藏藥小檗皮染料的提取及其對棉織物的染色

段黎昊，利毛才讓，華旦才讓，看太才讓

(青海師范大學(xué) 民族師范學(xué)院，青海 西寧 810000)

天然染料，尤其是植物染料的使用在我國具有非常悠久的歷史[1-3]，由于其無毒、無害，且含有中藥材特有的有效成分[4-5]而倍受人們的青睞。雖然合成色素比天然染料染色性能更好、色彩更鮮艷齊全、價格更低[6-8]，但由于合成色素主要是利用人工化學(xué)合成的方法從石油、煤焦油及其副產(chǎn)品中分離出來的苯胺染料為原料而制得的有機(jī)色素，因此具有一定的毒性[9-11]?；谌藗儗G色環(huán)保與人類健康的重視與日俱增，隨著醫(yī)學(xué)的發(fā)展和人們對健康意識的加強(qiáng)，天然染料的開發(fā)與利用顯得尤為重要[12-13]。

藏藥小檗皮為小檗科植物直穗小檗(Berberis dasystachya Maxim)及小檗(Berberis vulgari L)等莖或根的內(nèi)皮，具清熱解毒、燥濕之功[14]。為藏醫(yī)常用藥之一，是復(fù)方藏成藥十八味訶子利尿丸、四味姜黃湯散等成方制劑的重要組成藥味[15]。小檗皮含有小檗堿等多種生物堿成分[16]，可作為黃色系天然染料原料[17-18]，在染色過程中，其藥性、香味與色素一起被織物吸收，使得染色后的織物對人體有特殊的藥物保健功能，還可抑菌、防蛀[19-20]。為了擴(kuò)充天然植物染料的來源，豐富植物染料的色相，本文將探討從藏藥小檗皮中提取天然染料的工藝，優(yōu)化小檗皮天然染料對純棉織物染色的工藝，并評價其染色效果。

1 試驗部分

1.1 材料與儀器

材料：純棉府綢(經(jīng)退漿、煮練、漂白和絲光處理，河北石家莊永盛棉織廠)，紗線線密度 19.7 tex, 經(jīng)緯向密度均為268 根/(10 cm)，面密度140 g/m2。

儀器：TYSP-1450A型高速多功能粉碎機(jī)(浙江省永康市紅太陽機(jī)電有限公司)，BS124S型電子天平(北京澤祥永興科技公司)，KQ-450DE型數(shù)控超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)，RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器(上海亞榮生化儀器廠)，HH-2數(shù)顯恒溫水浴鍋(常州國華電器有限公司)，T6新世紀(jì)紫外可見分光光度計(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)，MDZK-K210B型真空干燥箱(北京明杰藍(lán)天科技有限公司)，SHB-ll型l循環(huán)水式多用真空泵(鄭州長城儀器有限公司)，SF600X 型電腦測色配色儀(美國Data Color 公司)，ZQ-006型手動干濕摩擦色牢度測試儀(東莞智取精密儀器有限公司)，SW-12 A耐洗色牢度試驗機(jī)(溫州方圓儀器有限公司)。

試劑：無水乙醇(天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司)，檸檬酸(天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司)，磷酸氫二鈉，氫氧化鈉(天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司)，CuSO4(天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司)，以上試劑均為分析純；小檗皮(市售)。

1.2 小檗皮染料提取

準(zhǔn)確稱取5.0 g藏藥小檗皮粉末，用體積分?jǐn)?shù)80%的乙醇超聲提取，改變提取條件(提取液pH值、提取溫度、提取時間、料液比)，以最大波長208 nm波長下的吸光度值作為指標(biāo)來確定小檗皮染料最佳提取工藝。

1.3 小檗皮染料的制備

取上述最佳提取工藝下所得藏藥小檗皮提取液，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀進(jìn)行濃縮，濃縮到原提取液體積的1/10時，進(jìn)行真空干燥，得褐色固體，即為藏藥小檗皮染料。稱取此染料溶于純水中，得到10 g/L藏藥小檗皮染液。

1.4 小檗皮染料對棉織物染色工藝研究

1.4.1 直接染色法

將純棉織物裁取為8 cm×8 cm，投入小檗皮染液中進(jìn)行煎煮染色，染色過程中不斷攪拌。染色完成后降溫、水洗、烘干，通過改變?nèi)旧珬l件(浴比、染色溫度、染色時間、pH 值和染液質(zhì)量濃度)，研究小檗皮染料上染純棉織物的最佳工藝。

