天然染料石榴皮色素的提取及織物染色研究進展

劉 宇 王韜瑞 茍鐘琴 林雅茹 張小龍 姜 健

（遼東學院化工與機械學院，遼寧 丹東 118003）

石榴皮色素是從石榴皮中提取的一種天然色素，水溶液為紅色到橘黃色溶液，有特殊香氣，可用于食品、藥品、化妝品等領(lǐng)域。研究表明使用石榴皮色素染色的織物具有良好的抗紫外性能，并表現(xiàn)出一定的抑菌效果，石榴皮色素中含有的黃酮類物質(zhì)還具有抗氧化作用。因此，石榴皮色素作為天然染料具有廣闊的應用前景，開發(fā)利用石榴皮色素不僅能充分利用資源，避免浪費，還可提高產(chǎn)品的附加值。

一、提取工藝

石榴皮在提取前通常需要進行干燥、粉碎及過篩處理，目前石榴皮色素的提取方法主要有水煮法、乙醇提取法、超聲波及微波輔助提取法、超臨界CO2萃取法等。

1.水煮法。姑麗各娜·買買提依明等[1]以水做溶劑，通過正交實驗，確定了石榴皮色素最佳提取條件為料液比1:1，60℃，浸提60 min。唐孝明[2]等通過正交試驗確定最佳提取條件為pH 值為8～9，60℃提取30 min。以水作溶劑提取天然染料成本低，操作簡單，綠色環(huán)保，符合清潔生產(chǎn)要求。但水煮法容易造成石榴皮中多酚類和其他抗氧化成分的破壞，提取物中多糖等水溶性雜質(zhì)含量較高，不利于多酚類物質(zhì)的分離與純化。

2.乙醇提取法。李國秀[3]等以石榴皮粉為原料，采用單因素條件實驗確定了乙醇溶液的濃度、料液比、提取溫度、提取時間，通過正交試驗確定了石榴皮多酚提取的最佳工藝：乙醇濃度60%、浸提溫度60℃、料液比 1:20、浸提2h。該條件下一次提取多酚得率為21.90%，兩次提取為23.39%。陳居茂[4]等利用不同溶劑提取石榴色素，確定最佳提取工藝條件：在堿性條件下，提取溫度為60℃，提取的時間為30 min，乙醇濃度20%，提取率為65.0%。乙醇提取法是天然色素傳統(tǒng)的提取方法，該方法提取效率高，果膠等雜質(zhì)含量少，便于提純、精制及開展綜合研究，所得產(chǎn)品無毒、無污染。

3.超聲波及微波輔助提取法。羅群[5]等采用60%乙醇為提取劑，超聲波輔助提取石榴皮中黃酮類物質(zhì)，最佳條件下總黃酮的提取量為59.65 mg/g。微波提取法是利用微波能來提高萃取率的一種新技術(shù)。黃菊[6]等在單因素實驗基礎上采用響應面法優(yōu)化石榴皮中黃酮化合物的微波提取工藝。微波輔助提取石榴皮中黃酮的最佳工藝條件為乙醇濃度 60%，液料比 40:1（mL/g），微波提取時間2.70min，該條件下黃酮平均提取率為（4.424±0.168）%，與模型預測值相近。超聲波或微波輔助萃取具有效率高、速度快、無需高溫、能耗少、成本低、綜合效益顯著的特點。

4.超臨界CO2萃取法。尹春光等[7]利用超臨界CO2方法萃取石榴皮中總黃酮、三萜類，用超聲波輔助提取萃余物中的黃色素，通過正交試驗確定最優(yōu)工藝，最優(yōu)工藝條件下總黃酮提取率為12.482%，萃余物黃色素提取率為5.870%，并且經(jīng)過對比萃余物中黃色素具有較強的抗氧化活性。超臨界萃取可在接近室溫及CO2氣體條件下提取，防止熱敏性物質(zhì)氧化，不使用有機溶劑，萃取與分離連續(xù)進行，效率高能耗少，工藝簡單。但提取設備復雜，成本較高。

二、石榴皮色素在紡織印染領(lǐng)域的應用

1.絲織品染色。張曉莉[8]等采用水煮法提取色素并應用于蠶絲織物的染色，探討了不同媒染劑及染色工藝對染色織物顏色特征值、水洗牢度的影響。表明石榴皮色素對蠶絲具有一定的上染性，通過添加媒染劑可以提高其得色深度和染色牢度；不同的媒染劑采用的媒染方法不同，其染色結(jié)果有較大的差異。董紹偉[9]等用水煮法提取天然石榴皮染料，測定了不同染色工藝的真絲織物的染色牢度。結(jié)果表明染色織物具有較好的水洗牢度和摩擦牢度，石榴皮染料在酸性條件下比較穩(wěn)定，但耐汗?jié)n牢度和耐光牢度較差。

2.羊毛染色。王靜靜[10]用水煮法提取石榴皮色素并染羊毛條，研究媒染劑種類及用量、色素濃度、染色溫度、染浴pH 值等因素對羊毛條染色性能的影響。石榴皮色素對羊毛進行后媒法染色時，選用Al（2SO）43或FeSO4，可將織物染成黃色或黑褐色，羊毛染色樣品的皂洗牢度和耐摩擦牢度較好。戴建芳[11]等利用石榴皮色素染色自制的WLS 改性后的羊毛，在不使用媒染劑時就能直接上染，上染百分率可達85%，纖維染色性能顯著提高。

3.棉織品染色。武利利等用不同pH 值的乙醇溶液提取石榴皮色素，并利用后媒染法染色棉織品，結(jié)果表明藍礬為媒染劑時棉織物的K/S 值最大，棉織物耐皂洗沾色牢度在4 級及以上且抗紫外性能略有改善。徐紅研究了石榴皮色素對殼聚糖浸漬處理的棉織物的最佳工藝為殼聚糖濃度為1%，70℃浸漬30 min。棉織物經(jīng)過殼聚糖浸漬處理后，用天然石榴皮染液進行染色，織物的表面深度和耐摩擦色牢度提高，這對開發(fā)和利用天然染料上染棉織物有一定的價值。

三、石榴皮色素染色研究展望

石榴皮色素富含多種多酚類物質(zhì)，具有一定的抑菌、抗炎、抗氧化、抗紫外線功能，可以通過染色使織物具有一定的抗氧化、抗紫外、抗菌等性能。但天然染料普遍存在抗紫外性能不足、上染率低和染色牢度差等問題?，F(xiàn)代染整工藝中，通常采用媒染等方法提高上染率和染色牢度。但是媒染過程增加了工序，使染色過程復雜化。同時，媒染所用的媒染劑大多數(shù)為金屬離子，殘留在織物上對人體存在危害，對環(huán)境有一定污染，制約了天然染料的應用和發(fā)展。因此開發(fā)天然媒染劑及固色劑對天然染料進行功能性改性、對纖維進行預處理及改性具有一定的可行性，是天然染料染色發(fā)展的方向。

據(jù)資料統(tǒng)計，目前中國石榴栽植面積約175 萬余畝，位居世界第一。石榴在中國南北都有栽培，江蘇、河南等地種植面積較大。石榴的種植條件簡單，對土壤條件的要求不高，且產(chǎn)量較大。但由于進行石榴果肉的加工生產(chǎn)，大量果皮變成了廢棄物，只有少量果皮用于中藥制作，因此石榴皮具有來源廣，成本低的特點。石榴皮色素提取工藝簡單，對設備要求較低。充分利用石榴皮廢棄物，也符合綠色發(fā)展理念，因此開發(fā)利用石榴皮染料具有一定的應用價值。