細毛羊主要毛用性狀檢測及其評定方法

于麗娟,付雪峰,李文蓉,王 瓊,徐新明,謝夢婉,張彥威,狄 江

(1.新疆畜牧科學院畜牧研究所 新疆絨毛用羊遺傳育種與繁殖實驗室,新疆 烏魯木齊 830011; 2.新疆畜牧科學院畜牧研究所 農業農村部畜禽資源(羊)評價利用重點實驗室,新疆 烏魯木齊 830011;3.新疆畜牧科學院生物技術研究所 農業農村部草食家畜遺傳育種與繁殖重點實驗室,新疆 烏魯木齊 830011;4.新疆畜牧科學院生物技術研究所 新疆動物生物技術重點實驗室,新疆 烏魯木齊 830011;5.新疆畜牧科學院 畜牧業經濟與信息研究所,新疆 烏魯木齊 830011;6.新疆農業大學 動物科學學院,新疆 烏魯木齊 830052)

中國是世界綿羊毛生產和消費大國,羊毛產業在國民經濟中起著重要作用。為滿足毛紡企業對精紡用細羊毛的需求,中國在1954年成功培育第1個有自主知識產權的細毛羊品種——新疆細毛羊[1],隨后又相繼培育了多個細毛羊品種,至中國美利奴品種育成,中國細毛羊綜合品質和羊毛質量有了很大提高。近些年,中國又培育出突出纖維細度特性的蘇博美利奴、高山美利奴品種[2-3],為毛紡企業提供了國產超細毛類型。

細毛羊新品種的培育及羊毛品質提高,離不開相關羊毛檢測和評價技術的支撐,綿羊毛檢測技術標準既是助推羊毛貿易、毛紡業發展及維護羊毛市場流通秩序的重要措施,也為選育提高羊毛品質、產量的優良種羊提供了技術保障。從20世紀50年代開始出現綿羊毛相關規范到現在,中國綿羊毛標準發生了很大發展[4]。隨著羊毛產業的發展,羊毛的品質指標、產品種類及其加工方式方法等不斷發生變化,促進了相關檢測技術標準的完善、改進,輔以圖像分析、數據處理等技術發展,已逐步形成了完整的標準體系。細毛羊育種者也在實際工作中總結出一些生產中應用的簡易方法,如目測評分方法。這些檢測和評定方法的共同使用促進了羊育種及飼養管理技術發展。本文主要對國內外幾種常用的羊毛檢測和評定方法進行介紹及比較分析,以期為羊毛天然纖維品質的統一測定和評估提供參考。

1 主要毛用性狀及其檢測標準

1.1 主要毛用性狀

在育種及生產實際中,細毛羊主要關注的毛用性狀包括產毛量、纖維直徑、羊毛長度、羊毛顏色、凈毛率以及羊毛強度等指標。Doyle等[5]和Preston等[6]分別提出不同羊毛品質性狀在羊毛加工中的重要性(見表1),其中纖維直徑、羊毛強度、羊毛長度等被認為是影響紗線質量最重要的因素。

表1 毛用性狀對羊毛加工的重要性Tab.1 Importance of wool attributes to wool processing

1.2 主要毛用性狀檢測標準

羊毛纖維特性是影響加工效率和紡織品質量的重要因素。世界主要羊毛生產國均致力于研發并建立有關原毛、毛條、紗線及制品等質量檢測方法。國際毛紡織組織(International Wool Textile Organisation,IWTO)成立于1930年,是代表世界毛紡織貿易和行業利益的團體,22個國家的33個成員均來源于世界主要的羊毛生產國或毛紡織產品貿易國[7]。IWTO是國際標準化組織(International Organization for Standardization,ISO)承認的標準組織之一,已建立起較為完整的羊毛檢測和仲裁的相關標準。這些標準以紅皮書、白皮書及藍皮書發布,且每年進行更新,其中紅皮書包括用于羊毛纖維、紗線及制品特性測定的IWTO全部檢測方法[7]。IWTO中的標準與技術委員會負責毛紡織業的標準化工作,主要為原毛、制條、織物等制定相關的IWTO標準。其中IWTO-12《Sirolan-激光掃描纖維直徑》、IWTO-30-07《毛叢長度和強度的測定方法》、IWTO-47《光學纖維直徑分析儀(OFDA)測定羊毛纖維平均直徑及其分布的方法》及 IWTO-56《原毛顏色測定方法》等標準均為原毛測試標準[7]。

