天然染料的應(yīng)用性能及發(fā)展趨勢(shì)

吳贊敏

摘要：本文綜述了天然染料的分類(lèi)及其特點(diǎn)，從化學(xué)結(jié)構(gòu)的角度分析了主要天然染料的應(yīng)用性能，介紹了天然染料的商品化技術(shù)，并總結(jié)了目前存在的問(wèn)題及其應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：天然染料；分類(lèi)；應(yīng)用前景

中圖分類(lèi)號(hào)：TS193.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Application Performance of Natural Dye and Its Development Trends

Abstract： In this paper， classification and characteristics of natural dyes were reviewed. The application performance of main natural dyes was analyzed from the perspective of their chemical structure. Two commercialization techniques of natural dyes were introduced， and the existing problems and its application prospects were also summarized.

Key words： natural dyes； classification； application prospect

天然染料主要來(lái)源于植物、動(dòng)物或天然彩色礦石，其一般可以自然降解，大部分無(wú)毒性和副作用、不污染環(huán)境，以上特點(diǎn)使其日益成為新型染料開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。我國(guó)地大物博，便于種植各種含色素植物，可以進(jìn)行研究和探索，經(jīng)擴(kuò)大試驗(yàn)后，有可能形成工業(yè)化生產(chǎn)。

天然染料染色也是實(shí)現(xiàn)清潔染整和和獲得生態(tài)紡織品的途徑之一。如以天然礦粉作著色劑，可以在沸水或常溫中染色，不使用任何化學(xué)助劑，不需要特殊設(shè)備，對(duì)人體和生態(tài)均不會(huì)造成危害，利用天然染料加工紡織品既可滿(mǎn)足人們對(duì)回歸自然的需求，又可以設(shè)計(jì)出生態(tài)紡織品加工工藝。日本、韓國(guó)和印度等都相繼成立了植物染料研究機(jī)構(gòu)，有關(guān)植物染料染色的報(bào)道及專(zhuān)利相繼出現(xiàn)，如用茜草、靛藍(lán)、郁金香和紅花提取色素染色的真絲內(nèi)衣具有防蟲(chóng)殺菌和保護(hù)皮膚的功效，用這類(lèi)染料染色的純棉針織品服飾也非常適合對(duì)合成染料過(guò)敏者穿用。日本伊藤忠商社用綠茶染色開(kāi)發(fā)的棉制品具有抗菌、除臭、不引起過(guò)敏等優(yōu)點(diǎn)，在日本市場(chǎng)頗受歡迎。

1.1 植物天然染料

植物染料大多具有較強(qiáng)的抗菌、消炎等保健功能，因此以普通的方法蒸煮后，提取色素制成染液，稀釋到一定的濃度后進(jìn)行染色，可直接加工成具有保健作用的染色產(chǎn)品。植物一般選取色素含量高且藥用價(jià)值較高的植物。

1.2 礦物天然染料

有色礦石其主要化學(xué)成分為SiO2、Al2O3、TiO2、Fe2O3、FeO、MnO，隨成分的不同呈現(xiàn)棕紅色、淡綠色、灰色、黃色、白色，經(jīng)粉碎拼混后可達(dá)20余個(gè)色譜。

礦物色素不含有害金屬和放射性元素的天然礦石，經(jīng)過(guò)粉碎、研磨成具有一定細(xì)度的礦粉，分散在水中形成懸浮狀的膠體溶液，該色素主要呈單分子（或離子）分散狀態(tài)存在，進(jìn)入纖維內(nèi)部。染色前的織物都要進(jìn)行預(yù)處理，經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的織物纖維其大分子鏈間距離增大，有利于鐵、錳化合物分子和一些微細(xì)礦粉進(jìn)入纖維的無(wú)定形區(qū)，達(dá)到吸附上染。但是，礦粉中含有鐵離子及其化合物，鐵離子易受氧化作用會(huì)影響織物強(qiáng)力，可能需要將染色后的織物進(jìn)行處理，減少損傷。1.3 其它天然染料

（1）詹森桿菌藍(lán)紫霉色素是非病原菌，這種微生物是從蠶絲廢料中培育出的細(xì)菌，產(chǎn)生色素的主要菌種是紫色桿菌素和脫氧紫色桿菌素，由日本蠶絲昆蟲(chóng)農(nóng)業(yè)技術(shù)研究所與蠶絲商社合作研究發(fā)現(xiàn)。這種色素是安全的，不僅可染棉、麻、絲、毛等天然纖維，也可以染尼龍等合成纖維。

