含蛋白質(zhì)組分化學(xué)纖維中氨基酸含量的測定

謝劍飛，楊欣卉

（廣州纖維產(chǎn)品檢測研究院，廣東廣州511447）

0 引言

含蛋白質(zhì)組分的化學(xué)纖維，大多數(shù)是差別化的新型化學(xué)纖維。羊毛和蠶絲是應(yīng)用歷史悠久、工藝成熟的兩類天然蛋白質(zhì)纖維。含有蛋白質(zhì)組分的化學(xué)纖維是將牛奶、大豆、花生、膠原等材料中提取出的蛋白質(zhì)先與高分子紡絲液進(jìn)行化學(xué)共聚或物理共混，然后再通過適宜的紡絲工藝制成新型的化學(xué)纖維。目前，已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)并得到推廣應(yīng)用的含蛋白質(zhì)組分的化學(xué)纖維有牛奶蛋白復(fù)合纖維、大豆蛋白復(fù)合纖維、蠶蛹蛋白復(fù)合纖維、植物葉蛋白改性再生纖維素纖維等。

牛奶蛋白復(fù)合纖維是將液體牛奶去水、脫脂，提取出蛋白質(zhì)，再利用接枝共聚技術(shù)將提取的蛋白質(zhì)分子與聚丙烯腈聚合物制成含牛奶蛋白的紡絲液，最后經(jīng)濕法紡絲工藝制成蛋白改性聚丙烯腈纖維，也就是俗稱的牛奶纖維[1]。大豆蛋白復(fù)合纖維是將大豆中提取的球狀結(jié)晶體蛋白質(zhì)與聚乙烯醇聚合物混合制成紡絲液，再通過濕法紡絲工藝制成蛋白改性聚乙烯醇纖維，俗稱大豆纖維[2]。蠶蛹蛋白復(fù)合纖維是將蠶繭烘干、脫脂、浸泡后溶解于堿溶液中并過濾，用分子篩控制相對分子質(zhì)量，再經(jīng)脫色、水洗、脫水、烘干等工序制成蠶蛹蛋白，然后將制得的蠶蛹蛋白溶解后與高聚物共混或接枝后進(jìn)行紡絲[3-4]。玉蠶纖維其實是一種植物葉蛋白改性的再生纖維素纖維，從桑葉中提取植物葉蛋白并添加到纖維素紡絲液中進(jìn)行共混紡絲，可以制得植物葉蛋白改性再生纖維素纖維。

含蛋白質(zhì)組分的化學(xué)纖維其蛋白質(zhì)含量一般較低，如玉蠶纖維的蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為1%～5%。在國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4146.1—2009《紡織品化學(xué)纖維第1部分：屬名》中未對含蛋白質(zhì)組分的化學(xué)纖維進(jìn)行相應(yīng)的描述；在國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 29862—2013《紡織品纖維含量的標(biāo)識》附錄B中，B.2部分的示例3和示例4分別出現(xiàn)了“蛋白改性聚乙烯醇纖維”和“蛋白改性聚丙烯腈纖維”兩種纖維名稱。目前，含蛋白質(zhì)組分的化學(xué)纖維的定性鑒別與標(biāo)識問題是紡織品檢測與市場推廣中亟需解決的問題。蛋白質(zhì)的基本組成單位是氨基酸，蛋白質(zhì)在酸、堿或酶的作用下發(fā)生水解反應(yīng)，經(jīng)過多肽，最后得到多種α-氨基酸。柱后衍生陽離子交換色譜法是氨基酸分析的經(jīng)典方法[5]，使用該方法在氨基酸自動分析儀上可以實現(xiàn)氨基酸種類及含量的便捷測試分析。通過對化學(xué)纖維中氨基酸含量進(jìn)行測定，可以為含蛋白質(zhì)組分的化學(xué)纖維的定性鑒別與性能評價提供技術(shù)支持。

1 試驗

1.1 試驗樣品

牛奶纖維（牛奶蛋白改性聚丙烯腈纖維）、大豆纖維（大豆蛋白改性聚乙烯醇纖維）和玉蠶纖維（植物葉蛋白改性再生纖維素纖維）。

1.2 儀器與試劑

L-8900型氨基酸自動分析儀（日本日立公司）、UF55Plus型恒溫干燥箱（德國Memmert公司）、20 mL鉗口水解管（含覆有聚四氟乙烯膜的硅膠墊片和鋁制瓶蓋）、孔徑0.45μm的水相濾膜。

6.0 moL/L鹽酸（濃鹽酸與水以1∶1的體積比混合并搖勻）、0.02 mol/L鹽酸（濃鹽酸用水稀釋600倍）、混合氨基酸標(biāo)準(zhǔn)液和茚三酮（優(yōu)級純）。

1.3 試驗方法

1.3.1 取樣

均勻選取有代表性的纖維樣品，并剪至長度不大于5 mm的短纖維，然后稱取0.500 0 g樣品置于水解管中。

1.3.2 水解與脫酸

向置有短纖維樣品的水解管中加入6.0 mol/L的鹽酸溶液15.0 mL，再將其放入冰水混合物中冷卻，3～5 min后向管內(nèi)通入高純氮氣約2 min（以便趕出水解管液面上方的空氣），然后迅速蓋上瓶蓋并鉗口密封，再將水解管置于110℃恒溫干燥箱內(nèi)進(jìn)行水解，22 h后取出冷卻。打開水解管，將水解液轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶內(nèi)，用水多次沖洗水解管后定容、混勻，并用濾紙過濾。用移液管移取1.0 mL濾液于5 mL燒杯內(nèi)，并將燒杯置于50℃恒溫干燥箱內(nèi)進(jìn)行干燥，殘留物用1.0～2.0 mL水進(jìn)行溶解、再干燥，反復(fù)進(jìn)行兩次溶解與干燥操作，直至完全蒸干。移取0.02 mol/L的鹽酸1.0 mL充分溶解燒杯內(nèi)的蒸干殘留物，然后使用0.45μm孔徑的水相過濾膜進(jìn)行過濾，濾液供氨基酸自動分析儀測試使用。