我國于1981由原紡織工業部頒布了最早的羊毛檢測方法行業標準FJ 418—1981《國毛工業分級、洗凈毛和毛條試驗方法》[4]。隨后,最早的羊毛檢測國家標準GB 4710—1984《羊毛束纖維斷裂強度試驗方法》、GB 4711—1984《羊毛單纖維斷裂強力和伸長試驗方法》頒布實施。隨著我國毛紡企業的快速發展,其他羊毛檢測標準如GB 6500—1986《羊毛回潮率試驗方法》、GB/T 6976—2007《羊毛毛叢自然長度試驗方法》、GB/T 14271—2008《羊毛凈毛率試驗方法》等也相繼發布[7]。根據毛紡產業需求變化及存在的問題,在2007年后對部分羊毛檢測國家標準實施了修訂。同時,其他毛用性狀測定標準也得以頒布,如GB/T 21030—2007《羊毛及其他動物纖維平均直徑與分布試驗方法 纖維直徑 光學分析儀法》、GB/T 10685—2007《羊毛纖維直徑試驗方法 投影顯微鏡法》、GB/T 21293—2007《纖維長度及其分布參數的測定方法 阿爾米特法》、GB/T 35935—2018《動物毛纖維平均直徑與分布試驗方法 激光掃描纖維直徑分析法》及行業標準NY/T 1817—2009《羊毛密度測試方法 毛叢法》等。這些標準主要在紡織企業應用,但對毛絨羊育種研究中的表型測定也提供了借鑒和測定標準。

2 主要毛用性狀測定方法

目前國內細毛羊品種測定毛用性狀主要包括個體剪毛量、凈毛量、凈毛率、羊毛纖維直徑、羊毛長度等,另外根據育種目的、研究目標不同也對羊毛彎曲、羊毛顏色、羊毛密度、羊毛強度等性狀開展一些測定。依據已有標準并結合國內實際的應用情況,對主要毛用性狀測定方法進行概述。

2.1 羊毛產量性狀

2.1.1 個體產毛量

個體產毛量包括個體剪毛量、凈毛量及凈毛率3個性狀。個體剪毛量是從個體羊只身上剪下全部羊毛的質量,又稱原毛量、污毛量,一般現場剪毛時稱量;個體凈毛量為個體羊只剪下的全部被毛中除去油汗和雜質后的羊毛纖維質量,即個體原毛量與個體凈毛率的乘積;個體凈毛率為羊只所剪的毛經洗凈、烘干后用公定回潮率修正后的質量與原毛量的百分比(烘干法)?；爻甭室喾Q吸濕率,指凈毛中所含水分占其凈毛絕對干質量的百分比。在行業標準NY 1—2004《細毛羊鑒定項目、符號、術語》中標準回潮率為16%。

2.1.2 羊毛密度

羊毛密度指個體羊只每平方厘米面積皮膚上毛纖維的根數,一般用其來反映毛纖維分布的緊密程度。實際應用中,測定羊毛密度一般需使用專用密度采樣器采集毛叢樣品,樣品洗凈后經總體稱重、抽樣毛束計數根數和稱量再計算獲得密度數值(毛絨密度= 總樣品質量/抽樣毛束質量×抽樣毛束根數)。羊毛密度結合羊毛長度可對產毛量進行預估,尤其在羊毛污染嚴重又無法測定凈毛率的情況下可判斷個體凈毛產量。羊毛密度測定方法在中國美利奴毛密品系的培育中得以應用,對品系成功培育提供了技術支撐,但其采樣方法較為復雜且對后續密度測定準確性影響大。