（2）紅曲色素是一種由紅曲霉屬的絲狀真菌經(jīng)發(fā)酵而成的優(yōu)質(zhì)的天然食用色素，是紅曲霉的次級(jí)代謝產(chǎn)物。紅曲色素與化學(xué)合成紅色素相比，具有無(wú)毒、安全的優(yōu)點(diǎn)，而且還有健脾消食、活血化瘀的功效，其對(duì)蛋白質(zhì)有很強(qiáng)的著色力，因此常常作為食品染色色素。紅曲色素可賦予絲綢、羊毛等蛋白質(zhì)纖維織物美麗的深紅色，且染色織物具有良好的色牢度。

（3）Trichoderma sp.Q98菌株，在馬鈴薯固體培養(yǎng)基（PDA）平板培養(yǎng) 4 天觀察菌落，可見(jiàn)菌絲產(chǎn)生紅色素，這種色素是非水溶性的。同時(shí)這種菌株還可以產(chǎn)生不飽和脂肪酸，它的培養(yǎng)液含有 2 種多肽類(lèi)物質(zhì)。菌絲及提取物可作為天然色素添加劑、天然抗氧化劑、天然抗菌活性物質(zhì)源。

（4）玉米黃色素是從玉米淀粉生產(chǎn)中的下腳料（玉米粗蛋白）提取的類(lèi)胡蘿卜素色素和葉黃素等天然色素。

（5）香蕉花瓣的細(xì)胞液含有大量的單寧，幾乎能將織物染成黑色，而且其色澤保留時(shí)間長(zhǎng)久，耐洗滌。

2 天然染料的化學(xué)結(jié)構(gòu)

天然染料中大部分仍然是天然有機(jī)染料或顏料，其化學(xué)結(jié)構(gòu)分別屬聚甲炔、甲酮、亞胺、苯醌、蒽醌、萘醌、黃酮、黃酮醇、二氫黃酮、靛類(lèi)以及葉綠素等。

2.1 葉綠素類(lèi)

葉綠素是一種存在于植物葉、莖中的綠色色素。它是屬于卟啉類(lèi)的有色雜環(huán)化合物。環(huán)外碳原子的取代和環(huán)內(nèi)氮原子與金屬離子（如Mg2+等）配位絡(luò)合得到葉綠素a、葉綠素b（結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖 1）。葉綠素屬醇溶性色素，葉綠素在稀溶液中會(huì)脫去絡(luò)合的Mg2+，變成褐色的脫鎂葉綠素。其在弱堿中和室溫下穩(wěn)定，但加熱后，分子中酯鍵水解得到鮮艷的葉綠素。葉綠素易氧化，重金屬離子能置換絡(luò)合中心的Mg2+，改變其染色性能。

2.2 類(lèi)胡蘿卜素

類(lèi)胡蘿卜素廣泛存在于植物葉片、塊莖、果實(shí)中，常與葉綠素、蛋白質(zhì)伴生存在。該色素分子母體是聚異戊二烯，天然存在形式大多是反式共軛多烯。類(lèi)胡蘿卜素有兩種基本類(lèi)型：

（1）葉紅素：葉紅素分子特征是類(lèi)胡蘿卜烴，包括α-胡蘿卜素、β-胡蘿卜素、γ-胡蘿卜素、番茄紅素、辣椒紅素等，色譜為紅色和橙紅色。葉紅素易溶于石油醚，難溶于乙醇，不溶于水。

（2）葉黃素：葉黃素是類(lèi)胡蘿卜素的含氧衍生物，含氧基主要有羧基、酯基等，包括玉米黃素、葉黃素、隱黃素等，色譜為橙黃和黃色，易溶于乙醇，不溶于石油醚。

2.3 類(lèi)黃酮化合物

類(lèi)黃酮化合物廣泛存在于植物花瓣、葉片、果實(shí)、根莖中。其母體結(jié)構(gòu)是2-苯基苯并吡喃環(huán)，在植物中以糖苷存在。常見(jiàn)的組成有葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖等單糖、雙糖和三糖，以及?；奶?。依照分子組成特征可分為花色素和黃酮化合物兩類(lèi)。

（1）花色素：花色素（結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖 3）是賦予植物花瓣和葉片以絢麗多彩顏色的主要組成色素，其色譜由橙紅色到藍(lán)紫色。花色素的基本顏色有：天竺葵配基的鮮紅色、矢車(chē)菊配基的緋紅色和飛燕草配基的青蓮色。各種顏色的花色素都是由這 3 種分子結(jié)構(gòu)衍生出來(lái)的。

