植物染料黃芩的化學(xué)成分及其防紫外線性能

陳 莉， 張 蓓

(1. 西安工程大學(xué) 紡織與材料學(xué)院， 陜西 西安 710048； 2. 中紡網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)有限責(zé)任公司， 北京 100025)

植物染料黃芩的化學(xué)成分及其防紫外線性能

陳 莉1， 張 蓓2

(1. 西安工程大學(xué) 紡織與材料學(xué)院， 陜西 西安 710048； 2. 中紡網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)有限責(zé)任公司， 北京 100025)

為研究植物染料黃芩的主要化學(xué)成分和防紫外線性能，采用紫外-可見分光光度計(jì)測試了黃芩提取液的紫外光光譜，利用高效液相色譜法表征提取物的主要化學(xué)成分，并測試其染色棉織物的防紫外線性能。研究結(jié)果表明：黃芩提取液在紫外光區(qū)有較強(qiáng)的吸收能力；其提取物主要成分為漢黃芩苷、漢黃芩素、黃芩苷和黃芩素，含有能夠吸收紫外線的化學(xué)基團(tuán)，屬于紫外線吸收劑；染色織物具有優(yōu)良的紫外線防護(hù)效果，直接染色織物紫外線防護(hù)系數(shù)為82，紫外線透過率為1.33%，達(dá)到國標(biāo)規(guī)定要求，可稱為防紫外線紡織品。

黃芩； 防紫外線； 植物染料； 高效液相色譜

近年來由于人類對(duì)大氣臭氧層的破壞，其吸收紫外線輻射的能力降低，紫外線輻射導(dǎo)致的皮膚疾病患者急劇上升[1]，開發(fā)對(duì)環(huán)境和人體友好的防紫外線紡織品已成為研究熱點(diǎn)。目前常用的織物防紫外線整理劑大都是一些具有紫外線屏蔽功能的金屬化合物粉體或能夠吸收紫外線的有機(jī)化合物[2]。由于金屬化合物與纖維的結(jié)合力小，需要利用黏合劑將其附著在織物表面，使整理后織物的手感、柔軟性、透氣性、吸濕性、懸垂性等性能大大降低，影響紡織品的穿著舒適性；而有機(jī)化合物對(duì)人體皮膚和環(huán)境的安全性較差。相關(guān)研究顯示許多植物中含有防紫外線成分[3]，利用天然植物染料的防紫外線性能，在對(duì)織物染色的同時(shí)使紡織品獲得優(yōu)良的紫外線防護(hù)功能[4-6]，并能保持織物原有的舒適性能，可起到事半功倍的效果。

在天然纖維中棉的抗紫外線性能較差，尤其是經(jīng)漂白后的棉織物更易被紫外線透過[7]，而棉織物因其吸濕柔軟的舒適性能常被用于作為夏季服裝面料，所以研究天然染料在純棉織物上的染色和防紫外線性能將具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。黃芩為唇形科黃芩屬植物，在我國分布廣泛[8]。本文對(duì)植物染料黃芩的主要成分、防紫外線性能及在純棉織物上的應(yīng)用進(jìn)行了研究，以期為黃芩防紫外線整理劑的開發(fā)利用提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材 料

黃芩(藥店售)，黃芩苷、漢黃芩苷、黃芩素、漢黃芩素標(biāo)準(zhǔn)品(西安森卓生物科技有限公司)；無水乙醇、KAl(SO4)2·12H2O(分析純)。

純棉織物(經(jīng)緯紗線密度為13 tex×13 tex，織物經(jīng)緯密為530根/10 cm×228根/10 cm)。

1.2 儀 器

UV-2550型紫外-可見分光光度計(jì)；Agilent 1200型高效液相色譜(HPLC)儀；UV-2000F型紫外線透過率分析儀；SF300 型思維士電腦測色儀；G571B型摩擦牢度實(shí)驗(yàn)機(jī)；SW12AⅡ型耐洗色牢度實(shí)驗(yàn)機(jī)；YG561型織物透氣量測試儀；YG811型光電式織物懸垂性測試儀。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 植物染料提取

將黃芩烘干，經(jīng)粉碎機(jī)粉碎后過100目分樣篩。取10 g，按料液比1∶20加入體積分?jǐn)?shù)為60%的乙醇水溶液，60 ℃恒溫2 h，濾去固體雜質(zhì)，濾液備用。1.3.2 染 色

