指甲花桿色素的提取及其對(duì)羊毛織物的染色

黃 艷，閻克路,2，李 戎,2，紀(jì)柏林,2，胡春艷,2

(1.東華大學(xué) 化學(xué)化工與生物工程學(xué)院，上海 201620； 2.國(guó)家染整工程技術(shù)研究中心，上海 201620)

植物色素來(lái)源廣泛，可再生、生物降解性好，具有獨(dú)特的香味和顏色。一部分植物色素還具有天然有益的特性，如抗菌、抗紫外線以及抗病毒等[1-3]。從目前人們對(duì)染色織物的要求來(lái)看，天然染料的各項(xiàng)指標(biāo)與性能和環(huán)保要求越來(lái)越契合，因此天然植物染料的開(kāi)發(fā)成為近些年來(lái)染料發(fā)展的熱點(diǎn)方向之一[4-6]。賈麗霞等[7]采用傳統(tǒng)水煮法對(duì)指甲花色素進(jìn)行提取并對(duì)毛織物進(jìn)行染色研究，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)水煮法存在提取效率低的問(wèn)題。李瑞玲等[8]采用4種不同的溶劑對(duì)指甲花色素的提取工藝進(jìn)行了研究，但有機(jī)溶劑的使用存在對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重的問(wèn)題。本文研究采用亞臨界水對(duì)指甲花色素進(jìn)行提取，是由于水在亞臨界條件下具有與有機(jī)溶劑相似的性質(zhì)[9-11]。與傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑提取法相比較，該提取方法具有耗時(shí)短且不用有機(jī)溶劑的優(yōu)勢(shì)。由于指甲花及其花桿成分復(fù)雜，含有香豆素類(lèi)、酮類(lèi)、黃酮類(lèi)等化學(xué)成分，并具有較強(qiáng)的生理活性，因此研究進(jìn)一步將提取的天然指甲花色素用于羊毛織物的染色，安全無(wú)毒，同時(shí)可賦予羊毛織物抑菌和抗紫外性能，具有較好的開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

羊毛坯布(144 g/m2，新疆如意紡織服裝有限公司)，指甲花桿(新疆本草堂中藥飲品有限公司)，蒸餾水。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

RY-25012型常溫型染樣機(jī)(上海龍?jiān)齐娮涌萍加邢薰?、DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(鞏義市予平儀器公司)、Datacolor型計(jì)算機(jī)測(cè)色配色儀(美國(guó)Datacolor公司)、Y571B型耐摩擦色牢度測(cè)試(溫州大榮紡織儀器廠)、皂洗牢度試驗(yàn)儀(臺(tái)灣Rapid公司)、FR224CN型電子天平(奧豪斯儀器常州有限公司)、TU-1901型雙光束紫外分光光度計(jì)(北京普析通用儀器有限公司)、UV-1000F紡織品抗紫外因子測(cè)定儀(美國(guó)Labsphere公司)。

1.3 指甲花色素的提取工藝

將洗凈的指甲花桿在烘箱中烘干，然后用粉碎機(jī)將烘干的指甲花桿粉碎成粉末。稱(chēng)取指甲花桿粉末2 g，加入50 mL去離子水，將混合物放入內(nèi)襯聚四氟乙烯高溫高壓反應(yīng)釜中，在5、10、15、20和25 min條件下以110、120、130、140和150 ℃的溫度提取得到指甲花桿色素提取液。

1.4 羊毛織物的直接染色工藝

羊毛織物浸染染色→水洗→皂洗→水洗→晾干。將1 g羊毛織物投入到浴比為1∶50、pH值為4.0及用量為50 mL的指甲花桿色素提取液中，以 1 ℃/min升溫至100 ℃后染色50 min，然后以 2 ℃/min降至常溫，取出織物，水洗5 min，中性皂洗液皂洗10 min，水洗5 min，自然晾干。染色工藝曲線見(jiàn)圖1。

圖1 羊毛織物直接染色工藝曲線

1.5 性能測(cè)試

1.5.1 吸收波長(zhǎng)

將提取的指甲花色素稀釋一定倍數(shù)后，用紫外—可見(jiàn)分光光度計(jì)于400～800 nm范圍內(nèi)掃描，確定其最大吸收波長(zhǎng)。

1.5.2 染色深度值(K/S值)

