应用光学显微镜对几种不同毛纤维形态结构的比较研究

段 涛，胡雅洁，麦热依·吉力哈依达尔，张 微*

（1.中国农业大学动物科技学院，北京 100193；2.北京出入境检验检疫局检验检疫技术中心，北京 100026；3.新疆阜康市三工河哈萨克民族乡畜牧兽医草原站，新疆阜康 831506）

应用光学显微镜对几种不同毛纤维形态结构的比较研究

段 涛1，胡雅洁2，麦热依·吉力哈依达尔3，张 微1*

（1.中国农业大学动物科技学院，北京 100193；2.北京出入境检验检疫局检验检疫技术中心，北京 100026；3.新疆阜康市三工河哈萨克民族乡畜牧兽医草原站，新疆阜康 831506）

应用光学显微镜是目前鉴定动物绒毛纤维较常用的检测手段之一。为鉴定不同的绒纤维，使用光学显微镜对山羊绒、绵羊绒、兔绒、狐绒和驼绒纤维的微观形态进行分析鉴别，研究了各类动物毛纤维的表观形态和微观结构，提出通过比较绒纤维形态结构对5种绒纤维进行鉴别的方法，为相关检验检疫部门对不同毛绒制品进行甄别提供参考依据。

微观结构；山羊绒；绵羊绒；兔绒；狐绒；驼绒

山羊绒是一种非常珍贵且昂贵的动物纤维。随着我国国民经济的发展，羊绒制品的消费量不断加大。目前，羊绒产业出现了由非技术原因造成的其他不容易鉴别的动物纤维掺入山羊绒中的问题，甚至有些羊绒制品根本没有山羊绒的成分，对贸易规则造成了严重损害。绵羊绒、兔绒、驼绒和狐绒是常用于山羊绒掺假的动物纤维，这些纤维未经处理或稍经处理与山羊绒非常接近，肉眼不容易辨别。随着计算机技术、显微技术、光谱技术以及生物技术的迅速发展，纤维鉴别的方法越来越多，误判率逐渐降低。在不同鉴别场合下应选择不同的鉴别技术，不仅要确保准确性，而且要考虑成本、效率等要求。在科研工作中，一般采用DNA鉴别技术、电子显微镜技术、近红外光谱技术等方法，但这些方法也有自身的局限性；在实际生产中多采用光学显微镜结合人工的方法进行鉴别。

动物毛纤维的微观结构主要指纤维同心结构中的鳞片、皮质和髓质的微观构造[1]。绒毛的微观结构取决于动物的先天遗传，因此具有物种的特异性。鳞片是最外层的覆盖层，各种动物的鳞片层在外部形态上有多种多样的表现，具有分类鉴别的作用。皮质的发达程度对毛的弹性和韧性起决定作用。髓质的排列方式及其所呈现的花纹因动物类别的不同而不同，具有分类作用。本试验基于显微投影原理，利用显微镜图像识别技术，研究山羊绒、绵羊绒、兔绒、狐狸绒和驼绒的表观形态和微观结构，旨在找到一种准确、有效、受人为因素影响小的鉴定方法来鉴别不同的毛纤维。

1 材料与方法

1.1 材料 白山羊绒、绵羊绒、兔绒、狐绒、驼绒均采自河北省清河县，随机采集测试样品，清水洗去表面的杂物，用四氯化碳洗毛纤维，用镊子去除其中的杂毛，留备观察。

1.2 仪器与设备 CU-6纤维细度分析仪，哈氏切片器，载玻片，盖玻片，单面刀片，牙签，甘油，指甲油。

1.3 试样制备

1.3.1 鳞片层试样 将少量指甲油滴在干净的载玻片上，轻微晃动载玻片使其自然散开，均匀涂于载玻片上，指甲油呈半干状态时，将准备好的绒纤维横置于载玻片上，捏住纤维两端稍加压力使绒纤维的一半嵌入指甲油中，即可印出理想的鳞片形状。若纤维浸没过深或者过浅，均不能印出较好的鳞片形状。待指甲油干后，轻轻取下绒纤维，在指甲油膜上印出纤维鳞片的形状。把印膜同载玻片一起置于显微镜下观察。

1.3.2 髓质层试样 取一束散纤维，整理成平齐的纤维束，将纤维束中部夹入哈氏切片器，切片时将前两刀弃去不用，旋转精密螺丝，使纤维束刚露出金属面板（约长0.1 mm），用单面刀片沿金属版面切下试样，切时刀片和金属板间夹角要小，并保持角度不变，使切下的纤维长度一致。在载玻片中央滴一滴石蜡油，将切下的纤维粉末置于石蜡油中，用牙签搅拌使其完全均匀分布在石蜡油中。盖上盖玻片，不能产生气泡。静置片刻，将载玻片置于显微镜下观察髓质层。