花色素是水溶性色素，若改變其陽(yáng)離子結(jié)構(gòu)則具有醇溶性，在石油醚中難溶。它可以根據(jù)pH值而改變顏色，經(jīng)分離提純的花色素，在pH值為 1 ～ 4 的水溶液中能較穩(wěn)定地保持其顏色，pH值較高時(shí)，則容易失色。在研究花色素時(shí)，若選擇高效分離提純的方法，往往會(huì)破壞穩(wěn)定存在形式，得到的純凈花色素既不耐堿也不耐酸、容易失色不穩(wěn)定。

（2）黃酮化合物：黃酮化合物按分子中氧化程度不同分為：黃酮醇、黃酮、黃烷酮、查爾酮，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)表 1。

黃酮化合物分子中 4 位碳原子氧化成羥基，形成吡喃酮結(jié)構(gòu)，性質(zhì)亦趨于穩(wěn)定。由于共軛程度比花色素低，顏色大多呈無(wú)色至橙色，亦稱(chēng)其為花黃素。黃酮化合物也以糖苷形式存在于植物中，除游離形式外，一些黃酮能與花色素分子形成分子間締合。在許多藍(lán)色、紫色的花瓣中發(fā)現(xiàn)了這種締合，這種締合對(duì)花色素有紅移作用。

植物中黃酮化合物種類(lèi)、數(shù)量都比花色素多，是潛在的植物色素來(lái)源。部分黃酮化合物還具有對(duì)人類(lèi)健康有益的生理活性，有一部分具有紫外吸收特征和抗氧化性。

2.4 其它色素

紅花色素得自紅花，如藏紅花等。紅花又稱(chēng)草紅花，它的花、種子、秸稈等均可綜合利用。其花可供藥用，具有活血通絡(luò)、止痛等功能。紅花的花色五彩繽紛，而且隨生長(zhǎng)過(guò)程由淺變深。分子結(jié)構(gòu)為類(lèi)查爾酮式糖苷，不溶于水和石油醚，溶于乙醇。當(dāng)pH值>7時(shí)為酚式結(jié)構(gòu)，由橙黃成為紅花黃；當(dāng)pH值<7時(shí)為醌式結(jié)構(gòu)，稱(chēng)紅花紅（如圖 4 所示）。這種色素不耐光，耐熱性較好。

甜菜紅色素存在于紅甜菜中，易溶于水，不溶于無(wú)水乙醇和石油醚，pH值在 3 ～ 7 顏色變深，pH值<3顏色變黃，pH值>10迅速失色。甜菜紅素對(duì)光、熱、氧化劑都不穩(wěn)定，需用抗壞血酸等作為穩(wěn)定劑。其分子結(jié)構(gòu)式如圖 5 所示。

甜菜紅色素是世界上廣泛使用的一種天然色素，其主要顯色物質(zhì)為甜菜花青素（紅色），其中75% ～ 95%為甜菜紅苷，其余為甜菜黃質(zhì)（黃色）和甜菜色素的降解產(chǎn)物（淡棕色），除色素物質(zhì)外，含有紅甜菜原料中的糖、鹽、蛋白質(zhì)。甜菜紅具有滲透力強(qiáng)、著色均勻、色澤好等優(yōu)點(diǎn)。

3 天然色素的穩(wěn)定化

3.1 微膠囊技術(shù)

將天然色素用微膠囊包裹，可以防止其受光和熱的影響。如類(lèi)胡蘿卜素穩(wěn)定性差，選用噴霧干燥法包埋胡蘿卜素，微膠囊包埋率>90%；梔子黃色素和β-環(huán)糊精可形成1∶1包合物；對(duì)油溶性的辣椒紅色素，采用混合乳化劑進(jìn)行改性后，用瓊脂、阿拉伯膠進(jìn)行微膠囊化，獲得具有良好水溶性的產(chǎn)品。

3.2 色素的結(jié)構(gòu)修飾

花色苷顏色易隨pH值變化，這是由其C-2位水化引起的，通過(guò)掩蓋C-2位，就可以抑制水化反應(yīng)，穩(wěn)定花色苷。穩(wěn)定化方法可添加多糖類(lèi)、配糖體、酚類(lèi)以及有機(jī)酸，其中研究最多的是添加有機(jī)酸進(jìn)行?；谏wC-2位，如4-香豆酸、阿魏酸、咖啡酸以及芥子酸等。

4 結(jié)束語(yǔ)