在Datacolor測(cè)色配色儀上測(cè)定染色織物的染色深度值(K/S值)，染色織物的K/S值越大，表明織物所染的顏色越深。測(cè)試條件為染色織物4層，D65光源，10°標(biāo)準(zhǔn)視場(chǎng)，掃描范圍360～700 nm，讀取最大吸收波長(zhǎng)數(shù)據(jù)，讀取4次取平均值。

1.5.3 色牢度

耐摩擦色牢度參照GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》測(cè)試。

耐洗色牢度參照GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐皂洗色牢度》測(cè)試。

1.5.4 微生物抑制性能

參照GB/T 20944.3—2008 《紡織品 抗菌性能的評(píng)價(jià) 第3部分：振蕩法》進(jìn)行測(cè)試。首先剪取0.75 g 織物(剪碎至5 mm×5mm)放入250 mL燒瓶中，加入70 mL緩沖溶液和5 mL菌液(金黃色葡萄球菌，細(xì)菌濃度在2.5×105～3.0×105cfu/mL)，旋好瓶塞后放入恒溫振蕩器中，在 37 ℃條件下振蕩0.5 h或18.0 h。然后以10倍稀釋法系列稀釋至合適倍數(shù)，用移液槍取100 μL滴在培養(yǎng)基上，37 ℃恒溫恒濕培養(yǎng)18 h，記錄菌落數(shù)量。以原布為對(duì)照樣，按照下式計(jì)算其抑菌率R：

式中：N1為培養(yǎng)一定時(shí)間后對(duì)照樣的菌落數(shù)量；N2為培養(yǎng)一定時(shí)間后試樣的菌落數(shù)量。

1.5.5 抗紫外線性能

參照GB/T 18830—2009《紡織品 抗紫外線性能的評(píng)價(jià)》測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 指甲花桿色素提取液的吸收光譜曲線

稱(chēng)取2 g植物固體粉末，加入50 mL去離子水，將混合物放入內(nèi)襯聚四氟乙烯高溫高壓反應(yīng)釜中，在溫度150 ℃條件下提取20 min得到植物色素提取液。通過(guò)測(cè)試得到提取液在400～800 nm范圍內(nèi)的吸光度值，并作出吸收光譜曲線，指甲花桿色素提取液吸收光譜曲線如圖2所示。

圖2 指甲花桿色素提取液吸收光譜曲線

指甲花桿為棕黃色。由圖2可見(jiàn)，指甲花桿色素在可見(jiàn)吸收區(qū)內(nèi)無(wú)最大吸收峰，呈現(xiàn)平緩的下降趨勢(shì)。當(dāng)物質(zhì)吸收波長(zhǎng)為460 nm的光后所呈現(xiàn)的顏色為橙黃色，而將所提取的色素稀釋至適當(dāng)倍數(shù)測(cè)其吸光度時(shí)，溶液顏色也為棕黃色，故選擇460 nm為測(cè)量波長(zhǎng)。該研究中提取工藝的選擇以及理化性質(zhì)的測(cè)定方面，均以460 nm為測(cè)量波長(zhǎng)進(jìn)行討論。

2.2 提取溫度對(duì)提取液吸光度的影響

提取溫度對(duì)指甲花桿色素提取液吸光度的影響如圖2所示。提取條件：2 g指甲花桿粉末，50 mL蒸餾水，提取時(shí)間20 min。

圖3 提取溫度對(duì)提取液吸光度的影響

從圖3可以看出，在提取溫度分別為110、120、130、140和150 ℃時(shí)，吸光度平均值分別為0.456、0.499、0.537、0.589和0.577，隨著提取溫度的增加，提取液的吸光度在不斷增加。但隨著提取時(shí)間的梯度增加，吸光度的增幅不斷下降，在140 ℃后幾乎不變。由此可見(jiàn)，提取溫度的增加能提高提取液的吸光度，但增幅在不斷降低。因此，140 ℃為最佳提取溫度，本文實(shí)驗(yàn)選用140 ℃作進(jìn)一步研究。

2.3 提取時(shí)間對(duì)提取液吸光度的影響

提取時(shí)間對(duì)指甲花桿色素提取液吸光度的影響如圖4所示。提取條件：2 g指甲花桿粉末，50 mL蒸餾水，提取溫度140 ℃。

圖4 提取時(shí)間對(duì)提取液吸光度的影響

從圖4可以看出，隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，提取液的吸光度在不斷增加。在5、10和15 min時(shí)的吸光度平均值分別為0.449、0.511、0.577，但是隨著提取時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)，到達(dá)20 min后，吸光度不再顯著增加。因此，考慮到實(shí)驗(yàn)的時(shí)間效率問(wèn)題，選擇15 min為指甲花桿色素提取液的最佳提取時(shí)間。實(shí)驗(yàn)選用15 min的提取時(shí)間作進(jìn)一步研究。

