山羊绒夹杂肤皮屑的组成及其结构

陈晓盟，王树根，薛 晨

(1.生态纺织教育部重点实验室(江南大学)，江苏 无锡 214122;2.新疆天山毛纺织股份有限公司，新疆 乌鲁木齐 830054)

山羊绒夹杂肤皮屑的组成及其结构

陈晓盟1，王树根1，薛 晨2

(1.生态纺织教育部重点实验室(江南大学)，江苏 无锡 214122;2.新疆天山毛纺织股份有限公司，新疆 乌鲁木齐 830054)

山羊绒夹杂的肤皮屑会严重影响纺织品质量。采用胃蛋白酶法和还原法从山羊绒肤皮中提取了胶原蛋白和角蛋白，并对其进行表征。结果表明:洗净绒中肤皮屑组成及其质量分数为水分9.14%，脂肪8.72%，水溶物11.36%，粗蛋白60.13%，灰分10.65%，粗蛋白中胶原蛋白和角蛋白分别占蛋白质质量分数的30.98%和15.67%，是蛋白质的主要组成，其他蛋白种类有待于进一步研究。肤皮屑中胶原蛋白相对分子质量集中在49 ku，角蛋白分子质量在26～35 ku和49 ku区域。各组分在肤皮屑结构中分布情况不同，脂肪和胶原蛋白分布不均匀，角蛋白呈较均匀分布，水溶物对肤皮片状粘接起主要作用。研究结果为解决山羊绒染色肤皮点提供了理论参考。

山羊绒;肤皮;胶原蛋白;角蛋白

山羊绒纤维是珍贵的纺织原料，全世界70%的山羊绒产自中国。由于采用抓绒得到原绒，原绒中含有粗毛、两型毛、肤皮屑、沙土和汗脂等杂质，虽然经过前处理加工后可去除大部分杂质，但无法完全去除肤皮屑，在山羊绒浅色品种染色时肤皮屑的存在会造成深色肤皮色点的出现，严重影响羊绒制品的外观质量。虽然有研究报告试图采用生物酶法去除肤皮点，但效果还不理想［1］。

山羊绒与肤皮屑的组成及结构差异无疑是产生染色肤皮点的本质原因。这个问题困扰行业已久，一直没有找到比较理想的解决方法。山羊绒组成与结构研究的比较全面，但是几乎没有山羊绒肤皮组成与结构的报道，搞清楚山羊绒肤皮屑的结构与组成有助于为解决肤皮点问题提供理论支持和帮助。

1 实验部分

1.1 实验材料与仪器

材料:洗绒加工后的山羊绒肤皮屑(新疆天山毛纺织股份有限公司)，胃蛋白酶(分析纯，1200 U/g，国药集团化学试剂有限公司)，石油醚、硫酸铜、硫酸钾、浓硫酸、氢氧化钠、硼酸、盐酸、碳酸钠、氯化钠、乙酸、正己烷、二氯甲烷、尿素、十二烷基硫酸钠、亚硫酸氢钠，均为分析纯(国药集团化学试剂有限公司)，去离子水。

仪器:DHG-9040A型电热恒温鼓风干燥箱(杭州蓝天化验仪器厂)，AL104型电子天平(梅特勒-托利多仪器上海有限公司)，SSXF-25-10型可编程一体化箱式电阻炉(上海康路仪器设备有限公司)，K9840型自动凯式定氮仪(济南海能仪器有限公司)，UV-2802S型紫外可见分光光度计，FD-1C-50型真空冷冻干燥机(北京博医康实验仪器有限公司)，数显恒温水浴锅HH-6型(江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司)，红外光谱仪，HITACHT SU1510扫描电子显微镜(日本日立公司)。

1.2 实验方法

1.2.1 山羊绒肤皮屑的组分分离与基本成分测定

水溶物质量分数按QB/T 2721—2005《皮革 化学试验水溶物、水溶无机物和水溶有机物的测定》进行测定;水质量分数按GB 5009.3—2010《食品中水分的测定》进行测定;灰分质量分数按 GB 5009.4—2010《食品中灰分的测定》进行测定;脂肪质量分数按GB 5009.6—85《食品中脂肪的测定方法》进行测定;氮质量分数按:GB 5009.5—2010《食品中蛋白质的测定》进行测定。