2.2 羊毛品質性狀

2.2.1 羊毛纖維直徑

羊毛纖維直徑是反應羊毛細度的指標,是決定羊毛工藝性能和使用性能最重要的指標,是羊毛品質評價指標之一。羊毛纖維直徑一般包括羊毛平均纖維直徑、纖維直徑變異系數等。平均纖維直徑是被毛中羊毛纖維直徑的平均值,即相關羊毛纖維檢測儀所測羊毛直徑的平均值,用微米來計數。纖維直徑變異系數是被毛中纖維直徑相對變異程度大小的度量。一般在體側部采集樣品進行分析可反映此樣品的平均纖維直徑及離散程度。若需了解全身被毛纖維直徑均勻度,可采集肩、側、股等部位樣品綜合分析。通常情況下,毛絨纖維直徑的檢測是將試樣放入恒溫恒濕的條件下進行至少8 h的公定回潮處理,然后進行檢測。

纖維直徑作為影響紡織品性能最重要的性狀,對其檢測方法、檢測儀器的研究和開發較多。毛絨纖維直徑檢測方法主要有投影顯微鏡法、光學纖維直徑分析儀法、氣流儀法及激光細度檢測儀法等。投影顯微鏡法是利用纖維投影儀將羊毛纖維片段進行映像放大并投影到屏幕上,然后通過屏幕圓心的毫米刻度尺測出其與纖維正交處的寬度,或用楔形尺測量屏幕圓內的纖維直徑,依次記錄測量結果并計算出纖維直徑平均值、標準差和變異系數等指標[8-11]。光學纖維直徑分析儀法是對原毛、洗凈毛等不同毛絨纖維原料進行測定的技術方法,羊毛試樣經調濕處理后切成短纖維并均勻分散在載玻片上,置于顯微鏡載物臺上經顯微鏡放大后,其纖維顯微圖像被攝像系統掃描采集,然后利用圖像分析技術識別毛絨纖維并測量直徑,包括平均毛絨纖維直徑、直徑標準差、變異系數、直徑頻率分布圖和粗纖維含量、粗纖維邊界等指標[8,12-13]。氣流儀法是一種通過測試氣體的流量來間接測定纖維直徑的方法,主要利用氣體的流量與纖維直徑成正比、與纖維比表面積的平方成反比的原理,即在一定壓力差的條件下,空氣的流量越大則表示纖維越粗,運用氣流儀測試纖維的比表面積,再通過實際標定獲得纖維直徑[14-15]。激光細度檢測儀法是一種借助光散射原理,通過結合激光束、電子技術與計算機軟件來檢測纖維細度、標準差、舒適度指數等的方法。將試樣置于92%的異丙醇水溶液中,溶液攜帶短纖維從測量槽流過時,激光光束被毛絨纖維遮斷而發生改變,使得與纖維直徑大小相應的電信號在光電傳感器上被測出,該信號通過光纖鑒別器和模數轉換后由計算機進行數據處理,得到毛絨纖維直徑[16-17]。羊毛纖維直徑的主要測試方法的比較見表2。

表2 羊毛纖維直徑主要測試方法的比較Tab.2 Comparison of the main methods for testing the diameter of wool fibers

羊毛纖維直徑測定方法的選用主要取決于研究目標,同時也受實驗條件限制。2001年7月1日起,澳大利亞羊毛檢驗局(Australian Wool Inspection Authority, AWTA)開始使用激光細度儀檢驗澳大利亞羊毛的細度和離散程度等指標并出具檢驗證書,該方法即為后來的國際標準IWTO-12-03[15,18-19]。光學纖維分析儀測量指標較全面、范圍廣泛、自動化程度和精度較高,是實驗室毛絨纖維測定最常用的方法。

