鹽地堿蓬紅色素上染改性棉織物的抗菌性能研究

王記蓮

(鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇鹽城 224005)

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鹽地堿蓬紅色素上染改性棉織物的抗菌性能研究

王記蓮

(鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇鹽城 224005)

為了開(kāi)發(fā)和利用鹽地堿蓬紅色素，本研究以鹽地堿蓬為原料，通過(guò)單因素和正交試驗(yàn)，考察對(duì)殼聚糖季銨鹽陽(yáng)離子改性棉織物的抗菌染色工藝，得出堿蓬紅色素上染改性棉織物的最佳抗菌染色一浴染色工藝：染液濃度8g/L，pH =5，溫度 70°C，時(shí)間 40min，浴比 1: 40。在最佳染色工藝下染色后的改性棉織物皂洗牢度和摩擦牢度均在3級(jí)以上。初步探索織物抗菌性與染色性能之間的關(guān)系，得出堿蓬紅色素對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌、綠膿桿菌的最低抑菌濃度分別為2.0g/L、1.0g/L、0.5g/L、0.125g/L。為今后鹽地堿蓬中天然色素的提取及應(yīng)用提供廣闊的基礎(chǔ)材料和可選擇的空間。

鹽地堿蓬紅色素染色工藝抗菌性

天然色素是指人們通過(guò)一定的技術(shù)手段從自然界的動(dòng)植物細(xì)胞組織中提取得到的色素，與合成色素相比，它們體現(xiàn)出沒(méi)有毒性、色彩自然等特點(diǎn)，并且多數(shù)的天然色素還具有一定的保健、營(yíng)養(yǎng)及藥理作用。所以，近年來(lái)廣大科技工作者對(duì)天然色素的資源開(kāi)發(fā)和利用進(jìn)行了大量的研究工作[1-3]。

目前，人們的健康保健意識(shí)隨著生活水平的提高和科技的進(jìn)步日益增強(qiáng)，特別是抗菌紡織品的耐久性越來(lái)越引起人們的關(guān)注。據(jù)估測(cè)，各種耐久性抗菌紡織品在21世紀(jì)將成為最暢銷的產(chǎn)品。所以，抗菌紡織品的研究和開(kāi)發(fā)將成為一個(gè)熱點(diǎn)[4-8]。

已有研究報(bào)道了對(duì)堿蓬紅色素成分的初步鑒定[9-10]，而對(duì)堿蓬紅色素上染改性棉織物及抗菌性能的研究報(bào)道甚少。本研究利用從鹽地堿蓬中提取出的鹽地堿蓬紅色素，通過(guò)單因素和正交實(shí)驗(yàn)，考察對(duì)殼聚糖季銨鹽陽(yáng)離子改性棉織物的抗菌染色工藝，并初步探索織物抗菌性與染色性能之間的關(guān)系。以期為今后鹽地堿蓬中天然色素的提取以及其在食品著色、醫(yī)藥、化妝品及紡織品染色方面提供廣闊的基礎(chǔ)材料和可選擇的空間。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

鹽地堿蓬，采自鹽城濱海鹽堿地，供試微生物菌株包括大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌、綠膿桿菌。以上菌株購(gòu)于上海生化試劑撫生有限公司。

主要試劑包括蛋白胨、牛肉浸膏、瓊脂均購(gòu)于上海生化試劑撫生有限公司，實(shí)驗(yàn)所用試劑均為分析純。

UV-1801型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(北京瑞麗分析儀器有限公司)，SBZ-III型循環(huán)水式真空泵(南京科爾儀器設(shè)備有限公司)，HHS型恒溫水浴鍋(南通三思機(jī)電科技有限公司)，pHS-25酸度計(jì)、YP102N型電子天平(上海恒平科學(xué)儀器有限公司)，RE-52AA型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(上海亞榮生化儀器廠)。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1鹽地堿蓬紅色素的提取

將準(zhǔn)備好的堿蓬洗凈，晾干；用剪刀將稍大的枝剪成小塊，放在粉碎機(jī)中粉碎；取底層碎屑稱取10g，放在250ml的燒杯中，放入50℃的水浴鍋中浸泡4h；用紗布濾出殘?jiān)?，用高速冷凍離心機(jī)進(jìn)行離心，得到色素提取液，備用。

1.2.2棉針織物前處理

織物潤(rùn)濕擠干后投入練漂液(浴比：1:10)→練漂(沸煮40-50min)→熱水洗2-3次(85-90℃)→溫水洗1-2次(70-80℃)→冷水洗→晾干。