天然染料對(duì)實(shí)現(xiàn)生態(tài)染色具有重要意義，但目前要使其商業(yè)化并部分替代合成染料，還需要加強(qiáng)研究和解決以下問(wèn)題。

（1）染料的來(lái)源：天然染料多來(lái)源于動(dòng)植物和礦物，需要大量開(kāi)采礦物或采摘砍伐植物、獵取動(dòng)物，又會(huì)造成生態(tài)環(huán)境的破壞，違背了用天然染料染色生態(tài)和環(huán)保的初衷。對(duì)此，需要大量土地種植植被，但又面臨土地問(wèn)題。若在我國(guó)西部荒漠地區(qū)，大面積開(kāi)發(fā)種植天然色素植物，不僅為天然染料的制備提供了豐富的資源，而且還有利于西部自然環(huán)境的改善和發(fā)展西部經(jīng)濟(jì)。目前亦有人工培育的植物，其色素含量比天然植物高。由于生物培養(yǎng)的方法可使細(xì)胞生長(zhǎng)速度大大加快，這樣使得天然染料的生產(chǎn)可以不依賴(lài)于自然界的植物，產(chǎn)量也可大為提高。

（2）天然染料染色重現(xiàn)性差：以植物染料為例，即使是同一種植物由于產(chǎn)地不同、氣候條件不同及采集時(shí)間不同都會(huì)影響色素的組成及色澤，這使得它難以進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，也會(huì)導(dǎo)致染色重現(xiàn)性差。因此，天然色素的染色工藝，還需進(jìn)行規(guī)范的試驗(yàn)和選擇設(shè)備，以及確定各種工藝參數(shù)、制訂產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)。

（3）染色牢度問(wèn)題：天然染料采用常規(guī)染色方法還不能達(dá)到理想的染色牢度，尤其是日曬牢度和皂洗牢度，如果使用媒染劑，傳統(tǒng)的媒染劑一般為重金屬離子，影響染色品的環(huán)保性。此外，天然染料一般對(duì)紡織纖維的親和力低，用傳統(tǒng)的染色方法還存在著給色量低、染色時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等問(wèn)題。

（4）天然色素植物的顏色品種有限；天然染料的提取需要消耗大量植物，許多天然動(dòng)植物也是中草藥資源，具有很高的藥用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，如果將它們大量用于染料的提取，也是不經(jīng)濟(jì)的，造成染料價(jià)格高；在性能上，很多天然色素的化學(xué)結(jié)構(gòu)和毒理學(xué)尚未詳細(xì)研究和測(cè)試，目前還缺乏天然色素與纖維或織物結(jié)合機(jī)理的研究，天然色素的染色工藝有待于進(jìn)一步優(yōu)化等。

天然植物染料因其無(wú)毒、環(huán)境友好和特殊的藥用價(jià)值而具有不可替代的優(yōu)勢(shì)。利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)理論和方法，開(kāi)發(fā)具有多功能的天然染料，提高紡織產(chǎn)品的附加值，具有豐富的開(kāi)發(fā)潛力和廣泛的應(yīng)用前景。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，利用基因工程可望得到性能好、產(chǎn)量高的天然染料，將其作為合成染料的部分替代或補(bǔ)充是很有價(jià)值的，尤其是用天然染料開(kāi)發(fā)一些高附加值多功能的紡織品具有更廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

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（1）葉紅素：葉紅素分子特征是類(lèi)胡蘿卜烴，包括α-胡蘿卜素、β-胡蘿卜素、γ-胡蘿卜素、番茄紅素、辣椒紅素等，色譜為紅色和橙紅色。葉紅素易溶于石油醚，難溶于乙醇，不溶于水。

（2）葉黃素：葉黃素是類(lèi)胡蘿卜素的含氧衍生物，含氧基主要有羧基、酯基等，包括玉米黃素、葉黃素、隱黃素等，色譜為橙黃和黃色，易溶于乙醇，不溶于石油醚。

2.3 類(lèi)黃酮化合物

類(lèi)黃酮化合物廣泛存在于植物花瓣、葉片、果實(shí)、根莖中。其母體結(jié)構(gòu)是2-苯基苯并吡喃環(huán)，在植物中以糖苷存在。常見(jiàn)的組成有葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖等單糖、雙糖和三糖，以及?；奶恰Ｒ勒辗肿咏M成特征可分為花色素和黃酮化合物兩類(lèi)。