2.4 指甲花桿粉末用量對(duì)提取液吸光度的影響

指甲花桿粉末用量對(duì)提取液吸光度的影響如圖5所示。提取條件：50 mL蒸餾水，提取時(shí)間15 min，提取溫度140 ℃。

從圖5可以看出，指甲花桿粉末用量分別為1、2、3和4 g時(shí)的吸光度平均值分別為0.296、0.589、0.623和0.768，其吸光度值不斷增加。但在粉末用量4 g后趨于平穩(wěn)，粉末用量從1 g增加到2 g時(shí)，吸光度值增加率為98.9%；粉末用量從3 g增加到4 g時(shí)，吸光度值增加率為23.3%；粉末用量從4 g增加到5 g時(shí)，吸光度值幾乎不再增加?？梢钥闯鑫舛戎惦S指甲花桿粉末用量的增加而增加后趨于穩(wěn)定。因此，提取的最佳粉末用量為4 g，本文實(shí)驗(yàn)將選取4 g粉末用量進(jìn)行研究。

2.5 染色后羊毛織物的性能測(cè)試

2.5.1 染色后羊毛織物的K/S值及色牢度

將最佳條件下提取得到的染液，即指甲花桿粉末4 g，蒸餾水50 mL，提取時(shí)間15 min，提取溫度140 ℃的條件下得到的染液，對(duì)羊毛織物進(jìn)行直接染色。染色條件：染色溫度100 ℃，染色時(shí)間50 min，pH值為4.0。在此條件下，分別對(duì)染后織物的耐干摩擦色牢度、耐濕摩擦色牢度以及耐皂洗色牢度進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如表1所示。

表1 染色后羊毛織物的色牢度

從表1可以看出，染色后羊毛織物的K/S值為10。染色后織物的耐干濕摩擦色牢度和皂洗色牢度值都在4級(jí)及以上?？芍旧笱蛎椢锞哂辛己玫纳味?。

2.5.2 染色后羊毛織物的微生物抑制性能

羊毛織物染色前后對(duì)微生物的抑制性能結(jié)果如圖6所示。

圖6 羊毛織物染色前后的微生物抑制性能

由圖6可以看出，染色后的羊毛織物菌落數(shù)要少于未染色的羊毛織物菌落數(shù)。通過(guò)抑菌率公式計(jì)算得知，經(jīng)過(guò)染色后的羊毛織物對(duì)金黃色葡萄球菌的抗菌率為25%。因此可以得出，經(jīng)過(guò)指甲花桿提取液染色后的羊毛織物對(duì)微生物具有一定的抑制作用。

2.5.3 染色后織物的抗紫外線性能

按照1.4的實(shí)驗(yàn)步驟，對(duì)經(jīng)過(guò)處理后的織物進(jìn)行染色，然后測(cè)試染色后織物的抗紫外線性能。染色前后織物的抗紫外線性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 染色前后織物的抗紫外線性能

由表2可以看出，經(jīng)過(guò)指甲花桿提取液染色后的羊毛織物的UPF值遠(yuǎn)大于未染色的羊毛織物。未染色織物的T(UVA)和T(UVB)，分別為11.34%和1.56%，大于染色后的羊毛織物。染色后織物的UPF值為468，遠(yuǎn)大于50，T(UVA)遠(yuǎn)小于5%，說(shuō)明經(jīng)過(guò)指甲花桿提取液染色后的羊毛織物具有優(yōu)良的抗紫外線效果。

3 結(jié) 論

①用亞臨界水法提取指甲花桿色素操作簡(jiǎn)單、提取效果好。指甲花桿色素最佳提取工藝為：50 mL蒸餾水，指甲花桿粉末用量為4 g，提取時(shí)間為15 min，提取溫度為140 ℃。

②指甲花桿色素提取液可以對(duì)羊毛進(jìn)行直接染色，染色最佳工藝條件為：染色溫度100 ℃、染色時(shí)間50 min，染液pH值為4.0。而且指甲花桿色素對(duì)羊毛染色織物的耐皂洗色牢度、耐干濕摩擦色牢度都比較好，達(dá)到4～5級(jí)。

③采用指甲花桿色素提取的染液染色后的羊毛織物對(duì)微生物具有一定的抑制作用，抗紫外線性能優(yōu)良，UPF值達(dá)468。