1.2.3殼聚糖季銨鹽陽(yáng)離子改性劑制備

殼聚糖季銨鹽陽(yáng)離子改性劑的制備參照文獻(xiàn)[12]進(jìn)行。

1.2.4棉針織物改性

棉針織物的改性參照文獻(xiàn)[12]進(jìn)行。

1.2.5改性棉針織物染色工藝

改性棉針織物染色工藝參照文獻(xiàn)[11]進(jìn)行。

染色織物的耐洗、耐摩擦色牢度分別參考GB/T3921.1-1997，GB / T3920-1997進(jìn)行測(cè)定。

1.2.6抗菌測(cè)試

1.2.6.1 培養(yǎng)基

種子培養(yǎng)基(g/L):牛肉膏3.0，蛋白胨10.0，NaCl5.0，瓊脂18，pH7.4～7.6。

發(fā)酵培養(yǎng)基( g /L) : 蛋白胨13.0，甘油20.0，MgSO41.2，NaCl 5.0，搖瓶裝液量20 mL /100 mL( V/V) ，接種量5%( V/V) ，pH 6.5。

1.2.6.2培養(yǎng)方法

種子培養(yǎng): 菌株經(jīng)斜面活化后，接入種子培養(yǎng)基中， 37 ℃、180 rrpm 的搖床培養(yǎng)12 h。

發(fā)酵培養(yǎng): 250 mL 三角瓶，裝液量50 mL，按5%的接種量接種至發(fā)酵培養(yǎng)基中，28 ℃、180 rpm搖床上培養(yǎng)48 h。

1.2.6.3抗菌性能測(cè)試

此法為改良的AATCC100法：參照文獻(xiàn)[13]進(jìn)行。

2　結(jié)果與分析

2.1正交試驗(yàn)

根據(jù)對(duì)染色效果的影響，我們選擇影響染色效果較大的堿蓬紅色素pH值、染液濃度、染色溫度和染色時(shí)間四個(gè)因素，采用L9(34)正交試驗(yàn)表對(duì)堿蓬紅色素上染改性棉織物進(jìn)行正交試驗(yàn)，考察這幾個(gè)因素對(duì)色差、上染率、抗菌率等的影響，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　堿蓬紅色素上改性棉織物的正交試驗(yàn)結(jié)果

從上頁(yè)表1結(jié)果可以看出，不同因素對(duì)于所考察指標(biāo)項(xiàng)的影響順序都是染液濃度>pH>溫度>時(shí)間，上染率的增大引起抗菌率的增大，原因可能由于單位重量改性棉織物上的染料量隨著上染率的增大而增多，相應(yīng)的抑菌性也相應(yīng)增強(qiáng)。由于染液的濃度和pH值對(duì)上染率影響比較大，所以選擇這兩個(gè)因素，對(duì)改性棉織物的上染率進(jìn)行單因素考察。

2.2單因素分析

2.2.1染液濃度的影響

其他條件固定為：pH值5，溫度70℃，時(shí)間40min，浴比1: 40，改變?nèi)疽簼舛圈褳?～9g/L，對(duì)改性后的棉織物利用鹽地堿蓬紅色素進(jìn)行染色，測(cè)定其上染率和染色后織物的抑菌率,結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1　染液濃度對(duì)上染率和抑菌率的影響

由圖1知道，染色織物的上染率先是隨染液濃度的增加而增大，出現(xiàn)極大值8g/L時(shí)后又出現(xiàn)減小的趨勢(shì)，這可能是因?yàn)楦男悦蘅椢锱c堿蓬紅色素分子之間的作用力，使得織物對(duì)色素的物理吸附能力是有一定的限度，當(dāng)濃度達(dá)到某一臨界點(diǎn)時(shí)，堿蓬紅色素在改性棉織物上的吸附達(dá)到飽和狀態(tài)，改性棉織物的上染率將不再隨染液濃度的增加而增大，所以最佳的染液濃度為8g/L。染液濃度對(duì)抑菌率的影響出現(xiàn)跟上染率同樣的變化趨勢(shì)，上染率在染液濃度為8 g/L時(shí)出現(xiàn)極大值，抑菌率也隨之達(dá)到極大值。

2.2.2pH 值的影響

固定其他條件為：染液濃度8 g/L,溫度70 ℃，時(shí)間40 min,浴比1: 40，pH值分別取1～6，對(duì)改性后的棉織物利用鹽地堿蓬紅進(jìn)行染色，測(cè)試上染率及染色后織物的抑菌率，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2　染液pH對(duì)上染率和抑菌率的影響