（1）花色素：花色素（結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖 3）是賦予植物花瓣和葉片以絢麗多彩顏色的主要組成色素，其色譜由橙紅色到藍(lán)紫色?；ㄉ氐幕绢伾校禾祗每浠孽r紅色、矢車(chē)菊配基的緋紅色和飛燕草配基的青蓮色。各種顏色的花色素都是由這 3 種分子結(jié)構(gòu)衍生出來(lái)的。

花色素是水溶性色素，若改變其陽(yáng)離子結(jié)構(gòu)則具有醇溶性，在石油醚中難溶。它可以根據(jù)pH值而改變顏色，經(jīng)分離提純的花色素，在pH值為 1 ～ 4 的水溶液中能較穩(wěn)定地保持其顏色，pH值較高時(shí)，則容易失色。在研究花色素時(shí)，若選擇高效分離提純的方法，往往會(huì)破壞穩(wěn)定存在形式，得到的純凈花色素既不耐堿也不耐酸、容易失色不穩(wěn)定。

（2）黃酮化合物：黃酮化合物按分子中氧化程度不同分為：黃酮醇、黃酮、黃烷酮、查爾酮，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)表 1。

黃酮化合物分子中 4 位碳原子氧化成羥基，形成吡喃酮結(jié)構(gòu)，性質(zhì)亦趨于穩(wěn)定。由于共軛程度比花色素低，顏色大多呈無(wú)色至橙色，亦稱(chēng)其為花黃素。黃酮化合物也以糖苷形式存在于植物中，除游離形式外，一些黃酮能與花色素分子形成分子間締合。在許多藍(lán)色、紫色的花瓣中發(fā)現(xiàn)了這種締合，這種締合對(duì)花色素有紅移作用。

植物中黃酮化合物種類(lèi)、數(shù)量都比花色素多，是潛在的植物色素來(lái)源。部分黃酮化合物還具有對(duì)人類(lèi)健康有益的生理活性，有一部分具有紫外吸收特征和抗氧化性。

2.4 其它色素

紅花色素得自紅花，如藏紅花等。紅花又稱(chēng)草紅花，它的花、種子、秸稈等均可綜合利用。其花可供藥用，具有活血通絡(luò)、止痛等功能。紅花的花色五彩繽紛，而且隨生長(zhǎng)過(guò)程由淺變深。分子結(jié)構(gòu)為類(lèi)查爾酮式糖苷，不溶于水和石油醚，溶于乙醇。當(dāng)pH值>7時(shí)為酚式結(jié)構(gòu)，由橙黃成為紅花黃；當(dāng)pH值<7時(shí)為醌式結(jié)構(gòu)，稱(chēng)紅花紅（如圖 4 所示）。這種色素不耐光，耐熱性較好。

甜菜紅色素存在于紅甜菜中，易溶于水，不溶于無(wú)水乙醇和石油醚，pH值在 3 ～ 7 顏色變深，pH值<3顏色變黃，pH值>10迅速失色。甜菜紅素對(duì)光、熱、氧化劑都不穩(wěn)定，需用抗壞血酸等作為穩(wěn)定劑。其分子結(jié)構(gòu)式如圖 5 所示。

甜菜紅色素是世界上廣泛使用的一種天然色素，其主要顯色物質(zhì)為甜菜花青素（紅色），其中75% ～ 95%為甜菜紅苷，其余為甜菜黃質(zhì)（黃色）和甜菜色素的降解產(chǎn)物（淡棕色），除色素物質(zhì)外，含有紅甜菜原料中的糖、鹽、蛋白質(zhì)。甜菜紅具有滲透力強(qiáng)、著色均勻、色澤好等優(yōu)點(diǎn)。

3 天然色素的穩(wěn)定化

3.1 微膠囊技術(shù)

將天然色素用微膠囊包裹，可以防止其受光和熱的影響。如類(lèi)胡蘿卜素穩(wěn)定性差，選用噴霧干燥法包埋胡蘿卜素，微膠囊包埋率>90%；梔子黃色素和β-環(huán)糊精可形成1∶1包合物；對(duì)油溶性的辣椒紅色素，采用混合乳化劑進(jìn)行改性后，用瓊脂、阿拉伯膠進(jìn)行微膠囊化，獲得具有良好水溶性的產(chǎn)品。

3.2 色素的結(jié)構(gòu)修飾

花色苷顏色易隨pH值變化，這是由其C-2位水化引起的，通過(guò)掩蓋C-2位，就可以抑制水化反應(yīng)，穩(wěn)定花色苷。穩(wěn)定化方法可添加多糖類(lèi)、配糖體、酚類(lèi)以及有機(jī)酸，其中研究最多的是添加有機(jī)酸進(jìn)行?；谏wC-2位，如4-香豆酸、阿魏酸、咖啡酸以及芥子酸等。

