细毛羊主要毛用性状检测及其评定方法

于丽娟,付雪峰,李文蓉,王 琼,徐新明,谢梦婉,张彦威,狄 江

(1.新疆畜牧科学院畜牧研究所 新疆绒毛用羊遗传育种与繁殖实验室,新疆 乌鲁木齐 830011; 2.新疆畜牧科学院畜牧研究所 农业农村部畜禽资源(羊)评价利用重点实验室,新疆 乌鲁木齐 830011;3.新疆畜牧科学院生物技术研究所 农业农村部草食家畜遗传育种与繁殖重点实验室,新疆 乌鲁木齐 830011;4.新疆畜牧科学院生物技术研究所 新疆动物生物技术重点实验室,新疆 乌鲁木齐 830011;5.新疆畜牧科学院 畜牧业经济与信息研究所,新疆 乌鲁木齐 830011;6.新疆农业大学 动物科学学院,新疆 乌鲁木齐 830052)

中国是世界绵羊毛生产和消费大国,羊毛产业在国民经济中起着重要作用。为满足毛纺企业对精纺用细羊毛的需求,中国在1954年成功培育第1个有自主知识产权的细毛羊品种——新疆细毛羊[1],随后又相继培育了多个细毛羊品种,至中国美利奴品种育成,中国细毛羊综合品质和羊毛质量有了很大提高。近些年,中国又培育出突出纤维细度特性的苏博美利奴、高山美利奴品种[2-3],为毛纺企业提供了国产超细毛类型。

细毛羊新品种的培育及羊毛品质提高,离不开相关羊毛检测和评价技术的支撑,绵羊毛检测技术标准既是助推羊毛贸易、毛纺业发展及维护羊毛市场流通秩序的重要措施,也为选育提高羊毛品质、产量的优良种羊提供了技术保障。从20世纪50年代开始出现绵羊毛相关规范到现在,中国绵羊毛标准发生了很大发展[4]。随着羊毛产业的发展,羊毛的品质指标、产品种类及其加工方式方法等不断发生变化,促进了相关检测技术标准的完善、改进,辅以图像分析、数据处理等技术发展,已逐步形成了完整的标准体系。细毛羊育种者也在实际工作中总结出一些生产中应用的简易方法,如目测评分方法。这些检测和评定方法的共同使用促进了羊育种及饲养管理技术发展。本文主要对国内外几种常用的羊毛检测和评定方法进行介绍及比较分析,以期为羊毛天然纤维品质的统一测定和评估提供参考。

1 主要毛用性状及其检测标准

1.1 主要毛用性状

在育种及生产实际中,细毛羊主要关注的毛用性状包括产毛量、纤维直径、羊毛长度、羊毛颜色、净毛率以及羊毛强度等指标。Doyle等[5]和Preston等[6]分别提出不同羊毛品质性状在羊毛加工中的重要性(见表1),其中纤维直径、羊毛强度、羊毛长度等被认为是影响纱线质量最重要的因素。

表1 毛用性状对羊毛加工的重要性Tab.1 Importance of wool attributes to wool processing

1.2 主要毛用性状检测标准

羊毛纤维特性是影响加工效率和纺织品质量的重要因素。世界主要羊毛生产国均致力于研发并建立有关原毛、毛条、纱线及制品等质量检测方法。国际毛纺织组织(International Wool Textile Organisation,IWTO)成立于1930年,是代表世界毛纺织贸易和行业利益的团体,22个国家的33个成员均来源于世界主要的羊毛生产国或毛纺织产品贸易国[7]。IWTO是国际标准化组织(International Organization for Standardization,ISO)承认的标准组织之一,已建立起较为完整的羊毛检测和仲裁的相关标准。这些标准以红皮书、白皮书及蓝皮书发布,且每年进行更新,其中红皮书包括用于羊毛纤维、纱线及制品特性测定的IWTO全部检测方法[7]。IWTO中的标准与技术委员会负责毛纺织业的标准化工作,主要为原毛、制条、织物等制定相关的IWTO标准。其中IWTO-12《Sirolan-激光扫描纤维直径》、IWTO-30-07《毛丛长度和强度的测定方法》、IWTO-47《光学纤维直径分析仪(OFDA)测定羊毛纤维平均直径及其分布的方法》及 IWTO-56《原毛颜色测定方法》等标准均为原毛测试标准[7]。