從圖2知道，當(dāng)pH為5時(shí)，上染率和抑菌率同時(shí)出現(xiàn)最大值。這可能是由于經(jīng)過(guò)殼聚糖季銨鹽改性劑改性后的棉織物帶有正電荷，而當(dāng)pH=5時(shí)，堿蓬紅色素顏色穩(wěn)定，且與改性棉織物所帶電荷相反，促進(jìn)了離子鍵的結(jié)合，使得上染棉織物變得更為容易，因而具有較高的上染率。在pH=5時(shí)，上染到改性棉織物上的堿蓬紅色素分子數(shù)量最多且性能穩(wěn)定，而這些分子結(jié)構(gòu)上有較多的酚羥基，能通過(guò)氧鍵方式與細(xì)菌蛋白質(zhì)結(jié)合，破壞了蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)使其變性或失去活性，導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)的固縮和解體。

結(jié)合圖1和圖2，改性棉織物染色后，上染率和抗菌率的變化趨勢(shì)是相似的，抗菌率隨著上染率的增加而增大。

綜合染色正交試驗(yàn)和單因素分析可得出最佳抑菌染色工藝條件為：染液濃度8g/L,pH =5，溫度 70℃，時(shí)間 40min，浴比 1: 40。

2.3最佳工藝下的染色和抑菌效果

用最佳抗菌染色工藝，上染改性棉織物后的色牢度和抑菌率的結(jié)果見(jiàn)表2所示。

表2　堿蓬紅色素上染改性棉織物的色牢度

表3　堿蓬紅色素上染改性棉織物的抑菌效果

從表2和表3可以看出，用最優(yōu)的抗菌染色工藝上染的改性棉織物皂洗牢度都在3級(jí)以上，并體現(xiàn)出較好的服用性能，且織物具有很好的抑菌性，特別是對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌率高達(dá)98%。

2.4染液最低抑菌濃度

堿蓬紅色素染液的質(zhì)量濃度分別取8、4、2、1、0.5、0.25、0.125g/L，對(duì)改性棉織物在其他條件為pH=5，溫度70℃，時(shí)間40min，浴比1: 40的條件下進(jìn)行染色，并考察其抗菌性能，結(jié)果見(jiàn)圖3。

由圖3可以知道，堿蓬紅色素對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌性均隨染液質(zhì)量濃度的減小而呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，當(dāng)其質(zhì)量濃度為2.0g/L、1.0g/L、0.5g/L、0.125g/L 時(shí)，對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌、綠膿桿菌的抗菌率分別達(dá)到50.53%、50.26%、50.89%、50.12%。根據(jù)抗菌測(cè)試效果(AATCC-100)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)抑菌率高于50%時(shí)，該濃度的堿蓬紅色素上染的改性棉織物方具有抑菌作用。因此，堿蓬紅色素上染改性棉織物后，對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌、綠膿桿菌的最低抑菌濃度分別為2.0g/L、1.0g/L、0.5g/L、0.125g/L。

圖3　堿蓬紅色素染液濃度與抑菌率的關(guān)系

3　結(jié)論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出堿蓬紅色素上染改性棉織物的最佳抑菌染色一浴工藝為：染液濃度8g/L,pH =5，溫度 70℃，時(shí)間 40min，浴比 1: 40。在最優(yōu)的染色工藝下染色后的改性棉物皂洗牢度和摩擦牢度均在3級(jí)以上。

改性棉織物采用堿蓬紅色素染色后具有良好的抗菌性，對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌、綠膿桿菌均具有較好的抑菌性。在最佳抗菌染色工藝下，染色織物對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌、綠膿桿菌的抑菌率可以分別達(dá)到81%、97%、77%、85%。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)和結(jié)果分析，得出堿蓬紅色素染色和抗菌效果之間的關(guān)系。堿蓬紅色素上染改性棉織物抑菌性變化趨勢(shì)均隨著堿蓬紅色素質(zhì)量濃度的增加而上升，染液抑菌效果臨界點(diǎn)：對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌、綠膿桿菌的最低抑菌濃度分別為2.0g/L、1.0g/L、0.5g/L、0.125g/L

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1008-5580(2016)03-0098-04

2016-03-26

TS193

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作者：王記蓮(1979-)，女，碩士，講師，研究方向：天然產(chǎn)物的開(kāi)發(fā)與利用。