1.2.2 山羊绒肤皮屑中胶原蛋白的提取

预处理:山羊绒肤皮屑用质量分数为6%的碳酸钠水溶液浸泡脱脂。脱脂后以1∶15的料液比将山羊绒肤皮与质量分数为5%的氯化钠水溶液混合，室温缓慢搅拌12 h除去盐溶性非胶原成分，再用清水冲洗数次去除残留NaCl后备用。

胶原蛋白提取:将预处理好的山羊绒肤皮屑置于0.5 mol/L乙酸提取介质中，加入适量的胃蛋白酶，调节pH值，在适宜温度下浸提。浸提结束后，过滤，收集滤液，直接加入氯化钠盐析，控制氯化钠浓度不超过4.4 mol/L，在4℃以12000 r/min转速离心15 min，弃上清液，沉淀0.5 mol/L乙酸溶解后，装入透析袋透析，至无氯离子检出。倒出透析袋中的胶原蛋白溶液，冷冻干燥，得白色胶原蛋白［2－3］。

1.2.3 山羊绒肤皮屑中角蛋白的提取

洗净干燥后的山羊绒肤皮屑在正己烷和二氯甲烷混合溶剂中(体积比为1∶1)浸泡24 h脱脂，干燥;取10g脱脂干燥后的山羊绒肤皮屑溶于溶解液(尿素 36 g，浴比 1∶20，十二烷基硫酸钠(SDS)6 g，NaHSO310g)，于90℃水浴，在N2保护下，反应5 h［4］;将上述溶液过滤，除去不溶物，将滤液置于透析袋中，透析3 d(透析液每天换3次)，透析液在蒸馏水中加入少量SDS，将透析后的溶液冷冻干燥，得角蛋白粉末［5－6］。

1.2.4 测试与表征

1.2.4.1 蛋白产率 将反应后过滤出的不溶物和反应前的山羊绒肤皮屑洗涤干燥后称量，采用式(1)计算胶原蛋白及角蛋白的产率Y。

式中:m1为不溶物干燥后的质量;m2为山羊绒肤皮总质量。

1.2.4.2 相对分子质量测定 采用SDS-凝胶电泳法测试胶原蛋白和角蛋白粉末的相对分子质量及其分布［7］，相对分子质量的单位以kD表示。

1.2.4.3 红外光谱 采用KBr压片法测试胶原蛋白和角蛋白粉末的红外光谱曲线。

1.2.4.4 肤皮形态 利用扫描电镜分别对山羊绒肤皮屑原样，去除脂肪后肤皮，去除脂肪及水溶物后肤皮屑，去除脂肪、水溶物及胶原蛋白后肤皮屑，去除脂肪、水溶物及角蛋白后肤皮5种物质的表面形态进行表征。

2 结果与讨论

2.1 山羊绒肤皮屑的组成成分

取一定量纯净的山羊绒肤皮屑，采用直接干燥法测定其水分含量，索氏提取法测定其脂肪含量，萃取称重法测定其水溶物含量，凯式定氮法测定其粗蛋白含量，灼烧质量法测定其灰分含量，得到山羊绒肤皮的基本组成，如表1所示。

表1 山羊绒肤皮屑的基本组成及质量分数Tab.1 Basic composition and mass fraction ofcashmere skin dander %

山羊绒肤皮屑中主体成分为蛋白质，占肤皮干态质量的66%，其中角蛋白和胶原蛋白为主要蛋白组成成分，按照1.2.4.1的方法测定，根据式(1)计算得到角蛋白及胶原蛋白的质量分数分别为30.98%和15.67%，约占山羊绒肤皮屑中粗蛋白的78%。