我国于1981由原纺织工业部颁布了最早的羊毛检测方法行业标准FJ 418—1981《国毛工业分级、洗净毛和毛条试验方法》[4]。随后,最早的羊毛检测国家标准GB 4710—1984《羊毛束纤维断裂强度试验方法》、GB 4711—1984《羊毛单纤维断裂强力和伸长试验方法》颁布实施。随着我国毛纺企业的快速发展,其他羊毛检测标准如GB 6500—1986《羊毛回潮率试验方法》、GB/T 6976—2007《羊毛毛丛自然长度试验方法》、GB/T 14271—2008《羊毛净毛率试验方法》等也相继发布[7]。根据毛纺产业需求变化及存在的问题,在2007年后对部分羊毛检测国家标准实施了修订。同时,其他毛用性状测定标准也得以颁布,如GB/T 21030—2007《羊毛及其他动物纤维平均直径与分布试验方法 纤维直径 光学分析仪法》、GB/T 10685—2007《羊毛纤维直径试验方法 投影显微镜法》、GB/T 21293—2007《纤维长度及其分布参数的测定方法 阿尔米特法》、GB/T 35935—2018《动物毛纤维平均直径与分布试验方法 激光扫描纤维直径分析法》及行业标准NY/T 1817—2009《羊毛密度测试方法 毛丛法》等。这些标准主要在纺织企业应用,但对毛绒羊育种研究中的表型测定也提供了借鉴和测定标准。

2 主要毛用性状测定方法

目前国内细毛羊品种测定毛用性状主要包括个体剪毛量、净毛量、净毛率、羊毛纤维直径、羊毛长度等,另外根据育种目的、研究目标不同也对羊毛弯曲、羊毛颜色、羊毛密度、羊毛强度等性状开展一些测定。依据已有标准并结合国内实际的应用情况,对主要毛用性状测定方法进行概述。

2.1 羊毛产量性状

2.1.1 个体产毛量

个体产毛量包括个体剪毛量、净毛量及净毛率3个性状。个体剪毛量是从个体羊只身上剪下全部羊毛的质量,又称原毛量、污毛量,一般现场剪毛时称量;个体净毛量为个体羊只剪下的全部被毛中除去油汗和杂质后的羊毛纤维质量,即个体原毛量与个体净毛率的乘积;个体净毛率为羊只所剪的毛经洗净、烘干后用公定回潮率修正后的质量与原毛量的百分比(烘干法)。回潮率亦称吸湿率,指净毛中所含水分占其净毛绝对干质量的百分比。在行业标准NY 1—2004《细毛羊鉴定项目、符号、术语》中标准回潮率为16%。

2.1.2 羊毛密度

羊毛密度指个体羊只每平方厘米面积皮肤上毛纤维的根数,一般用其来反映毛纤维分布的紧密程度。实际应用中,测定羊毛密度一般需使用专用密度采样器采集毛丛样品,样品洗净后经总体称重、抽样毛束计数根数和称量再计算获得密度数值(毛绒密度= 总样品质量/抽样毛束质量×抽样毛束根数)。羊毛密度结合羊毛长度可对产毛量进行预估,尤其在羊毛污染严重又无法测定净毛率的情况下可判断个体净毛产量。羊毛密度测定方法在中国美利奴毛密品系的培育中得以应用,对品系成功培育提供了技术支撑,但其采样方法较为复杂且对后续密度测定准确性影响大。