4 結(jié)束語(yǔ)

天然染料對(duì)實(shí)現(xiàn)生態(tài)染色具有重要意義，但目前要使其商業(yè)化并部分替代合成染料，還需要加強(qiáng)研究和解決以下問(wèn)題。

（1）染料的來(lái)源：天然染料多來(lái)源于動(dòng)植物和礦物，需要大量開(kāi)采礦物或采摘砍伐植物、獵取動(dòng)物，又會(huì)造成生態(tài)環(huán)境的破壞，違背了用天然染料染色生態(tài)和環(huán)保的初衷。對(duì)此，需要大量土地種植植被，但又面臨土地問(wèn)題。若在我國(guó)西部荒漠地區(qū)，大面積開(kāi)發(fā)種植天然色素植物，不僅為天然染料的制備提供了豐富的資源，而且還有利于西部自然環(huán)境的改善和發(fā)展西部經(jīng)濟(jì)。目前亦有人工培育的植物，其色素含量比天然植物高。由于生物培養(yǎng)的方法可使細(xì)胞生長(zhǎng)速度大大加快，這樣使得天然染料的生產(chǎn)可以不依賴(lài)于自然界的植物，產(chǎn)量也可大為提高。

（2）天然染料染色重現(xiàn)性差：以植物染料為例，即使是同一種植物由于產(chǎn)地不同、氣候條件不同及采集時(shí)間不同都會(huì)影響色素的組成及色澤，這使得它難以進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，也會(huì)導(dǎo)致染色重現(xiàn)性差。因此，天然色素的染色工藝，還需進(jìn)行規(guī)范的試驗(yàn)和選擇設(shè)備，以及確定各種工藝參數(shù)、制訂產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)。

（3）染色牢度問(wèn)題：天然染料采用常規(guī)染色方法還不能達(dá)到理想的染色牢度，尤其是日曬牢度和皂洗牢度，如果使用媒染劑，傳統(tǒng)的媒染劑一般為重金屬離子，影響染色品的環(huán)保性。此外，天然染料一般對(duì)紡織纖維的親和力低，用傳統(tǒng)的染色方法還存在著給色量低、染色時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等問(wèn)題。

（4）天然色素植物的顏色品種有限；天然染料的提取需要消耗大量植物，許多天然動(dòng)植物也是中草藥資源，具有很高的藥用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，如果將它們大量用于染料的提取，也是不經(jīng)濟(jì)的，造成染料價(jià)格高；在性能上，很多天然色素的化學(xué)結(jié)構(gòu)和毒理學(xué)尚未詳細(xì)研究和測(cè)試，目前還缺乏天然色素與纖維或織物結(jié)合機(jī)理的研究，天然色素的染色工藝有待于進(jìn)一步優(yōu)化等。

天然植物染料因其無(wú)毒、環(huán)境友好和特殊的藥用價(jià)值而具有不可替代的優(yōu)勢(shì)。利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)理論和方法，開(kāi)發(fā)具有多功能的天然染料，提高紡織產(chǎn)品的附加值，具有豐富的開(kāi)發(fā)潛力和廣泛的應(yīng)用前景。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，利用基因工程可望得到性能好、產(chǎn)量高的天然染料，將其作為合成染料的部分替代或補(bǔ)充是很有價(jià)值的，尤其是用天然染料開(kāi)發(fā)一些高附加值多功能的紡織品具有更廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐騰.植物染料及其應(yīng)用[J].技術(shù)進(jìn)步，2004，25（11）：16.

[2] 胡龍勤，許德余.葉綠素衍生物在醫(yī)藥上的應(yīng)用[J].國(guó)外醫(yī)學(xué)-合成藥、生物藥、制劑分冊(cè)，1987（8）：148.

[3] 陳勇，丁景華，徐士欣.礦物色素對(duì)純棉織物的染色研究[J].北京紡織，1998，19（1）：49-52.

[4] 周武.葉綠素a的光譜分析[J].山東師大學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1998，13（2）：228-232.

[5] 項(xiàng)斌，高建榮.天然色素[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2004：106-107.