媒染工藝：KAl(SO4)2·12H2O 5%(o.w.f)，浴比為1∶50，溫度為70 ℃，處理時(shí)間為30 min。

染色工藝：浴比為1∶50，溫度為80 ℃，處理時(shí)間為60 min。

1.3.3 紫外光吸收光譜測試

取黃芩提取液1 mL定容至50 mL，用1 cm的石英比色皿以體積分?jǐn)?shù)為60%的乙醇溶液作參比，利用紫外-可見分光光度計(jì)測紫外光吸收光譜。

1.3.4 高效液相色譜測定

色譜條件：色譜柱ZORBAX SB-C18(4.6 mm×250 mm，5 μm)；柱溫30 ℃；流動(dòng)相甲醇水溶液(體積比為70∶30)；流速為1.0 mL/min；檢測波長為 350 nm；檢測器為可變波長紫外光檢測器；進(jìn)樣量為10 μL；靈敏度為0.1 AUFS。

樣品制備：分別精確稱取黃芩苷、漢黃芩苷、黃芩素、漢黃芩素等標(biāo)準(zhǔn)品12.5 mg置于25 mL容量瓶中，加入乙醇溶液溶解稀釋至刻度，作為標(biāo)準(zhǔn)品供試溶液。將黃芩提取液真空濃縮至粉末狀，精確稱取12.5 mg置于25 mL容量瓶中，加入乙醇溶液溶解稀釋至刻度，作為供試溶液。

1.3.5 防紫外線性能表征

參照GB/T 18830—2009《紡織品 防紫外線性能的評(píng)定》，用紫外線防護(hù)系數(shù)KUPF和紫外線透過率TUVA、TUVB表示織物防紫外線性能。

1.3.6 染色織物K/S值測試

用電腦測色儀測試染色織物的K/S值，其值越大表示顏色越深。

1.3.7 染色牢度測試

參照GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐皂洗色牢度》測試織物耐洗牢度。

參照GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》測試織物耐摩擦牢度。

1.3.8 織物透氣性測試

參照GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》測試織物透氣性。

1.3.9 織物懸垂性測試

參照GB/T 23329—2009《紡織品 織物懸垂性的測定》測試織物懸垂性。

2 結(jié)果與討論

2.1 紫外線吸收光譜分析

紫外線分為長波(UVA)、中波(UVB)和短波(UVC)。因UVC大部分可被臭氧層和云霧吸收，無法到達(dá)地面，所以紫外線對(duì)人體產(chǎn)生的傷害主要源自UVA和UVB。

紫外線吸收光譜是分子吸收紫外光區(qū)的電磁波而產(chǎn)生的吸收光譜。圖1示出黃芩提取液紫外線吸收光譜。吸光度值越大，表明物質(zhì)對(duì)光的吸收越強(qiáng)。

圖1 黃芩提取液紫外吸收光譜Fig.1 Ultraviolet absorption spectrum of Scutellaria baicalensis georgi solution

由圖可知，黃芩提取液在300～380 nm之間吸光度值大，吸收能力較強(qiáng)，在波長350 nm出現(xiàn)最大吸光度為1.928，說明黃芩提取液對(duì)UVA和UVB有較強(qiáng)的吸收能力。

2.2 化學(xué)結(jié)構(gòu)及紫外線吸收性能分析

利用高效液相色譜法對(duì)黃芩提取物中的化學(xué)成分進(jìn)行鑒定，確定其主要化學(xué)結(jié)構(gòu)。選擇代表黃芩主要成分的漢黃芩苷、黃芩苷、漢黃芩素、黃芩素作為標(biāo)準(zhǔn)樣品，將黃芩提取物的液相色譜與標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行比對(duì)，如圖2所示。圖2(e)顯示保留時(shí)間t在2.08、2.30、5.20、7.39 min左右時(shí)出現(xiàn)明顯的峰值，與圖2(a)漢黃芩苷、圖2(b)漢黃芩素、圖2(c)黃芩苷、圖2(d)黃芩素的峰值一致，因此，可確定黃芩提取物含有的主要有效成分為漢黃芩苷、漢黃芩素、黃芩苷、黃芩素。

圖2 黃芩標(biāo)準(zhǔn)品及提取物液相色譜Fig.2 HPLC chromatogram of standard sample and extract from Scutellaria baicalensis. (a)Wogonoside; (b)Wogonin; (c)Baicalin; (d)Baicalein; (e)Extract from scutellaria baicalensis

圖3 黃芩標(biāo)準(zhǔn)品化學(xué)結(jié)構(gòu)式Fig.3 Chemical structure of Scutellaria baicalensis standard samples. (a)Wogonin; (b)Wogonoside; (c)Baicalein； (d)Baicalin