1.4.2 媒浴染色法

采用同浴媒染法，媒染劑CuSO4質(zhì)量濃度為3%(owf)，其他條件與上述直接染色法中的染色條件相同，染色后純棉織物取出水洗，自然晾干[21]。

1.5 性能測試

1.5.1 吸光度測試

將小檗皮染料提取液1 mL稀釋至100 mL，并在208 nm波長處測定其吸光度值。

1.5.2K/S值測定

采用電腦測色配色儀測定織物的K/S值，D65光源，10°視角，試樣折疊3層，測定10次，取其平均值[22]。

1.5.3 織物色牢度測定

耐摩擦色牢度按照 GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》測定，耐皂洗色牢度按照 GB/T 392—2008《紡織品 色牢度試驗 耐皂洗色牢度》測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 小檗皮染料提取液吸收波長的測定

藏藥小檗皮提取液的吸收光譜圖如圖1所示?？梢娫?08 nm處達(dá)到最大吸收。因此，本文采用208 nm處提取液的吸光度值為指標(biāo)，對不同提取方法下的提取效果進(jìn)行討論。

圖1 提取液吸收光譜圖

2.2 小檗皮染料提取條件單因素分析

2.2.1 提取方法對提取效果的影響

小檗皮粉末5 g 與50 mL體積分?jǐn)?shù)75%的乙醇溶液混合，在60 ℃下分別用浸提法、超聲提取法、回流提取法提取20 min，提取液稀釋后在208 nm處測定其吸光度值。不同提取方法所得提取液的吸光度值分別為浸提法0.996，超聲提取法1.483，回流提取法1.274。可知，在其他條件相同時，超聲提取的效率最高。這是因為超聲波具有頻率高、方向性好、穿透力強(qiáng)、能量集中等特點(diǎn)，使溶劑滲透到小檗皮細(xì)胞中，從而使染料成分在較短時間、較低溫度下溶解[23-24]。本文采用超聲波提取法對藏藥小檗皮進(jìn)行提取。

2.2.2 乙醇體積分?jǐn)?shù)對提取效果的影響

小檗皮粉末5 g與不同體積分?jǐn)?shù)的乙醇溶液50 mL混合，在60 ℃下超聲提取20 min，提取液稀釋后在208 nm處測定其吸光度值，乙醇體積分?jǐn)?shù)對提取液吸光度影響結(jié)果見圖2?？梢姡崛∫何舛戎惦S乙醇體積分?jǐn)?shù)升高而增大，因為藏藥小檗皮中含有豐富的生物堿成分，在乙醇溶液中溶解度相對較大，但乙醇體積分?jǐn)?shù)在80%～100%范圍內(nèi)，提取液吸光度值變化不大，以減少有機(jī)溶劑用量為原則，本文采用體積分?jǐn)?shù)80%的乙醇對藏藥小檗皮進(jìn)行提取。

圖2 乙醇體積分?jǐn)?shù)對提取液吸光度值的影響

2.2.3 料液比對提取效果的選擇

取小檗皮粉末5 g 與不同體積的體積分?jǐn)?shù)為80%的乙醇溶液混合，于60 ℃超聲提取20 min，提取結(jié)束后稀釋，并在208 nm處測定其吸光度值，料液比對提取液吸光度值影響結(jié)果見圖3?？梢?，料液比的增加使小檗皮中色素成分與溶劑的接觸更充分，為了快速高效提取色素，減少提取次數(shù)，本文采用料液比為1∶10條件下進(jìn)行藏藥小檗皮染液的提取。

圖3 料液比對提取液吸光度值的影響

2.2.4 小檗皮染液提取工藝優(yōu)化

取小檗皮粉末5 g 與50 mL體積分?jǐn)?shù) 80%的乙醇溶液混合并超聲提取，采用L9(33)正交試驗對提取溫度、提取時間、溶液pH值(溶液pH值用檸檬酸、磷酸二氫鈉以及氫氧化鈉進(jìn)行調(diào)節(jié))進(jìn)行分析，因素水平見表1，實驗結(jié)果見表2。

表1 染色提取因素水平表

表2 提取因素正交試驗結(jié)果

由表2可知，影響小檗皮染液提取效果的最大因素是溶液pH值，因為藏藥小檗皮中含有大量的生物堿成分，生物堿在堿性介質(zhì)中會增加其溶解性。其次是提取溫度，提取溫度越高，吸光度值越大，因為溫度越高，分子熱運(yùn)動越劇烈，生物堿成分在溶液中的溶解度越大，但是溫度過高，會使生物堿成分變性，這也是本文采用超聲提取法的一個重要原因，因為超聲提取法能夠在較低溫度下有效的提高提取效率。影響最小的是提取時間，提取時間越長，小檗皮色素成分與溶液的浸潤時間越長，也就越易溶于溶劑，結(jié)合節(jié)能方面的考慮，本文采用超聲提取時間為20 min。