（1）葉紅素：葉紅素分子特征是類(lèi)胡蘿卜烴，包括α-胡蘿卜素、β-胡蘿卜素、γ-胡蘿卜素、番茄紅素、辣椒紅素等，色譜為紅色和橙紅色。葉紅素易溶于石油醚，難溶于乙醇，不溶于水。

（2）葉黃素：葉黃素是類(lèi)胡蘿卜素的含氧衍生物，含氧基主要有羧基、酯基等，包括玉米黃素、葉黃素、隱黃素等，色譜為橙黃和黃色，易溶于乙醇，不溶于石油醚。

2.3 類(lèi)黃酮化合物

類(lèi)黃酮化合物廣泛存在于植物花瓣、葉片、果實(shí)、根莖中。其母體結(jié)構(gòu)是2-苯基苯并吡喃環(huán)，在植物中以糖苷存在。常見(jiàn)的組成有葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖等單糖、雙糖和三糖，以及?；奶恰Ｒ勒辗肿咏M成特征可分為花色素和黃酮化合物兩類(lèi)。

（1）花色素：花色素（結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖 3）是賦予植物花瓣和葉片以絢麗多彩顏色的主要組成色素，其色譜由橙紅色到藍(lán)紫色。花色素的基本顏色有：天竺葵配基的鮮紅色、矢車(chē)菊配基的緋紅色和飛燕草配基的青蓮色。各種顏色的花色素都是由這 3 種分子結(jié)構(gòu)衍生出來(lái)的。

花色素是水溶性色素，若改變其陽(yáng)離子結(jié)構(gòu)則具有醇溶性，在石油醚中難溶。它可以根據(jù)pH值而改變顏色，經(jīng)分離提純的花色素，在pH值為 1 ～ 4 的水溶液中能較穩(wěn)定地保持其顏色，pH值較高時(shí)，則容易失色。在研究花色素時(shí)，若選擇高效分離提純的方法，往往會(huì)破壞穩(wěn)定存在形式，得到的純凈花色素既不耐堿也不耐酸、容易失色不穩(wěn)定。

（2）黃酮化合物：黃酮化合物按分子中氧化程度不同分為：黃酮醇、黃酮、黃烷酮、查爾酮，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)表 1。

黃酮化合物分子中 4 位碳原子氧化成羥基，形成吡喃酮結(jié)構(gòu)，性質(zhì)亦趨于穩(wěn)定。由于共軛程度比花色素低，顏色大多呈無(wú)色至橙色，亦稱(chēng)其為花黃素。黃酮化合物也以糖苷形式存在于植物中，除游離形式外，一些黃酮能與花色素分子形成分子間締合。在許多藍(lán)色、紫色的花瓣中發(fā)現(xiàn)了這種締合，這種締合對(duì)花色素有紅移作用。

植物中黃酮化合物種類(lèi)、數(shù)量都比花色素多，是潛在的植物色素來(lái)源。部分黃酮化合物還具有對(duì)人類(lèi)健康有益的生理活性，有一部分具有紫外吸收特征和抗氧化性。

2.4 其它色素

紅花色素得自紅花，如藏紅花等。紅花又稱(chēng)草紅花，它的花、種子、秸稈等均可綜合利用。其花可供藥用，具有活血通絡(luò)、止痛等功能。紅花的花色五彩繽紛，而且隨生長(zhǎng)過(guò)程由淺變深。分子結(jié)構(gòu)為類(lèi)查爾酮式糖苷，不溶于水和石油醚，溶于乙醇。當(dāng)pH值>7時(shí)為酚式結(jié)構(gòu)，由橙黃成為紅花黃；當(dāng)pH值<7時(shí)為醌式結(jié)構(gòu)，稱(chēng)紅花紅（如圖 4 所示）。這種色素不耐光，耐熱性較好。

甜菜紅色素存在于紅甜菜中，易溶于水，不溶于無(wú)水乙醇和石油醚，pH值在 3 ～ 7 顏色變深，pH值<3顏色變黃，pH值>10迅速失色。甜菜紅素對(duì)光、熱、氧化劑都不穩(wěn)定，需用抗壞血酸等作為穩(wěn)定劑。其分子結(jié)構(gòu)式如圖 5 所示。

甜菜紅色素是世界上廣泛使用的一種天然色素，其主要顯色物質(zhì)為甜菜花青素（紅色），其中75% ～ 95%為甜菜紅苷，其余為甜菜黃質(zhì)（黃色）和甜菜色素的降解產(chǎn)物（淡棕色），除色素物質(zhì)外，含有紅甜菜原料中的糖、鹽、蛋白質(zhì)。甜菜紅具有滲透力強(qiáng)、著色均勻、色澤好等優(yōu)點(diǎn)。

