)構(gòu)（500×）

如圖3所示，兔絨鱗片層呈“麥穗狀”或者“人”字形緊密排列（兔絨的特性），可用于與其他動(dòng)物纖維的比較研究和鑒定；鱗片緊貼毛干，排列整齊，鱗片間重疊較少，鱗片邊緣較光滑。如圖4所示，狐絨的鱗片層由長瓣?duì)?、瓦狀、三角狀以及少量的不?guī)則形狀排列組成，鱗片邊緣比較光滑，鱗片根部緊貼毛干，梢部向外張開，形成一定的翹角。由于狐絨鱗片較瘦窄且邊緣較尖而形成非環(huán)狀包覆，這一特征與綿羊絨、山羊絨纖維有明顯的差別[6]。如圖5所示，駝絨的鱗片呈環(huán)狀或者斜條狀，緊貼毛干，但大多不在一個(gè)水平線上，邊緣光滑圓鈍；大多數(shù)絨鱗片邊緣碎裂，鱗片的結(jié)構(gòu)不如山羊絨、綿羊絨的鱗片規(guī)則清晰，結(jié)構(gòu)形態(tài)不完整。

圖4 狐絨鱗片結(jié)構(gòu)（500×）

圖5 駝絨鱗片結(jié)構(gòu)（500×）

2.2 髓質(zhì)層 髓質(zhì)層是有髓毛的主要特征，位于毛纖維的中央，在兩型毛中呈點(diǎn)狀或斷續(xù)狀，在有髓毛中多呈連續(xù)狀。

如圖6～7所示，山羊絨和綿羊絨均屬于無髓毛[7]，纖維除鱗片外，全部為皮質(zhì)層所充滿。山羊絨纖維在顯微鏡下光線透過性能好，透光均勻，纖維亮度均勻，無陰影感。

圖6 山羊絨髓質(zhì)層（500×）

圖7 綿羊絨髓質(zhì)層（500×）

如圖8所示，兔絨的髓質(zhì)層呈斷續(xù)狀和單列梯狀，單個(gè)髓腔呈不規(guī)則四邊形，部分髓腔還呈現(xiàn)中空狀。也有研究觀察到兔絨髓質(zhì)形態(tài)有圓豆?fàn)?、珍珠狀以及齒狀，同時(shí)還指出兔絨毛尖和根部無髓質(zhì)，中部由鱗片層、皮質(zhì)層和髓質(zhì)層組成[8]。由于觀察中選取的是絨纖維的中部，所以視野中的纖維均有髓質(zhì)。如圖9所示，狐絨為有髓纖維，髓腔呈算盤珠形單列排列，髓腔整體排列整齊，單個(gè)髓腔呈近圓形或矩形。駝絨髓質(zhì)呈間斷線狀或窄細(xì)條狀，顯微鏡下可看到呈黃褐色或棕褐色的色素分散。有研究觀察到點(diǎn)狀髓腔[9]。如圖10所示，駝絨的明顯特征是其表面有色素沉積，呈細(xì)長條狀，可用于與山羊絨等區(qū)分。

圖8 兔絨髓質(zhì)層（500×）

圖9 狐絨髓質(zhì)層（500×）

2.3 細(xì)度與顏色 纖維的細(xì)度是影響毛纖維品質(zhì)的重要物理指標(biāo)，在某些特定情況下，可以依據(jù)纖維的細(xì)度等特征指標(biāo)來鑒別纖維種類。但是，纖維細(xì)度還與原料的產(chǎn)地、氣候條件、顏色、分梳工藝等諸多因素有關(guān)[4]。所以單一的細(xì)度指標(biāo)很難作為一個(gè)客觀的鑒定方法。

圖10 駝絨髓質(zhì)層（500×）

表1 不同纖維細(xì)度及顏色

如表1所示，這5種纖維的細(xì)度略有差異，但差異不顯著（P＞0.05）。根據(jù)《山羊絨》《駝絨》的國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)[10-11]規(guī)定，山羊絨的細(xì)度≤25μm，駝絨為40μm為及以下，山羊絨以平均直徑≤14.5、14.5～15.5、15.5～16.0、16.0～18.5μm分為超細(xì)型、特細(xì)型、細(xì)型和粗型。從歷史文獻(xiàn)和檢驗(yàn)情況來看，綿羊絨細(xì)度范圍主要集中在18～22μm，最細(xì)達(dá)14 μm[12]。兔絨纖維在此次檢測(cè)中是最細(xì)的，但是有研究表明單根兔絨的尖部最細(xì)，中部變粗，根部又變細(xì)，各部分直徑相差較大，外形生長特性呈紡錘形，從力學(xué)角度分析，兔絨的這一外形生長特征成為兔絨織物易掉毛的原因之一[8]。所以兔絨纖維可紡性差，并沒有以純紡的形式大量運(yùn)用于紡織品。山羊絨平均直徑小而且均勻度好，手感柔軟細(xì)膩，拉力強(qiáng)而富有彈性。纖維細(xì)度與紡紗工藝及成紗質(zhì)量關(guān)系密切，而且直接影響織物風(fēng)格。細(xì)度越小，同等支數(shù)紗線截面積中纖維根數(shù)就越多，紗線的均勻度和強(qiáng)力就越好。但是過細(xì)的纖維在紡紗過程中易糾纏成結(jié)，影響紗的質(zhì)量。纖維直徑粗，抗彎剛度大，不易彎曲纏繞，纖維不易糾纏成球[13]。