2.2 羊毛品质性状

2.2.1 羊毛纤维直径

羊毛纤维直径是反应羊毛细度的指标,是决定羊毛工艺性能和使用性能最重要的指标,是羊毛品质评价指标之一。羊毛纤维直径一般包括羊毛平均纤维直径、纤维直径变异系数等。平均纤维直径是被毛中羊毛纤维直径的平均值,即相关羊毛纤维检测仪所测羊毛直径的平均值,用微米来计数。纤维直径变异系数是被毛中纤维直径相对变异程度大小的度量。一般在体侧部采集样品进行分析可反映此样品的平均纤维直径及离散程度。若需了解全身被毛纤维直径均匀度,可采集肩、侧、股等部位样品综合分析。通常情况下,毛绒纤维直径的检测是将试样放入恒温恒湿的条件下进行至少8 h的公定回潮处理,然后进行检测。

纤维直径作为影响纺织品性能最重要的性状,对其检测方法、检测仪器的研究和开发较多。毛绒纤维直径检测方法主要有投影显微镜法、光学纤维直径分析仪法、气流仪法及激光细度检测仪法等。投影显微镜法是利用纤维投影仪将羊毛纤维片段进行映像放大并投影到屏幕上,然后通过屏幕圆心的毫米刻度尺测出其与纤维正交处的宽度,或用楔形尺测量屏幕圆内的纤维直径,依次记录测量结果并计算出纤维直径平均值、标准差和变异系数等指标[8-11]。光学纤维直径分析仪法是对原毛、洗净毛等不同毛绒纤维原料进行测定的技术方法,羊毛试样经调湿处理后切成短纤维并均匀分散在载玻片上,置于显微镜载物台上经显微镜放大后,其纤维显微图像被摄像系统扫描采集,然后利用图像分析技术识别毛绒纤维并测量直径,包括平均毛绒纤维直径、直径标准差、变异系数、直径频率分布图和粗纤维含量、粗纤维边界等指标[8,12-13]。气流仪法是一种通过测试气体的流量来间接测定纤维直径的方法,主要利用气体的流量与纤维直径成正比、与纤维比表面积的平方成反比的原理,即在一定压力差的条件下,空气的流量越大则表示纤维越粗,运用气流仪测试纤维的比表面积,再通过实际标定获得纤维直径[14-15]。激光细度检测仪法是一种借助光散射原理,通过结合激光束、电子技术与计算机软件来检测纤维细度、标准差、舒适度指数等的方法。将试样置于92%的异丙醇水溶液中,溶液携带短纤维从测量槽流过时,激光光束被毛绒纤维遮断而发生改变,使得与纤维直径大小相应的电信号在光电传感器上被测出,该信号通过光纤鉴别器和模数转换后由计算机进行数据处理,得到毛绒纤维直径[16-17]。羊毛纤维直径的主要测试方法的比较见表2。

表2 羊毛纤维直径主要测试方法的比较Tab.2 Comparison of the main methods for testing the diameter of wool fibers

羊毛纤维直径测定方法的选用主要取决于研究目标,同时也受实验条件限制。2001年7月1日起,澳大利亚羊毛检验局(Australian Wool Inspection Authority, AWTA)开始使用激光细度仪检验澳大利亚羊毛的细度和离散程度等指标并出具检验证书,该方法即为后来的国际标准IWTO-12-03[15,18-19]。光学纤维分析仪测量指标较全面、范围广泛、自动化程度和精度较高,是实验室毛绒纤维测定最常用的方法。