2.2 山羊绒肤皮屑表面形貌分析

图1示出去除不同物质后山羊绒肤皮屑的SEM照片。

图1 去除不同物质后山羊绒肤皮的SEM照片(×5000)Fig.1 SEM pictures of cashmere skin with different substances removed(×5000).(a)Cashmere skin sample without treatments;(b)Cashmere skin with adipose removed;(c)Cashmere skin with water soluble matter removed;(d)Cashmere skin with collagen removed;(e)Cashmere skin with keratin removed

去除不同物质后山羊绒肤皮屑原样表面致密紧凑，各组分呈现一定的稳定性，在洗绒条件后仍然稳定;图1(b)中去除脂肪后的山羊绒肤皮屑表面存在分布不均及大小不同的孔洞，可看到脂肪以不同大小、颗粒状、不均匀分布在肤皮屑中，去除脂肪后肤皮仍然保持片状;图1(c)中去除水溶物后的山羊绒肤皮屑形貌，虽然洗绒工艺使部分水溶物质去除，但是正常的洗绒工艺不能完全去除肤皮屑中的水溶物，当水溶物进一步去除后，可看到肤皮片状结构破坏，变得更小，这些水溶物对肤皮片有粘接作用，这也在后续生产中被证实，后续染整加工观察到肤皮点数量增多，尺寸变小;图1(d)中去除胶原蛋白后山羊绒肤皮屑可看到，胶原蛋白在肤皮中的形态也是以不连续的、较薄的片状存在图1(e)中去除角蛋白后山羊绒肤皮屑形态表明角蛋白含量较高，几乎构成了肤皮屑的主体，这种角蛋白的性能与羊绒角蛋白的性能差异有待进一步研究。去除不同物质后山羊绒肤皮屑表面孔洞的存在表明了脂肪、水溶物、胶原蛋白及角蛋白是肤皮的组成成分，孔洞的尺寸、分布状态反映了它们在山羊绒肤皮屑中的分布状况。在此基础上研究肤皮色点问题变得容易一些，更有理论依据。

2.3 肤皮屑中的胶原蛋白

2.3.1 肤皮屑胶原蛋白的紫外图谱特征

肤皮屑中提取的胶原蛋白样品用0.5 mol/L乙酸溶解，溶解液在200～500nm进行紫外扫描，如图2所示。

图2 山羊绒肤皮屑胶原蛋白的紫外吸收光谱Fig.2 Ultraviolet absorption spectrum of collagen in cashmere skin

紫外光谱分析法是根据色氨酸和络氨酸这2种氨基酸在280nm处有最大吸收峰，由于胶原蛋白仅含有少量色氨酸及络氨酸，而所有的蛋白质是多肽，在230nm以下都有强吸收，因此，可检测在280nm和200～230nm这2个波长段条件下的吸光度定性衡量胶原蛋白，当在280nm波长下无显著吸收峰，而在200～230nm下有最大吸收峰时表明胶原蛋白的存在。图2示出利用乙酸与胃蛋白酶结合法提取的山羊绒肤皮屑胶原蛋白紫外吸收光谱图，所提取的山羊绒肤皮屑胶原蛋白在234nm处有最大吸收峰，在280nm处无明显吸收峰，符合胶原蛋白的特性。通过紫外图谱可确认分离胶原蛋白成功［8］。

2.3.2 肤皮屑胶原蛋白的红外图谱特征

山羊绒肤皮屑中所提取的胶原蛋白的红外谱图如图3所示。由图可见，3449cm－1处为酰胺A带的N—H伸缩振动(氢峰)峰;1645cm－1处为酰胺Ⅰ带的==C O伸缩振动强峰，也是α螺旋的COO—反对称收缩振动峰;1546cm－1处为酰胺Ⅱ带的N—H弯曲振动峰和 COO—对称收缩振动峰;1239cm－1处为酰胺Ⅲ带的N—H伸缩振动的变形峰;1095cm－1处为酰胺Ⅳ带的C—N伸缩振动或N—H伸缩振动的变形峰;598cm－1处为酰胺Ⅴ带。与胶原三股螺旋结构相关的==C O在1645cm－1及1546cm－1处的特征吸收峰保留完整，表明所用提取方法可靠，并未将山羊绒肤皮过度酶解。图中相应的波数符合胶原蛋白的吸收峰位，再次证明分离提取的物质为胶原蛋白［9］。