3 天然色素的穩(wěn)定化

3.1 微膠囊技術(shù)

將天然色素用微膠囊包裹，可以防止其受光和熱的影響。如類(lèi)胡蘿卜素穩(wěn)定性差，選用噴霧干燥法包埋胡蘿卜素，微膠囊包埋率>90%；梔子黃色素和β-環(huán)糊精可形成1∶1包合物；對(duì)油溶性的辣椒紅色素，采用混合乳化劑進(jìn)行改性后，用瓊脂、阿拉伯膠進(jìn)行微膠囊化，獲得具有良好水溶性的產(chǎn)品。

3.2 色素的結(jié)構(gòu)修飾

花色苷顏色易隨pH值變化，這是由其C-2位水化引起的，通過(guò)掩蓋C-2位，就可以抑制水化反應(yīng)，穩(wěn)定花色苷。穩(wěn)定化方法可添加多糖類(lèi)、配糖體、酚類(lèi)以及有機(jī)酸，其中研究最多的是添加有機(jī)酸進(jìn)行酰化掩蓋C-2位，如4-香豆酸、阿魏酸、咖啡酸以及芥子酸等。

4 結(jié)束語(yǔ)

天然染料對(duì)實(shí)現(xiàn)生態(tài)染色具有重要意義，但目前要使其商業(yè)化并部分替代合成染料，還需要加強(qiáng)研究和解決以下問(wèn)題。

（1）染料的來(lái)源：天然染料多來(lái)源于動(dòng)植物和礦物，需要大量開(kāi)采礦物或采摘砍伐植物、獵取動(dòng)物，又會(huì)造成生態(tài)環(huán)境的破壞，違背了用天然染料染色生態(tài)和環(huán)保的初衷。對(duì)此，需要大量土地種植植被，但又面臨土地問(wèn)題。若在我國(guó)西部荒漠地區(qū)，大面積開(kāi)發(fā)種植天然色素植物，不僅為天然染料的制備提供了豐富的資源，而且還有利于西部自然環(huán)境的改善和發(fā)展西部經(jīng)濟(jì)。目前亦有人工培育的植物，其色素含量比天然植物高。由于生物培養(yǎng)的方法可使細(xì)胞生長(zhǎng)速度大大加快，這樣使得天然染料的生產(chǎn)可以不依賴(lài)于自然界的植物，產(chǎn)量也可大為提高。

（2）天然染料染色重現(xiàn)性差：以植物染料為例，即使是同一種植物由于產(chǎn)地不同、氣候條件不同及采集時(shí)間不同都會(huì)影響色素的組成及色澤，這使得它難以進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，也會(huì)導(dǎo)致染色重現(xiàn)性差。因此，天然色素的染色工藝，還需進(jìn)行規(guī)范的試驗(yàn)和選擇設(shè)備，以及確定各種工藝參數(shù)、制訂產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)。

（3）染色牢度問(wèn)題：天然染料采用常規(guī)染色方法還不能達(dá)到理想的染色牢度，尤其是日曬牢度和皂洗牢度，如果使用媒染劑，傳統(tǒng)的媒染劑一般為重金屬離子，影響染色品的環(huán)保性。此外，天然染料一般對(duì)紡織纖維的親和力低，用傳統(tǒng)的染色方法還存在著給色量低、染色時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等問(wèn)題。

（4）天然色素植物的顏色品種有限；天然染料的提取需要消耗大量植物，許多天然動(dòng)植物也是中草藥資源，具有很高的藥用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，如果將它們大量用于染料的提取，也是不經(jīng)濟(jì)的，造成染料價(jià)格高；在性能上，很多天然色素的化學(xué)結(jié)構(gòu)和毒理學(xué)尚未詳細(xì)研究和測(cè)試，目前還缺乏天然色素與纖維或織物結(jié)合機(jī)理的研究，天然色素的染色工藝有待于進(jìn)一步優(yōu)化等。

天然植物染料因其無(wú)毒、環(huán)境友好和特殊的藥用價(jià)值而具有不可替代的優(yōu)勢(shì)。利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)理論和方法，開(kāi)發(fā)具有多功能的天然染料，提高紡織產(chǎn)品的附加值，具有豐富的開(kāi)發(fā)潛力和廣泛的應(yīng)用前景。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，利用基因工程可望得到性能好、產(chǎn)量高的天然染料，將其作為合成染料的部分替代或補(bǔ)充是很有價(jià)值的，尤其是用天然染料開(kāi)發(fā)一些高附加值多功能的紡織品具有更廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

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