OFDA系列仪器的研发推动了光学纤维分析仪测量方法的普遍应用。OFDA系列仪器(Uster公司)包含OFDA100、OFDA2000及OFDA4000等机型。OFDA2000在OFDA100测试功能基础上增加了沿毛丛长度方向测试纤维直径变化的功能[20],该功能便于发现与评价毛丛细节。OFDA4000能够在1台仪器上同步完成排样机、ALMETER长度仪、OFDA100/2000的工作。2010年,IWTO DTM—62《确定羊毛成品条和其他条子的纤维长度及长度分布 纤维直径及直径分布的方法 OFDA4000法》由IWTO草案标准升级为IWTO正式标准[20]。OFDA4000不但具有OFDA100/2000在切碎的纤维中测纤维直径的功能,而且可以在测量纤维直径的同时测量其长度,并可自动获得长度与直径的关系图[20]。OFDA2000与OFDA4000均可通过检测沿毛丛方向直径的变化而得到不同季节羊毛直径变化的趋势。沿毛丛方向纤维直径的变异系数可反映毛纤维直径纵向匀度。然而,由于饲养管理等影响羊毛生长,尤其季节性营养不均衡导致羊毛出现饥饿痕、弱节毛的情形下,沿毛从方向纤维直径变异系数作为育种中的选种指标就会受到影响。另外,OFDA系列仪器还可测试生产高端产品时需要质量控制的指标。

随着中国进出口贸易的稳步扩大,羊毛、羊绒纤维直径和长度测试在纺织工业中的重要性逐渐被人们了解。中国引进了一些国外先进的纤维长度和直径检测仪器,如ALMETER长度仪、光学纤维直径分析仪、激光扫描纤维直径分析仪等,并且制订了与其相配套的标准,如GB/T 21030—2007《羊毛及其他动物纤维平均直径与分布试验方法 纤维直径光学分析仪法》、GB/T 21293—2007《纤维长度及其分布参数的测定方法 阿尔米特法》等,为这些仪器的合理有效利用提供了支持依据。可以看出,羊毛细度、长度检测技术的初期,形成了以国外技术创新为主的测量体系、方法及标准[9]。近些年来,中国也逐步加快开展相关检测技术研发,一些检测仪器也已投入市场。对检测技术使用标准、规范的建立和完善将有助于国产羊毛检测仪器的推广应用。

2.2.2 羊毛长度

羊毛长度决定制成毛条的纤维长度,是纺纱速度、成纱质量等的主要影响因素。羊毛长度的指标一般包括羊毛自然长度(毛丛长度)、伸直长度、伸直率等。羊毛自然长度指毛丛纤维束在自然卷曲状态下两端间的直线距离,即毛丛中纤维未经拉伸、卷曲未受破坏时沿毛丛轴线进行测量得到的毛丛长度。羊毛伸直长度是将羊毛纤维拉伸至弯曲刚刚消失时两端间直线距离。伸直率一般指羊毛纤维伸直长度超出自然长度的部分占自然长度的百分比。羊毛长度可在现场外貌鉴定时测定,将被毛分开,在保持羊毛自然状态下顺毛丛方向用毫米刻度单位钢直尺测量从毛根到毛梢的直线距离。一般情况下母羊测定体侧部,种公羊测定肩、侧、股、背、腹5个部位。实验室测定羊毛长度时,从每个样品中随机抽出10个毛束整齐地排在黑绒板上,在室温条件下用钢尺测出每个毛束两端的距离。目前,ATLAS长度和强力自动测试仪、Agritest纤维长度表、ALMETER长度仪及光学纤维直径分析仪(OFDA2000、4000)均可实现羊毛长度的自动测量。

2.2.3 羊毛弯曲

羊毛弯曲是自然状态下羊毛纤维沿长度方向呈现的有规则或无规则周期性弧形,也指羊毛纤维偏离其假定的直线纵轴向两侧所形成的弧,可用弯曲清晰度和弯曲频率等来表示[21-23]。弯曲清晰度一般描述为弯曲沿纤维长度的排列程度。羊毛正常弯曲弧度呈半圆形,弧度的高约等于底的1/2,即正常弯曲弧度的高和底的半径近似相等,其规则排列呈现出理想的清晰整齐度。在现场实际应用中多采取目测评分方法评定弯曲清晰度。弯曲频率(弯曲数)为自然状态下单位羊毛纤维长度内含有的弯曲数[22]。国际上一般以每英寸(25.4 mm)内的卷曲数来表示卷曲程度,国内也有按每厘米内的卷曲数表示。检测时从每个样品中随机抽取10个毛束整齐平铺在黑绒板上,将凹形尺压在毛束上并借助放大镜数出凹形尺中羊毛弯曲波峰、波谷的总数。弯曲度则是通过仪器直接测量羊毛纤维弯曲弧度,可使用OFDA系列光学直径分析仪实现检测。