图3 山羊绒肤皮屑中胶原蛋白的红外谱图Fig.3 Infrared spectra of collagen in cashmere skin

2.3.3 肤皮屑中胶原蛋白分子的质量

图4示出山羊绒肤皮屑胶原蛋白的SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳图片。可看出，采用乙酸胃蛋白酶结合法提取的胶原蛋白分子质量单一，集中分布在49 ku附近，还有少量分布在26 ku处。

图4 山羊绒肤皮屑胶原蛋白的SDS电泳图Fig.4 SDS electrophoresis of collagen in cashmere skin

2.4 肤皮屑中的角蛋白

2.4.1 肤皮屑中角蛋白的红外谱图特征

山羊绒肤皮屑中提取的角蛋白的红外光谱如图5所示。3312cm－1处强吸收峰为 N—H和 O—H特征峰;1654cm－1处为酰胺I区(—NH—CO—)中C==O的伸缩振动吸收峰，1545cm－1处为酰胺Ⅱ区N—H弯曲振动吸收峰，1229cm－1处吸收峰代表酰胺Ⅲ区 C—N伸缩振动吸收峰;在2923cm－1和2851cm－1处吸收峰代表CH3、CH2中的C—H伸缩振动峰，由于二硫键的断裂使得此处吸收峰强度明显增强;在1072cm－1处左右出现的小峰是由半胱氨酸中断裂的二硫键产生的巯基被氧化的结果［4，10］。上述分析表明，从山羊绒肤皮屑中提取的角蛋白其自身的肽键没有被破坏，保留了角蛋白大分子的完整性，分子中的二硫键和氢键发生了变化［5］。

图5 山羊绒肤皮屑角蛋白的红外图谱Fig.5 Infrared spectra of keratin in cashmere skin

2.4.2 肤皮屑中角蛋白的分子质量

图6示出山羊绒肤皮屑角蛋白SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳图片。

图6 山羊绒肤皮屑角蛋白SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳图Fig.6 SDS electrophoresis of keratin in cashmere skin

从图中可看出，还原法提取的山羊绒肤皮屑角蛋白的分子质量分布较宽，主要集中在26～35 ku之间以及49 ku附近。采用同样方法提取的羊毛角蛋白分子质量在50～70 ku之间［4］。

3 结论

1)山羊绒肤皮屑基本组成及其质量分数为:水分9.14%，脂肪8.72%，水溶物11.36%，粗蛋白60.13%，灰分10.65%，其中胶原蛋白和角蛋白分别占蛋白质质量分数的30.98%和15.67%，是蛋白质的主要组成。

2)山羊绒肤皮屑各组分在肤皮中分布位置不同，脂肪和胶原蛋白呈不规律分布状态，角蛋白比较均匀分布在肤皮屑中，水溶物起到黏连片状肤皮的作用。

［1］ 陈晓盟，王树根，薛晨.生物酶法山羊绒肤皮屑去除［J］.纺织学报，2013，34(9):23 －29.CHEN Xiaomeng， WANG Shugen， XUE Chen.Enzymatic removal of skin crumbs from cashmere［J］.Journal of Textile Research，2013，34(9):23 －29.

［2］ 孟月志，翁佩芳.胃蛋白酶提取牛皮胶原蛋白的工艺研究［J］.精细化工，2010，27(12):1187 －1190.MENG Yuezhi，WENG Peifang.Extraction of collagen by pepsin from the cattle skin［J］.Fine Chemicals，2010，27(12):1187 －1190.

［3］ VENKATASUBRAMANIAN Sivakumar，GOPALARAMAN Swaminathan，PARUCHURI Gangadhar Rao， et al.Influence of ultrasound on diffusion through skin/leather matrix［J］.Chemical Engineering and Processing，2007，47:2076－2083.