綜上所述，最終確定小檗皮染料的最佳提取工藝為：采用體積分?jǐn)?shù)80%的乙醇溶液為提取劑，料液比1：10，超聲波提取，提取溫度60 ℃，提取時間20 min，pH值9。

2.3 小檗皮染料對純棉織物染色工藝研究

2.3.1 染色工藝正交分析試驗

采用直接染色法，提取液用量50%(owf)，對染色溫度、染色時間、溶液pH值進(jìn)行L9(33)正交試驗分析，染色因素水平見表3，用碳酸鈉和磷酸氫二鈉調(diào)節(jié)溶液pH值，染色時用水浴加熱，染色因素正交試驗結(jié)果見表4。

表4 染色因素正交試驗結(jié)果

由表3可知，小檗皮染料對純棉織物染色的最大影響因素是pH值，因為小檗堿屬于帶正電荷的陽離子染料，所以在酸性條件下，染料與纖維間存在較強(qiáng)的電荷排斥力，不利于染料的上染。隨著染液酸性減弱，纖維表面的負(fù)電荷增加，從而能吸附更多的染料，織物的顏色深度增加。而當(dāng)染液為堿性時，由于小檗皮中色素成分主要為生物堿類物質(zhì)，在堿性條件下會以游離形式存在于溶液中，不利于染色，在pH值為7的染液中，純棉織物染色效果最好。其次是溫度，溫度升高，纖維的膨化程度提高，色素分子的聚集度降低，色素分子能更好地擴(kuò)散進(jìn)入纖維內(nèi)部?？紤]到天然色素的成分復(fù)雜，溫度過高易導(dǎo)致染料分解變質(zhì)，因此確定最佳染色溫度為65 ℃。影響最小是時間，染色時間越長，織物顏色越深，但是從表5可以看出，上染時間40 min和60 min對上染效果影響不大，考慮到節(jié)能，選擇上染時間為40 min。綜上所述，藏藥小檗皮染液對純棉織物直接染色的最佳工藝為：染液pH值7，染液升溫至65 ℃后入染，恒溫下染色40 min。

表3 染色因素水平表

2.3.2 染色方法選擇

采用同浴媒染法，CuSO4用量為3%(owf)，其他條件與上述優(yōu)化染色條件相同，染色后取出水洗，自然晾干，進(jìn)行色牢度分析，結(jié)果見表5。

表5 染色方法對色牢度的影響 級

從表5可知，同浴媒染法可以提高藏藥小檗皮染料上染后棉織物的色牢度，這是因為，藏藥小檗皮中的色素成分多為生物堿類物質(zhì)，能夠與Cu2+離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，從而將染料分子與纖維聯(lián)系在一起，改善了染色牢度，因此本文采用同浴媒染法用藏藥小檗皮染液對棉織物進(jìn)行染色。

2.4 浴比的選擇

采用同浴媒染法，以不同浴比對純棉織物進(jìn)行染色，其他條件同上述優(yōu)化染色工藝，染色后取出水洗，自然晾干測定織物的K/S值，結(jié)果見圖4?？梢?，隨著浴比的增加，棉織物與藏藥小檗皮色素分子的接觸機(jī)會變少，因此，本文采用浴比1∶20進(jìn)行染色。

圖4 浴比對織物K/S值的影響

3 結(jié) 論

本文分別對藏藥小檗皮染料提取工藝以及藏藥小檗皮染液對純棉織物的染色工藝進(jìn)行探討，采用單因素分析以及正交試驗分析，對提取工藝和染色工藝進(jìn)行了深入的研究，試驗結(jié)果顯示，藏藥小檗皮染料最佳提取條件為：體積分?jǐn)?shù)80%乙醇為溶劑，料液比1∶10，超聲提取溫度60 ℃，提取時間20 min，提取液pH值9；小檗皮染液以CuSO4用量為 3%(owf)為媒染劑，采用同浴媒染法，對純棉織物進(jìn)行染色的最佳條件為：提取液用量50%(owf)，pH值為7，染色溫度65 ℃，染色時間40 min。該工藝所得染色純棉織物色彩鮮艷，色牢度均在3級以上。