OFDA系列儀器的研發推動了光學纖維分析儀測量方法的普遍應用。OFDA系列儀器(Uster公司)包含OFDA100、OFDA2000及OFDA4000等機型。OFDA2000在OFDA100測試功能基礎上增加了沿毛叢長度方向測試纖維直徑變化的功能[20],該功能便于發現與評價毛叢細節。OFDA4000能夠在1臺儀器上同步完成排樣機、ALMETER長度儀、OFDA100/2000的工作。2010年,IWTO DTM—62《確定羊毛成品條和其他條子的纖維長度及長度分布 纖維直徑及直徑分布的方法 OFDA4000法》由IWTO草案標準升級為IWTO正式標準[20]。OFDA4000不但具有OFDA100/2000在切碎的纖維中測纖維直徑的功能,而且可以在測量纖維直徑的同時測量其長度,并可自動獲得長度與直徑的關系圖[20]。OFDA2000與OFDA4000均可通過檢測沿毛叢方向直徑的變化而得到不同季節羊毛直徑變化的趨勢。沿毛叢方向纖維直徑的變異系數可反映毛纖維直徑縱向勻度。然而,由于飼養管理等影響羊毛生長,尤其季節性營養不均衡導致羊毛出現饑餓痕、弱節毛的情形下,沿毛從方向纖維直徑變異系數作為育種中的選種指標就會受到影響。另外,OFDA系列儀器還可測試生產高端產品時需要質量控制的指標。

隨著中國進出口貿易的穩步擴大,羊毛、羊絨纖維直徑和長度測試在紡織工業中的重要性逐漸被人們了解。中國引進了一些國外先進的纖維長度和直徑檢測儀器,如ALMETER長度儀、光學纖維直徑分析儀、激光掃描纖維直徑分析儀等,并且制訂了與其相配套的標準,如GB/T 21030—2007《羊毛及其他動物纖維平均直徑與分布試驗方法 纖維直徑光學分析儀法》、GB/T 21293—2007《纖維長度及其分布參數的測定方法 阿爾米特法》等,為這些儀器的合理有效利用提供了支持依據?？梢钥闯?羊毛細度、長度檢測技術的初期,形成了以國外技術創新為主的測量體系、方法及標準[9]。近些年來,中國也逐步加快開展相關檢測技術研發,一些檢測儀器也已投入市場。對檢測技術使用標準、規范的建立和完善將有助于國產羊毛檢測儀器的推廣應用。

2.2.2 羊毛長度

羊毛長度決定制成毛條的纖維長度,是紡紗速度、成紗質量等的主要影響因素。羊毛長度的指標一般包括羊毛自然長度(毛叢長度)、伸直長度、伸直率等。羊毛自然長度指毛叢纖維束在自然卷曲狀態下兩端間的直線距離,即毛叢中纖維未經拉伸、卷曲未受破壞時沿毛叢軸線進行測量得到的毛叢長度。羊毛伸直長度是將羊毛纖維拉伸至彎曲剛剛消失時兩端間直線距離。伸直率一般指羊毛纖維伸直長度超出自然長度的部分占自然長度的百分比。羊毛長度可在現場外貌鑒定時測定,將被毛分開,在保持羊毛自然狀態下順毛叢方向用毫米刻度單位鋼直尺測量從毛根到毛梢的直線距離。一般情況下母羊測定體側部,種公羊測定肩、側、股、背、腹5個部位。實驗室測定羊毛長度時,從每個樣品中隨機抽出10個毛束整齊地排在黑絨板上,在室溫條件下用鋼尺測出每個毛束兩端的距離。目前,ATLAS長度和強力自動測試儀、Agritest纖維長度表、ALMETER長度儀及光學纖維直徑分析儀(OFDA2000、4000)均可實現羊毛長度的自動測量。

2.2.3 羊毛彎曲

羊毛彎曲是自然狀態下羊毛纖維沿長度方向呈現的有規則或無規則周期性弧形,也指羊毛纖維偏離其假定的直線縱軸向兩側所形成的弧,可用彎曲清晰度和彎曲頻率等來表示[21-23]。彎曲清晰度一般描述為彎曲沿纖維長度的排列程度。羊毛正常彎曲弧度呈半圓形,弧度的高約等于底的1/2,即正常彎曲弧度的高和底的半徑近似相等,其規則排列呈現出理想的清晰整齊度。在現場實際應用中多采取目測評分方法評定彎曲清晰度。彎曲頻率(彎曲數)為自然狀態下單位羊毛纖維長度內含有的彎曲數[22]。國際上一般以每英寸(25.4 mm)內的卷曲數來表示卷曲程度,國內也有按每厘米內的卷曲數表示。檢測時從每個樣品中隨機抽取10個毛束整齊平鋪在黑絨板上,將凹形尺壓在毛束上并借助放大鏡數出凹形尺中羊毛彎曲波峰、波谷的總數。彎曲度則是通過儀器直接測量羊毛纖維彎曲弧度,可使用OFDA系列光學直徑分析儀實現檢測。