［4］ 付学忠，刘琳，姚菊明.羊毛角蛋白的提取工艺及其特性表征［J］.浙江理工大学学报，2012，29(1):160－163.FU Xuezhong，LIU Lin，YAO Juming.The extraction and characterization of keratin from wool［J］.Journal of Zhejiang Sci-Tech University， 2012，29(1):160－163.

［5］ 徐恒星，史吉华，周奥佳，等.羊毛角蛋白的提取及其成膜性［J］.纺织学报，2012，33(6):41 －47.XU Hengxing，SHI Jihua，ZHOU Aojia，et al.Keratin extraction from wool and its film forming property［J］.Journal of Textile Research，2012，33(6):41 －47.

［6］ DEB S Choudhury，ALLSOP T，PASSMAN A，et al.Use of a proteomics approach to identify favourable conditions for production of good quality lambskin leather［J］.Analytical and Bioanalytical Chemistry，2006，384:723－735.

［7］ 刘庆慧，王彩理，刘丛力.鱼鳞胶原蛋白研究［J］.海洋水产研究，2000，21(3):57 －60.LIU Qinghui，WANG Caili，LIU Congli.Studies on properities of collagen from fish scale［J］.Marine Fisheries Research，2000，21(3):57 －60.

［8］ 徐新宇.胶原的提取、改性、交联及其应用［J］.透析与人工器官，2004，15(3):38 －46.XU Xinyu.The extraction，modification，cross-linking of collagen and its application［J］.Chinese Journal of Dialysis and Artificial Organs，2004，15(3):38 －46.

［9］ 刘瑞，南文滨，陈红丽，等.胃蛋白酶法提取猪皮胶原蛋白的条件优化［J］.新乡医学院学报，2012，29(11):821－823.LIU Rui， NAN Wenbin， CHEN Hongli， et al.Optimizing processing of collagen extraction from pigskin by pepsin［J］.Journal of Xinxiang Medical College，2012，29(11):821 －823.

［10］ 李文霞，廖青，刘燚.利用傅里叶红外光谱与傅立叶拉曼光谱初探超细羊毛粉的光谱行为［J］.分析科学学报，2007，23(5):519 －521.LI Wenxia， LIAO Qing， LIU Yi. Studyonthe spectroscopic behavior of super-fine wool powder by FTIR and FT-Raman Spectroscopy［J］. Journal of Analytical Science，2007，23(5):519－521.

Composition and structure of skin dander included in cashmere

CHEN Xiaomeng1，WANG Shugen1，XUE Chen2
(1.Key Laboratory of Eco-Textiles(Jiangnan University)，Ministry of Education，Wuxi，Jiangsu 214122，China;2.Xinjiang Tianshan Wool Textile Co.，Ltd.，Urumqi，Xinjiang 830054，China)

Skin dander included in the cashmere seriously affected the quality of textiles.Pepsin method and restore method were used to extract collagen and keratin from cashmere skin dander，and its characterization was conducted.The results show that cashmere skin dander contains 9.14%of moisture，8.72%of fat，11.36%of soluble solids，60.13%of crude protein and 10.65%of ash，collagen and keratin protein account for 30.98%and 15.67%of the total protein，respectively，which are the major components of protein，the remaining proteins are needed to be further studied.Molecular weight of collagen from skin dander is concentrated at 49 ku，while the molecular weight of keratin distributes mainly in the range of 26 to 35 ku and 49 ku.The distributions of components among skin dander is different，fat and collagen distribute unevenly，while keratin shows a more uniform distribution，and water soluble solids play a major role on skin bonding between flaky skin danders.The findings provide a theoretical basis for addressing dark skin point among cashmere dyeing.

cashmere;skin dander;collagen;keratin

TS 135.2;

A

10.13475/j.fzxb.20140403006

2104－04－09

2014－08－05

陈晓盟(1990—)，女，硕士生。主要研究方向为新型染整技术。王树根，通信作者，E-mail:wangshugen@163.com。