1.3.3 细度测定 利用CU-6纤维细度分析仪（北京合众视野科技有限公司，北京）测量200根绒纤维的细度。

1.4 统计分析 纤维细度用Excel 2007对所有数据进行初步整理，然后用SPSS 19.0进行单因素方差分析，均值的多重比较采用Duncan's法，并以P＜0.05作为差异显著性判断标准。数值采用均值±标准差表示。

2 结果与讨论

2.1 鳞片层结构 由图1可以看出，山羊绒纤维表面比较光滑，鳞片呈规则环状和少量不规则环状包覆于毛干上，鳞片形状近似于“四边形”，形态变化小。鳞片与鳞片之间的阴影部分较浅，这一现象可能与鳞片厚度或鳞片翘角有关，或者是二者的共同影响。有研究通过扫描电镜观察显示山羊，绒纤维边缘无明显的褶皱和凸起，几乎没有因鳞片翘起而形成边缘小锯齿形翘角[2]；鳞片边缘光滑，缺损很少[3]；鳞片较薄，厚度一般在0.3～0.50μm[4]；鳞片间距较大，呈现上下鳞片不完全重叠覆盖[2]。由此可说明山羊绒鳞片薄以及鳞片翘角这2个因素共同导致了在光学显微镜下鳞片之间的阴影较浅。

图1 山羊绒鳞片结构（500×）

图2 绵羊绒鳞片结构（500×）

绵羊绒是土种粗毛绵羊（包括裘用绵羊）异质毛被中的底层绒毛（次级毛囊衍生物）。长期以来这种绒毛同绵羊异质毛被中的粗毛、两型毛和干死毛一起混用。20世纪90年代初，一些羊绒加工者用土种粗毛绵羊的混型毛经过梳棉机精梳，将绒毛与粗毛、两型毛等分离，加工而成绵羊绒，从而作为一种新的商品在市场上流通[2]。绵羊绒柔软、理化性质与山羊绒相近，二者掺混后凭经验很难区分。如图2所示，绵羊绒纤维表面的鳞片呈现环状、波纹状和少量不规则环状，排列比山羊绒清晰且整齐，鳞片形状近似于“瓦形”，鳞片之间的阴影较深。扫描电镜观察结果也显示绵羊绒鳞片层较厚，鳞片之间有较明显的重叠，连接没有山羊绒紧密，部分纤维鳞片的前端有明显翘起与下层的鳞片有一定的缝隙[5]；鳞片边缘有不同程度的缺损，没有山羊绒光滑[3]。

图3 兔绒鳞片结构（500×）

如图3所示，兔绒鳞片层呈“麦穗状”或者“人”字形紧密排列（兔绒的特性），可用于与其他动物纤维的比较研究和鉴定；鳞片紧贴毛干，排列整齐，鳞片间重叠较少，鳞片边缘较光滑。如图4所示，狐绒的鳞片层由长瓣状、瓦状、三角状以及少量的不规则形状排列组成，鳞片边缘比较光滑，鳞片根部紧贴毛干，梢部向外张开，形成一定的翘角。由于狐绒鳞片较瘦窄且边缘较尖而形成非环状包覆，这一特征与绵羊绒、山羊绒纤维有明显的差别[6]。如图5所示，驼绒的鳞片呈环状或者斜条状，紧贴毛干，但大多不在一个水平线上，边缘光滑圆钝；大多数绒鳞片边缘碎裂，鳞片的结构不如山羊绒、绵羊绒的鳞片规则清晰，结构形态不完整。

图4 狐绒鳞片结构（500×）

图5 驼绒鳞片结构（500×）

2.2 髓质层 髓质层是有髓毛的主要特征，位于毛纤维的中央，在两型毛中呈点状或断续状，在有髓毛中多呈连续状。

如图6～7所示，山羊绒和绵羊绒均属于无髓毛[7]，纤维除鳞片外，全部为皮质层所充满。山羊绒纤维在显微镜下光线透过性能好，透光均匀，纤维亮度均匀，无阴影感。

图6 山羊绒髓质层（500×）

图7 绵羊绒髓质层（500×）

如图8所示，兔绒的髓质层呈断续状和单列梯状，单个髓腔呈不规则四边形，部分髓腔还呈现中空状。也有研究观察到兔绒髓质形态有圆豆状、珍珠状以及齿状，同时还指出兔绒毛尖和根部无髓质，中部由鳞片层、皮质层和髓质层组成[8]。由于观察中选取的是绒纤维的中部，所以视野中的纤维均有髓质。如图9所示，狐绒为有髓纤维，髓腔呈算盘珠形单列排列，髓腔整体排列整齐，单个髓腔呈近圆形或矩形。驼绒髓质呈间断线状或窄细条状，显微镜下可看到呈黄褐色或棕褐色的色素分散。有研究观察到点状髓腔[9]。如图10所示，驼绒的明显特征是其表面有色素沉积，呈细长条状，可用于与山羊绒等区分。