2.2.4 羊毛顏色

細羊毛顏色主要是白色,但也有其他顏色?？赏ㄟ^測量羊毛表面可見光譜范圍內的光反射率來獲得其顏色。通過收集紅、綠、藍3色的反射光而獲得可利用的信息。按照國際照明委員會規定的條件,以X(紅色)、Y(綠色)、Z(藍色)3個讀數作為3刺激值,這3個值提供了足夠的信息用來描述在規定光源和觀察條件下被測樣品的顏色。羊毛的亮度表示羊毛反射光的強度,用3刺激值中的Y表示。羊毛的黃度由3刺激值中的Y和Z值確定,并用(Y-Z)表示。羊毛基色是含脂毛經洗滌除去污染物后羊毛本來的顏色。使用儀器測量評價時,參照GB/T 32134—2015《羊毛顏色測定方法》,在實驗室清除毛樣中的雜質后放入分光色度儀或者分光光度計,進行掃描測定。

2.2.5 羊毛強度

羊毛強度是反映羊毛纖維物理性能及羊毛品質評定的重要指標,包括絕對強度和相對強度。絕對強度是指單根羊毛纖維或1束羊毛被拉斷時所用的力,用克或千克表示。相對強度是指羊毛被拉斷時施加在單位橫切面面積上的力,通常用1 mm2羊毛橫切面上的千克數表示。目前可以使用毛束強力儀和單纖維強力儀測量羊毛強度。由于存在飼養管理產生羊毛饑餓痕、弱節毛現象,測得的羊毛強度用于毛紡工業確定羊毛質量是可行的,但育種中對種羊羊毛強度選擇則需要根據實際進行判斷。

2.2.6 手 感

羊毛織物手感和穿著舒適度是滿足市場需要的主要特性,目前可用羊毛舒適儀和手感儀測定[24-26]。原毛手感的評估還沒有很好的方法,目前利用不同評分方法評定羊毛手感的研究主要為5分值評分方法[27-29]。澳大利亞美利奴羊產業中主要使用側壓力(側向擠壓)和質地評分方法評估原毛手感[6]。側壓力是通過2個手指擠壓羊毛后的感官感覺特性進行評分,而質地評分是通過撫摸毛叢根部到頂部以評估羊毛表面結構并進行評分。由于這些方法在評估的準確性和精確性上變化較大,利用其進行遺傳改良原毛手感受到限制。此外,還可以通過測量抗壓縮性來評定羊毛壓縮柔軟度,但這種測試的成本相對昂貴,用于育種中的選擇標準或幫助牧場管理決策成本較高[6]。

