含蛋白质组分化学纤维中氨基酸含量的测定

谢剑飞，杨欣卉

（广州纤维产品检测研究院，广东广州511447）

0 引言

含蛋白质组分的化学纤维，大多数是差别化的新型化学纤维。羊毛和蚕丝是应用历史悠久、工艺成熟的两类天然蛋白质纤维。含有蛋白质组分的化学纤维是将牛奶、大豆、花生、胶原等材料中提取出的蛋白质先与高分子纺丝液进行化学共聚或物理共混，然后再通过适宜的纺丝工艺制成新型的化学纤维。目前，已经实现产业化生产并得到推广应用的含蛋白质组分的化学纤维有牛奶蛋白复合纤维、大豆蛋白复合纤维、蚕蛹蛋白复合纤维、植物叶蛋白改性再生纤维素纤维等。

牛奶蛋白复合纤维是将液体牛奶去水、脱脂，提取出蛋白质，再利用接枝共聚技术将提取的蛋白质分子与聚丙烯腈聚合物制成含牛奶蛋白的纺丝液，最后经湿法纺丝工艺制成蛋白改性聚丙烯腈纤维，也就是俗称的牛奶纤维[1]。大豆蛋白复合纤维是将大豆中提取的球状结晶体蛋白质与聚乙烯醇聚合物混合制成纺丝液，再通过湿法纺丝工艺制成蛋白改性聚乙烯醇纤维，俗称大豆纤维[2]。蚕蛹蛋白复合纤维是将蚕茧烘干、脱脂、浸泡后溶解于碱溶液中并过滤，用分子筛控制相对分子质量，再经脱色、水洗、脱水、烘干等工序制成蚕蛹蛋白，然后将制得的蚕蛹蛋白溶解后与高聚物共混或接枝后进行纺丝[3-4]。玉蚕纤维其实是一种植物叶蛋白改性的再生纤维素纤维，从桑叶中提取植物叶蛋白并添加到纤维素纺丝液中进行共混纺丝，可以制得植物叶蛋白改性再生纤维素纤维。

含蛋白质组分的化学纤维其蛋白质含量一般较低，如玉蚕纤维的蛋白质质量分数仅为1%～5%。在国家标准GB/T 4146.1—2009《纺织品化学纤维第1部分：属名》中未对含蛋白质组分的化学纤维进行相应的描述；在国家标准GB/T 29862—2013《纺织品纤维含量的标识》附录B中，B.2部分的示例3和示例4分别出现了“蛋白改性聚乙烯醇纤维”和“蛋白改性聚丙烯腈纤维”两种纤维名称。目前，含蛋白质组分的化学纤维的定性鉴别与标识问题是纺织品检测与市场推广中亟需解决的问题。蛋白质的基本组成单位是氨基酸，蛋白质在酸、碱或酶的作用下发生水解反应，经过多肽，最后得到多种α-氨基酸。柱后衍生阳离子交换色谱法是氨基酸分析的经典方法[5]，使用该方法在氨基酸自动分析仪上可以实现氨基酸种类及含量的便捷测试分析。通过对化学纤维中氨基酸含量进行测定，可以为含蛋白质组分的化学纤维的定性鉴别与性能评价提供技术支持。

1 试验

1.1 试验样品

牛奶纤维（牛奶蛋白改性聚丙烯腈纤维）、大豆纤维（大豆蛋白改性聚乙烯醇纤维）和玉蚕纤维（植物叶蛋白改性再生纤维素纤维）。

1.2 仪器与试剂

L-8900型氨基酸自动分析仪（日本日立公司）、UF55Plus型恒温干燥箱（德国Memmert公司）、20 mL钳口水解管（含覆有聚四氟乙烯膜的硅胶垫片和铝制瓶盖）、孔径0.45μm的水相滤膜。

6.0 moL/L盐酸（浓盐酸与水以1∶1的体积比混合并摇匀）、0.02 mol/L盐酸（浓盐酸用水稀释600倍）、混合氨基酸标准液和茚三酮（优级纯）。

1.3 试验方法

1.3.1 取样

均匀选取有代表性的纤维样品，并剪至长度不大于5 mm的短纤维，然后称取0.500 0 g样品置于水解管中。

1.3.2 水解与脱酸

向置有短纤维样品的水解管中加入6.0 mol/L的盐酸溶液15.0 mL，再将其放入冰水混合物中冷却，3～5 min后向管内通入高纯氮气约2 min（以便赶出水解管液面上方的空气），然后迅速盖上瓶盖并钳口密封，再将水解管置于110℃恒温干燥箱内进行水解，22 h后取出冷却。打开水解管，将水解液转移至50 mL容量瓶内，用水多次冲洗水解管后定容、混匀，并用滤纸过滤。用移液管移取1.0 mL滤液于5 mL烧杯内，并将烧杯置于50℃恒温干燥箱内进行干燥，残留物用1.0～2.0 mL水进行溶解、再干燥，反复进行两次溶解与干燥操作，直至完全蒸干。移取0.02 mol/L的盐酸1.0 mL充分溶解烧杯内的蒸干残留物，然后使用0.45μm孔径的水相过滤膜进行过滤，滤液供氨基酸自动分析仪测试使用。