2.2.4 羊毛颜色

细羊毛颜色主要是白色,但也有其他颜色。可通过测量羊毛表面可见光谱范围内的光反射率来获得其颜色。通过收集红、绿、蓝3色的反射光而获得可利用的信息。按照国际照明委员会规定的条件,以X(红色)、Y(绿色)、Z(蓝色)3个读数作为3刺激值,这3个值提供了足够的信息用来描述在规定光源和观察条件下被测样品的颜色。羊毛的亮度表示羊毛反射光的强度,用3刺激值中的Y表示。羊毛的黄度由3刺激值中的Y和Z值确定,并用(Y-Z)表示。羊毛基色是含脂毛经洗涤除去污染物后羊毛本来的颜色。使用仪器测量评价时,参照GB/T 32134—2015《羊毛颜色测定方法》,在实验室清除毛样中的杂质后放入分光色度仪或者分光光度计,进行扫描测定。

2.2.5 羊毛强度

羊毛强度是反映羊毛纤维物理性能及羊毛品质评定的重要指标,包括绝对强度和相对强度。绝对强度是指单根羊毛纤维或1束羊毛被拉断时所用的力,用克或千克表示。相对强度是指羊毛被拉断时施加在单位横切面面积上的力,通常用1 mm2羊毛横切面上的千克数表示。目前可以使用毛束强力仪和单纤维强力仪测量羊毛强度。由于存在饲养管理产生羊毛饥饿痕、弱节毛现象,测得的羊毛强度用于毛纺工业确定羊毛质量是可行的,但育种中对种羊羊毛强度选择则需要根据实际进行判断。

2.2.6 手 感

羊毛织物手感和穿着舒适度是满足市场需要的主要特性,目前可用羊毛舒适仪和手感仪测定[24-26]。原毛手感的评估还没有很好的方法,目前利用不同评分方法评定羊毛手感的研究主要为5分值评分方法[27-29]。澳大利亚美利奴羊产业中主要使用侧压力(侧向挤压)和质地评分方法评估原毛手感[6]。侧压力是通过2个手指挤压羊毛后的感官感觉特性进行评分,而质地评分是通过抚摸毛丛根部到顶部以评估羊毛表面结构并进行评分。由于这些方法在评估的准确性和精确性上变化较大,利用其进行遗传改良原毛手感受到限制。此外,还可以通过测量抗压缩性来评定羊毛压缩柔软度,但这种测试的成本相对昂贵,用于育种中的选择标准或帮助牧场管理决策成本较高[6]。