3 毛用性狀目測評定方法

在檢測技術、設備發展的同時,各國綿羊育種相關組織、技術人員也開發了不同羊毛表型目測評定方法,以為一些客觀檢測繁瑣或尚無合適檢測方法的性狀開展現場種羊評定和選擇提供參考,從而加快遺傳進展。作為細羊毛主產國,澳大利亞不僅在客觀測定標準、儀器有諸多研究,也注重對羊毛及種羊表型性狀目測評定方法開發。在多年研究、應用基礎上,2007年澳大利亞Australian Wool Innovation Limited(AWI)和Meat &Livestock Australia(MLA)公司共同研制發布了綿羊目測評分手冊——Visual Sheep Scores,為澳大利亞養羊業提供針對全部綿羊品種重要目測性狀的描述、記錄和分級,可用于種羊選擇及牧場生產管理。各牧場獲得的個體目測評分可提交至綿羊遺傳評定平臺(Sheep Genetics),與其他系譜和生產性能信息共同支撐羊產業目測評定性狀的跨群體育種值(ASBVs)估計。該評分體系在應用過程中得以不斷完善和修訂,截止目前Visual Sheep Scores已發展了3個版本。Visual Sheep Scores版本1(2007)包括了19個性狀類別[30],分為羊毛質量性狀、體型性狀及臀部性狀3個部分,多采用5分制評分方法,每個性狀評定都有圖文并茂的詳細說明。其中羊毛質量性狀部分提供了有經濟價值的被毛和纖維性狀描述,包括羊毛顏色、羊毛品質(彎曲)、毛叢結構等10個羊毛相關性狀。同時,由于澳大利亞蠅蛆對羊毛生長及被毛污染影響較大,所以對臀部被毛覆蓋及糞污面積、臀部皮膚皺褶等較為關注。Visual Sheep Scores版本2(2013)在版本1的基礎上增加了分級員評定[31]。Visual Sheep Scores 版本3(2019)包括了7個部分[32],主要是將體表色素沉積評分、臉部羊毛覆蓋和皮膚皺褶評分2個部分從體型性狀中分離出來,同時增加了產羔評分(母羊產羔和養育羔羊能力)。而在羊毛質量性狀部分減少至6個羊毛性狀,主要是將4個顏色相關性狀并入了體表色素沉積評分部分。該目測評定方法對澳大利亞美利奴羊品質提高做出重要貢獻。

中國最早的細毛羊評定標準是1981年發布的NY 1—1981《細毛羊鑒定項目、符號、術語》,其主要以字母、符號、測量及定性描述相結合,對細毛羊羊毛品質、體格、體型等進行評定。就羊毛性狀而言,主要包括了對頭毛覆蓋、頸部皺褶、被毛密度、細度及勻度、長度、羊毛彎曲大小及形狀、油汗顏色、腹毛品質等的評定。品質支數是目測評價纖維細度的方法,在育種羊只鑒定中應用較廣泛。品質支數是1磅精梳毛能紡成560碼(約512 m)長度的毛紗數量。在公制中是以1 kg精梳毛能紡成1 000 m長度的毛紗數量[33]。羊毛越細,單位質量內羊毛根數愈多,能紡成的毛紗愈長。因此,越細的羊毛,品質支數越高。2004年修訂發布了NY 1—2004《細毛羊鑒定項目、符號、術語》,刪去原標準中外形、腹毛、體格大小內容,增加被毛手感鑒定項目。同時鑒定項目評定采用3分制,改變原標準中的語言描述定性評定。中國主要細毛羊品種的種羊選擇的外貌鑒定基本都應用上述方法。中國美利奴羊(新疆型)育成后,在其進一步對羊毛品質選育提高中,對羊毛彎曲(彎曲清晰、整齊度)、油汗白度等性狀采用了5分制評分方法進行目測評定,對群體上述性狀的改進起到了促進作用。

4 結束語

毛紡工業的發展促進了羊毛市場需求增加,推動了毛囊發生、羊毛生長等相關機制研究和育種、飼養等多個領域技術開發。毛紡企業對羊毛品質要求不斷提升也激發了羊毛檢測技術不斷進步。21世紀初針對羊毛品質的檢測方法、檢測標準已較為完善。這些標準多數以羊毛交易和毛紡企業需求而制定,也為從事羊毛育種的科技人員、生產企業提供了借鑒。然而,我國相關檢測技術和檢測設備的研發相對滯后,借鑒國際毛紡織組織IWTO羊毛國際標準中的先進經驗,研發既符合我國國情又與國際接軌的羊毛檢測技術標準和國產羊毛檢測儀器是今后發展趨勢。目前檢測技術多數在實驗室條件下實現了高通量和快捷性能,用于生產實際和現場操作時,還存在操作復雜、應用不方便等不足,開發生產條件下高通量、快捷而又不失準確性的檢測方法也是今后的發展方向之一。此外,分子技術可能在未來羊毛檢測中發揮重要作用,通過加強羊毛產量和品質相關性狀的因果基因和功能突變鑒定,可進一步提升細毛羊主要毛用性狀檢測和評定水平。