1.3.3 仪器测试

吸取0.2 mL混合氨基酸标准溶液，用0.02 mol/L的盐酸溶液稀释至5 mL，作为氨基酸自动分析仪上机测试的标准溶液，稀释后的氨基酸标准溶液浓度为1×10-7mol/L。用氨基酸自动分析仪测定试样提取液中氨基酸的种类与含量，使用外标法进行定量。测试所用离子交换分离柱为4.6mm×60 mm的蛋白质水解柱，反应柱为4.6 mm×40 mm内置惰性金刚砂小颗粒的反应柱，分离柱柱温和反应柱柱温分别为57℃和135℃，检测波长分别为570 nm和440 nm，进样量为20μL。

2 结果与分析

2.1 纤维样品中氨基酸的种类与含量

氨基酸是组成蛋白质的基本单元，蛋白质在蛋白水解酶、强酸或强碱的作用下水解为氨基酸，水解后的游离氨基酸的种类与含量可以使用氨基酸自动分析仪进行分析。

图1为标准溶液中氨基酸的分离色谱图，标准混合溶液的氨基酸谱峰具有很好的分离效果，第二通道（检测波长为440 nm）用于测试脯氨酸，第一通道（检测波长为570 nm）用于检测除脯氨酸之外的其它氨基酸。图1中，1为天冬氨酸，2为苏氨酸，3为丝氨酸，4为谷氨酸，5为甘氨酸，6为丙氨酸，7为胱氨酸，8为缬氨酸，9为甲硫氨酸，10为异亮氨酸，11为亮氨酸，12为酪氨酸，13为苯丙氨酸，14为赖氨酸，15为游离氨，16为组氨酸，17为精氨酸，18为脯氨酸。图2中，1为谷氨酸，2为酪氨酸，3为脯氨酸，4为天冬氨酸，5为缬氨酸。图3中，1为谷氨酸，2为天冬氨酸，3为亮氨酸，4为精氨酸，5为苯丙氨酸。图4中，1为谷氨酸，2为亮氨酸，3为天冬氨酸，4为缬氨酸，5为苯丙氨酸。

使用氨基酸自动分析仪测定纤维试样提取液中氨基酸的种类与含量，以外标法进行定量。图2、图3和图4分别为牛奶纤维、大豆纤维和玉蚕纤维中蛋白水解氨基酸的分离色谱图，且各图中氨基酸的谱峰分离良好。使用氨基酸自动分析仪测试得到的牛奶纤维、大豆纤维和玉蚕纤维中蛋白水解氨基酸的种类与含量详见表1，牛奶纤维和大豆纤维的氨基酸分离谱图中有17种氨基酸的谱峰，玉蚕纤维的氨基酸分离谱图中有16种氨基酸的谱峰，牛奶纤维、大豆纤维和玉蚕纤维中蛋白质水解氨基酸的质量分数分别为17.044%、7.929%和1.019%。

图1 氨基酸液体混合标样中氨基酸的分离色谱图

图2 牛奶纤维中蛋白水解氨基酸的分离色谱图

图3 大豆纤维中蛋白水解氨基酸的分离色谱图

图4 玉蚕纤维中蛋白水解氨基酸的分离色谱图

表1 牛奶纤维、大豆纤维和玉蚕纤维中蛋白水解氨基酸的种类与占比

2.2 纤维样品中氨基酸的相对比例分析

由图2和表1可知，牛奶纤维中质量分数最高的五种氨基酸依次为谷氨酸、酪氨酸、脯氨酸、天冬氨酸和缬氨酸，五种氨基酸占氨基酸总量的61.45%。由图3和表1可知，大豆纤维中质量分数最高的五种氨基酸依次为谷氨酸、天冬氨酸、亮氨酸、精氨酸和苯丙氨酸，五种氨基酸占氨基酸总量的58.07%。由图4和表1可知，玉蚕纤维中质量分数最高的五种氨基酸依次为谷氨酸、亮氨酸、天冬氨酸、缬氨酸和苯丙氨酸，五种氨基酸占氨基酸总量的68.10%。

牛奶纤维、大豆纤维和玉蚕纤维三种含蛋白质组分的化学纤维中的蛋白质分别来源于牛奶、大豆和植物的叶子。由于蛋白质的来源不同，其氨基酸的组成种类与所含质量分数也不相同，而氨基酸组成与含量比例的测试数据可以作为判断化学纤维中蛋白质来源的重要参考依据。

3 结论

（1）化学纤维中的蛋白质组分在盐酸存在的条件下可水解为游离氨基酸，氨基酸的组成与含量可以使用氨基酸自动分析仪进行测定。

（2）含有蛋白质组分的化学纤维中的蛋白质来源不同，组成蛋白质的氨基酸种类与含量也各不相同；测试氨基酸组成与所含质量分数可以作为判断化学纤维中蛋白质来源的重要参考依据。