因黃芩提取物主要成分的分子結(jié)構(gòu)中具有吸收紫外線的基團(tuán)，所以這種植物染料為紫外線吸收劑，能夠利用其整理織物以達(dá)到提高織物防紫外線功能的目的。

2.3 防紫外線性能分析

將黃芩提取液用于織物的染色，測試染色后織物的防紫外線性能，結(jié)果見表1。

表1 黃芩染色棉織物的防紫外線性能Tab.1 Ultraviolet protection properties of cotton fabric dyed by Scutellaria baicalensis solution

由表可知，經(jīng)黃芩染色的棉織物紫外線防護(hù)效果明顯增加，直接染色織物紫外線防護(hù)系數(shù)約為未染色織物的5倍。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定KUPF>40，且TUVA<5%時(shí)，可稱為防紫外線產(chǎn)品。黃芩染色后織物的KUPF和TUVA的檢測結(jié)果都遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，說明黃芩植物染料具有優(yōu)良的紫外線防護(hù)功能。3種染色方法相比，媒染染色織物的防紫外線性能好于直接染色織物，這是因?yàn)榻饘倜饺緞┑淖饔迷黾恿酥参锶玖系纳先?，從而提高了染色織物的防紫外線性能。

2.4 染色及服用性能分析

表2示出黃芩染色棉織物的染色及服用特性。由表可知，黃芩植物染料用于棉織物染色時(shí)，媒染染色的K/S值和色牢度均好于直接染色，這是因?yàn)槊饺緞┲械慕饘匐x子與植物染料和織物之間形成了穩(wěn)定的絡(luò)合物，提高了染料與織物的結(jié)合，從而獲得了較好的上染效果。與未染色織物相比，黃芩染色織物的透氣性和懸垂性變化不明顯，說明經(jīng)黃芩染色后織物的服用性能沒有下降。

表2 黃芩染色棉織物染色牢度及服用性能Tab.2 Dyeing properties and wearability of cotton fabric dyed by Scutellaria baicalensis solution

3 結(jié) 論

1)黃芩提取液在波長為300～380 nm區(qū)域有較強(qiáng)的吸收能力， 350 nm處為其最大吸收波長。

2)高效液相色譜顯示黃芩提取物屬于黃酮類化合物，其共軛體系能吸收紫外光，屬于紫外線吸收劑。

3)黃芩染色織物具有優(yōu)良的紫外線防護(hù)效果，達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的防紫外線產(chǎn)品的要求。

4)媒染染色能提高黃芩染料對(duì)棉織物的上染效果，染色織物的透氣性、懸垂性等服用性能無明顯改變。

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Chemical compositions and ultraviolet resistance of vegetable dyes extracted from Scutellaria baicalensis

CHEN Li1, ZHANG Bei2

(1.SchoolofTextiles&Materials,Xi′anPolytechnicUniversity,Xi′an,Shaanxi710048,China; 2.ChinaTextileNetworkCo.,Ltd.,Beijing100025,China)

In order to study the main chemical compositions and the ultraviolet resistance of vegetable dyes extracted from Scutellaria baicalensis, the ultraviolet absorption spectra of Scutellaria baicalensis solution were tested by a spectrophotometer. The main chemical compositions of Scutellaria baicalensis were characterized by high performance liquid chromatography(HPLC) and the ultraviolet resistance of the cotton fabric dyed by the Scutellaria baicalensis solution also were tested. The results show that the absorption of the vegetable dyes extracted from Scutellaria baicalensis in the ultraviolet region is high. The main chemical compositions of vegetable dyes extracted from Scutellaria baicalensis are baicalin, wogonoside, baicalein and wogonin. The vegetable dyes contain chemical groups that can absorb ultraviolet. So the vegetable dyes belongs to the ultraviolet absorbent. The ultraviolet resistance of the cotton fabric dyed by the Scutellaria baicalensis dye solution is good. The ultraviolet protection factor value is 82 and the UV(A) transmitance value is 1.33%. The ultraviolet protection factor and UV(A) transmitance values meet the National Standard, so the cotton fabric can be called UV-resistant textile.

Scutellaria baicalensis; ultraviolet resistance; vegetable dye; high performance liquid chromatography

10.13475/j.fzxb.20150400305

2015-04-02

2015-10-13

陜西省科技廳工業(yè)攻關(guān)項(xiàng)目(2013K09-35)

陳莉(1973—)，女，副教授。主要研究方向?yàn)榧徔椆こ獭-mail:fzchenli@126.com。

TS 195.5

A