所檢測(cè)的纖維樣品中除駝絨為褐色外，均為白色。絨纖維的顏色是指纖維在洗凈以后的天然色澤。未洗凈的纖維上往往含有不同程度的油汗、塵土、糞尿與污物等外來物質(zhì)，使得污毛顏色與其天然顏色存在差異。不同物種動(dòng)物的毛纖維之間毛色存在差異，即使在同一品種內(nèi)，毛色亦因個(gè)體而有所差異，同時(shí)動(dòng)物毛色還受到地域環(huán)境、飼喂條件等因素的影響。

2.4 幾種類似動(dòng)物纖維的形態(tài)比較與鑒別 表2將幾種動(dòng)物纖維從鱗片形態(tài)、髓腔、邊緣光滑程度幾個(gè)方面進(jìn)行了比較。

2.4.1 山羊絨與綿羊絨的鑒別 中國是世界上第一個(gè)開發(fā)利用綿羊絨的國家，從1985年正式開發(fā)利用綿羊絨以來，綿羊絨歸類于“毛”還是“絨”就一直受到各方的爭(zhēng)議[12]。2006年出臺(tái)了綿羊絨河北省地方標(biāo)準(zhǔn)[14]，2008年國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局發(fā)布了《綿羊絨》國家標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）[15]，有望進(jìn)一步規(guī)范該種動(dòng)物纖維的利用。山羊絨與綿羊絨均無髓質(zhì)，在平均細(xì)度上差異也不大，手感也非常接近。綿羊絨相比山羊絨纖維的最大特點(diǎn)是其鱗片較厚，且翹角較大，鱗片之間連接沒有山羊絨緊密。此外，綿羊絨的鱗片邊緣沒有山羊絨整齊，這一特征也可用于二者之間的輔助鑒別。

2.4.2 山羊絨與兔絨、狐絨、駝絨的鑒別 兔絨、狐絨、駝絨均為有髓纖維，依據(jù)這一特征可以與山羊絨進(jìn)行判別。兔絨鱗片層最大的特點(diǎn)是呈麥穗狀緊密排列。兔絨與狐絨的髓質(zhì)層均呈斷續(xù)狀分布，而駝絨的髓質(zhì)大多為間斷線狀，而且駝絨以斜狀的半包圍鱗片區(qū)別于其他動(dòng)物纖維。狐絨纖維鱗片最大的特點(diǎn)是瘦尖呈非環(huán)狀。

表2 山羊絨、綿羊絨、兔絨、狐絨、駝絨的形態(tài)比較

3 小 結(jié)

鑒別動(dòng)物纖維要求檢測(cè)人員必須熟悉和掌握不同類型纖維的形態(tài)特征，在實(shí)際操作中，利用動(dòng)物毛皮外觀形態(tài)及其毛纖維在顯微鏡下鱗片形態(tài)、髓質(zhì)層結(jié)構(gòu)等方面的差異進(jìn)行甄別，進(jìn)而判別不同的纖維種類，同時(shí)配合手感進(jìn)行輔助判別。而平均細(xì)度這一指標(biāo)受到采樣中取樣均一性以及樣品來源是否統(tǒng)一的影響，不同批次的測(cè)定可能會(huì)有較大差異，在鑒別中可作為參考。利用顯微成像技術(shù)可以很好地輔助檢測(cè)人員對(duì)纖維做出更加準(zhǔn)確的鑒別。

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Comparative Study on Morphological Structure of Several Kinds of Animal Fibers by Optical Microscope

DUAN Tao1, HU Ya-jie2, Maireyi·Jilihayidaer3, ZHANG Wei1*
(1. College of Animal Science and Technology, China Agricultural University, Beijing 100193, China; 2. Beijing Inspection and Quarantine Testing Center, Beijing Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau, Beijing 100026, China; 3. Xinjiang Fukang Sangong River Kazakhstan Ethnic Township Animal Husbandry and Veterinary Grassland Station, Xinjiang Fukang 831506, China)

The application of optical microscopy is one of the most commonly methods for the identification of animal hair fibers. In order to identify different fibers, optical microscopy was used to analyze and identify the microscopy morphology of cashmere, sheep down, rabbit hair, fox hair and camel underfleece. The apparent morphology and microstructure of hair fibers were studied. A method for the identification of five kinds of fibers by comparing the morphological structure of fibers is proposed. To provide reference basis for the identification of adulterated products in the relevant inspection and quarantine departments.

Microstructure; Cashmere; Sheep down; Rabbit hair; Fox hair; Camel underfleece

O629.8；TS252.5

A

10.19556/j.0258-7033.2017-05-122

2017-04-01；

2017-04-14

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)資金資助（CARS-40）；國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局科技計(jì)劃項(xiàng)目（2015IK019）作者簡(jiǎn)介：段濤（1993-），男，山西人，在讀博士，主要從事反芻動(dòng)物營養(yǎng)與飼料研究，E-mail: duantao@cau.edu.cn

* 通訊作者：張微（1976-），女，黑龍江人，博士，副教授，主要從事反芻動(dòng)物營養(yǎng)與飼料研究，E-mail: wzhang@cau.edu.cn