图8 兔绒髓质层（500×）

图9 狐绒髓质层（500×）

2.3 细度与颜色 纤维的细度是影响毛纤维品质的重要物理指标，在某些特定情况下，可以依据纤维的细度等特征指标来鉴别纤维种类。但是，纤维细度还与原料的产地、气候条件、颜色、分梳工艺等诸多因素有关[4]。所以单一的细度指标很难作为一个客观的鉴定方法。

图10 驼绒髓质层（500×）

表1 不同纤维细度及颜色

如表1所示，这5种纤维的细度略有差异，但差异不显著（P＞0.05）。根据《山羊绒》《驼绒》的国家强制标准[10-11]规定，山羊绒的细度≤25μm，驼绒为40μm为及以下，山羊绒以平均直径≤14.5、14.5～15.5、15.5～16.0、16.0～18.5μm分为超细型、特细型、细型和粗型。从历史文献和检验情况来看，绵羊绒细度范围主要集中在18～22μm，最细达14 μm[12]。兔绒纤维在此次检测中是最细的，但是有研究表明单根兔绒的尖部最细，中部变粗，根部又变细，各部分直径相差较大，外形生长特性呈纺锤形，从力学角度分析，兔绒的这一外形生长特征成为兔绒织物易掉毛的原因之一[8]。所以兔绒纤维可纺性差，并没有以纯纺的形式大量运用于纺织品。山羊绒平均直径小而且均匀度好，手感柔软细腻，拉力强而富有弹性。纤维细度与纺纱工艺及成纱质量关系密切，而且直接影响织物风格。细度越小，同等支数纱线截面积中纤维根数就越多，纱线的均匀度和强力就越好。但是过细的纤维在纺纱过程中易纠缠成结，影响纱的质量。纤维直径粗，抗弯刚度大，不易弯曲缠绕，纤维不易纠缠成球[13]。

所检测的纤维样品中除驼绒为褐色外，均为白色。绒纤维的颜色是指纤维在洗净以后的天然色泽。未洗净的纤维上往往含有不同程度的油汗、尘土、粪尿与污物等外来物质，使得污毛颜色与其天然颜色存在差异。不同物种动物的毛纤维之间毛色存在差异，即使在同一品种内，毛色亦因个体而有所差异，同时动物毛色还受到地域环境、饲喂条件等因素的影响。

2.4 几种类似动物纤维的形态比较与鉴别 表2将几种动物纤维从鳞片形态、髓腔、边缘光滑程度几个方面进行了比较。

2.4.1 山羊绒与绵羊绒的鉴别 中国是世界上第一个开发利用绵羊绒的国家，从1985年正式开发利用绵羊绒以来，绵羊绒归类于“毛”还是“绒”就一直受到各方的争议[12]。2006年出台了绵羊绒河北省地方标准[14]，2008年国家质量监督检验检疫总局发布了《绵羊绒》国家标准（征求意见稿）[15]，有望进一步规范该种动物纤维的利用。山羊绒与绵羊绒均无髓质，在平均细度上差异也不大，手感也非常接近。绵羊绒相比山羊绒纤维的最大特点是其鳞片较厚，且翘角较大，鳞片之间连接没有山羊绒紧密。此外，绵羊绒的鳞片边缘没有山羊绒整齐，这一特征也可用于二者之间的辅助鉴别。

2.4.2 山羊绒与兔绒、狐绒、驼绒的鉴别 兔绒、狐绒、驼绒均为有髓纤维，依据这一特征可以与山羊绒进行判别。兔绒鳞片层最大的特点是呈麦穗状紧密排列。兔绒与狐绒的髓质层均呈断续状分布，而驼绒的髓质大多为间断线状，而且驼绒以斜状的半包围鳞片区别于其他动物纤维。狐绒纤维鳞片最大的特点是瘦尖呈非环状。

表2 山羊绒、绵羊绒、兔绒、狐绒、驼绒的形态比较

3 小 结

鉴别动物纤维要求检测人员必须熟悉和掌握不同类型纤维的形态特征，在实际操作中，利用动物毛皮外观形态及其毛纤维在显微镜下鳞片形态、髓质层结构等方面的差异进行甄别，进而判别不同的纤维种类，同时配合手感进行辅助判别。而平均细度这一指标受到采样中取样均一性以及样品来源是否统一的影响，不同批次的测定可能会有较大差异，在鉴别中可作为参考。利用显微成像技术可以很好地辅助检测人员对纤维做出更加准确的鉴别。

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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

现代农业产业技术体系建设专项资金资助（CARS-40）；国家质量监督检验检疫总局科技计划项目（2015IK019）作者简介：段涛（1993-），男，山西人，在读博士，主要从事反刍动物营养与饲料研究，E-mail: duantao@cau.edu.cn

* 通讯作者：张微（1976-），女，黑龙江人，博士，副教授，主要从事反刍动物营养与饲料研究，E-mail: wzhang@cau.edu.cn