1.3.3 儀器測試

吸取0.2 mL混合氨基酸標(biāo)準(zhǔn)溶液，用0.02 mol/L的鹽酸溶液稀釋至5 mL，作為氨基酸自動分析儀上機測試的標(biāo)準(zhǔn)溶液，稀釋后的氨基酸標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為1×10-7mol/L。用氨基酸自動分析儀測定試樣提取液中氨基酸的種類與含量，使用外標(biāo)法進(jìn)行定量。測試所用離子交換分離柱為4.6mm×60 mm的蛋白質(zhì)水解柱，反應(yīng)柱為4.6 mm×40 mm內(nèi)置惰性金剛砂小顆粒的反應(yīng)柱，分離柱柱溫和反應(yīng)柱柱溫分別為57℃和135℃，檢測波長分別為570 nm和440 nm，進(jìn)樣量為20μL。

2 結(jié)果與分析

2.1 纖維樣品中氨基酸的種類與含量

氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本單元，蛋白質(zhì)在蛋白水解酶、強酸或強堿的作用下水解為氨基酸，水解后的游離氨基酸的種類與含量可以使用氨基酸自動分析儀進(jìn)行分析。

圖1為標(biāo)準(zhǔn)溶液中氨基酸的分離色譜圖，標(biāo)準(zhǔn)混合溶液的氨基酸譜峰具有很好的分離效果，第二通道（檢測波長為440 nm）用于測試脯氨酸，第一通道（檢測波長為570 nm）用于檢測除脯氨酸之外的其它氨基酸。圖1中，1為天冬氨酸，2為蘇氨酸，3為絲氨酸，4為谷氨酸，5為甘氨酸，6為丙氨酸，7為胱氨酸，8為纈氨酸，9為甲硫氨酸，10為異亮氨酸，11為亮氨酸，12為酪氨酸，13為苯丙氨酸，14為賴氨酸，15為游離氨，16為組氨酸，17為精氨酸，18為脯氨酸。圖2中，1為谷氨酸，2為酪氨酸，3為脯氨酸，4為天冬氨酸，5為纈氨酸。圖3中，1為谷氨酸，2為天冬氨酸，3為亮氨酸，4為精氨酸，5為苯丙氨酸。圖4中，1為谷氨酸，2為亮氨酸，3為天冬氨酸，4為纈氨酸，5為苯丙氨酸。

使用氨基酸自動分析儀測定纖維試樣提取液中氨基酸的種類與含量，以外標(biāo)法進(jìn)行定量。圖2、圖3和圖4分別為牛奶纖維、大豆纖維和玉蠶纖維中蛋白水解氨基酸的分離色譜圖，且各圖中氨基酸的譜峰分離良好。使用氨基酸自動分析儀測試得到的牛奶纖維、大豆纖維和玉蠶纖維中蛋白水解氨基酸的種類與含量詳見表1，牛奶纖維和大豆纖維的氨基酸分離譜圖中有17種氨基酸的譜峰，玉蠶纖維的氨基酸分離譜圖中有16種氨基酸的譜峰，牛奶纖維、大豆纖維和玉蠶纖維中蛋白質(zhì)水解氨基酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為17.044%、7.929%和1.019%。

圖1 氨基酸液體混合標(biāo)樣中氨基酸的分離色譜圖

圖2 牛奶纖維中蛋白水解氨基酸的分離色譜圖

圖3 大豆纖維中蛋白水解氨基酸的分離色譜圖

圖4 玉蠶纖維中蛋白水解氨基酸的分離色譜圖

表1 牛奶纖維、大豆纖維和玉蠶纖維中蛋白水解氨基酸的種類與占比

2.2 纖維樣品中氨基酸的相對比例分析

由圖2和表1可知，牛奶纖維中質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的五種氨基酸依次為谷氨酸、酪氨酸、脯氨酸、天冬氨酸和纈氨酸，五種氨基酸占氨基酸總量的61.45%。由圖3和表1可知，大豆纖維中質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的五種氨基酸依次為谷氨酸、天冬氨酸、亮氨酸、精氨酸和苯丙氨酸，五種氨基酸占氨基酸總量的58.07%。由圖4和表1可知，玉蠶纖維中質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的五種氨基酸依次為谷氨酸、亮氨酸、天冬氨酸、纈氨酸和苯丙氨酸，五種氨基酸占氨基酸總量的68.10%。

牛奶纖維、大豆纖維和玉蠶纖維三種含蛋白質(zhì)組分的化學(xué)纖維中的蛋白質(zhì)分別來源于牛奶、大豆和植物的葉子。由于蛋白質(zhì)的來源不同，其氨基酸的組成種類與所含質(zhì)量分?jǐn)?shù)也不相同，而氨基酸組成與含量比例的測試數(shù)據(jù)可以作為判斷化學(xué)纖維中蛋白質(zhì)來源的重要參考依據(jù)。

3 結(jié)論

（1）化學(xué)纖維中的蛋白質(zhì)組分在鹽酸存在的條件下可水解為游離氨基酸，氨基酸的組成與含量可以使用氨基酸自動分析儀進(jìn)行測定。

（2）含有蛋白質(zhì)組分的化學(xué)纖維中的蛋白質(zhì)來源不同，組成蛋白質(zhì)的氨基酸種類與含量也各不相同；測試氨基酸組成與所含質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以作為判斷化學(xué)纖維中蛋白質(zhì)來源的重要參考依據(jù)。