3 毛用性状目测评定方法

在检测技术、设备发展的同时,各国绵羊育种相关组织、技术人员也开发了不同羊毛表型目测评定方法,以为一些客观检测繁琐或尚无合适检测方法的性状开展现场种羊评定和选择提供参考,从而加快遗传进展。作为细羊毛主产国,澳大利亚不仅在客观测定标准、仪器有诸多研究,也注重对羊毛及种羊表型性状目测评定方法开发。在多年研究、应用基础上,2007年澳大利亚Australian Wool Innovation Limited(AWI)和Meat &Livestock Australia(MLA)公司共同研制发布了绵羊目测评分手册——Visual Sheep Scores,为澳大利亚养羊业提供针对全部绵羊品种重要目测性状的描述、记录和分级,可用于种羊选择及牧场生产管理。各牧场获得的个体目测评分可提交至绵羊遗传评定平台(Sheep Genetics),与其他系谱和生产性能信息共同支撑羊产业目测评定性状的跨群体育种值(ASBVs)估计。该评分体系在应用过程中得以不断完善和修订,截止目前Visual Sheep Scores已发展了3个版本。Visual Sheep Scores版本1(2007)包括了19个性状类别[30],分为羊毛质量性状、体型性状及臀部性状3个部分,多采用5分制评分方法,每个性状评定都有图文并茂的详细说明。其中羊毛质量性状部分提供了有经济价值的被毛和纤维性状描述,包括羊毛颜色、羊毛品质(弯曲)、毛丛结构等10个羊毛相关性状。同时,由于澳大利亚蝇蛆对羊毛生长及被毛污染影响较大,所以对臀部被毛覆盖及粪污面积、臀部皮肤皱褶等较为关注。Visual Sheep Scores版本2(2013)在版本1的基础上增加了分级员评定[31]。Visual Sheep Scores 版本3(2019)包括了7个部分[32],主要是将体表色素沉积评分、脸部羊毛覆盖和皮肤皱褶评分2个部分从体型性状中分离出来,同时增加了产羔评分(母羊产羔和养育羔羊能力)。而在羊毛质量性状部分减少至6个羊毛性状,主要是将4个颜色相关性状并入了体表色素沉积评分部分。该目测评定方法对澳大利亚美利奴羊品质提高做出重要贡献。

中国最早的细毛羊评定标准是1981年发布的NY 1—1981《细毛羊鉴定项目、符号、术语》,其主要以字母、符号、测量及定性描述相结合,对细毛羊羊毛品质、体格、体型等进行评定。就羊毛性状而言,主要包括了对头毛覆盖、颈部皱褶、被毛密度、细度及匀度、长度、羊毛弯曲大小及形状、油汗颜色、腹毛品质等的评定。品质支数是目测评价纤维细度的方法,在育种羊只鉴定中应用较广泛。品质支数是1磅精梳毛能纺成560码(约512 m)长度的毛纱数量。在公制中是以1 kg精梳毛能纺成1 000 m长度的毛纱数量[33]。羊毛越细,单位质量内羊毛根数愈多,能纺成的毛纱愈长。因此,越细的羊毛,品质支数越高。2004年修订发布了NY 1—2004《细毛羊鉴定项目、符号、术语》,删去原标准中外形、腹毛、体格大小内容,增加被毛手感鉴定项目。同时鉴定项目评定采用3分制,改变原标准中的语言描述定性评定。中国主要细毛羊品种的种羊选择的外貌鉴定基本都应用上述方法。中国美利奴羊(新疆型)育成后,在其进一步对羊毛品质选育提高中,对羊毛弯曲(弯曲清晰、整齐度)、油汗白度等性状采用了5分制评分方法进行目测评定,对群体上述性状的改进起到了促进作用。

4 结束语

毛纺工业的发展促进了羊毛市场需求增加,推动了毛囊发生、羊毛生长等相关机制研究和育种、饲养等多个领域技术开发。毛纺企业对羊毛品质要求不断提升也激发了羊毛检测技术不断进步。21世纪初针对羊毛品质的检测方法、检测标准已较为完善。这些标准多数以羊毛交易和毛纺企业需求而制定,也为从事羊毛育种的科技人员、生产企业提供了借鉴。然而,我国相关检测技术和检测设备的研发相对滞后,借鉴国际毛纺织组织IWTO羊毛国际标准中的先进经验,研发既符合我国国情又与国际接轨的羊毛检测技术标准和国产羊毛检测仪器是今后发展趋势。目前检测技术多数在实验室条件下实现了高通量和快捷性能,用于生产实际和现场操作时,还存在操作复杂、应用不方便等不足,开发生产条件下高通量、快捷而又不失准确性的检测方法也是今后的发展方向之一。此外,分子技术可能在未来羊毛检测中发挥重要作用,通过加强羊毛产量和品质相关性状的因果基因和功能突变鉴定,可进一步提升细毛羊主要毛用性状检测和评定水平。