天然綠色棉色素綠色組分的分離及其紫外可見光吸收光譜特性

胡志華，陳麗燦，何 肖，魯 庚，周文龍

(浙江理工大學(xué)材料與紡織學(xué)院，浙江 杭州 310018)

天然彩色棉是天然有色的棉花，在加工使用過程中不需要漂白和染色，因而在降低生產(chǎn)成本的同時也避免了對環(huán)境的污染［1］。因為天然彩色棉對病蟲害有較強的抵抗能力，還具有較好的耐干旱及耐貧瘠能力［2－3］。這意味著天然彩色棉紡織品具有“種植→紡織→印染”3個環(huán)節(jié)的生態(tài)化特征［4］。彩色棉產(chǎn)品穿著舒適，經(jīng)濟效益高，因而受到高度重視，目前世界上已有20多個國家投入到這項研究中［5］。然而，天然彩色棉織物尤其是綠棉織物的顏色穩(wěn)定性較差，受溫度、pH值、光照、金屬離子等條件的影響很大［6－8］，極大地限制了天然綠色棉纖維在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用。

天然綠色棉色素的具體成分還未明確，其綠色組分受紫外線照射的影響也無文獻(xiàn)報道。為此，本文采用柱層析的方法對綠色棉色素進(jìn)行富集分離，并利用紫外-可見分光光度計研究富集到的黃綠色組分的紫外可見光吸收光譜特性。

1 實驗部分

1.1 實驗材料與儀器

材料:天然綠色棉纖維，浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院。

化學(xué)藥品和試劑:柱層析用硅膠，100～200目，青島海洋化工廠;二氯甲烷、甲醇和乙醇均為AR級，杭州高精精細(xì)化工有限公司。

儀器:TU-1950雙光束紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限公司;ZF-7型暗箱式三用紫外線分析儀，上海嘉鵬科技有限公司;Agilent-1200高效液相色譜儀，美國安捷倫科技有限公司;WATO-53958液相色譜儀，美國沃特斯公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 色素的組分分離

先將綠色棉纖維粉碎，然后以體積比為50∶50的二氯甲烷/乙醇混合液為提取劑，浴比為1∶50，超聲提取2 h。提取液經(jīng)抽濾后使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將溶劑蒸干，獲得粗提色素，備用。分別采用正相與反相色譜系統(tǒng)檢測分析粗提色素的成分，正相色譜檢測條件:流動相 A為 CH2Cl2，流動相 B為體積比為100∶15∶0.6 的CH2Cl2、CH3OH 和CH3COOH 混合溶液，色譜柱為 Agilent Zorbax Rx-Sil(4.6mm×250mm，5 μm)，流速為 0.8 mL/min，進(jìn)樣量為10 μL，檢測波長為320 nm，梯度洗脫條件為:0～15 min，20% ～60%B;15 ～25 min，60% ～70%B;25～30 min，70% ～100%B;30 ～35 min，100% ～0%B。反相色譜檢測條件:流動相A為甲醇，流動相B為0.03%TFA，色譜柱為Agilent Zorbax Edipse XDB-C18(4.6mm × 150mm，3.5 μm)，流速為0.8 mL/min，進(jìn)樣量為10 μL，檢測波長為 320 nm，梯度洗脫條件為:0～12 min;60～100%A;12～22 min，100%A，22～26 min，100% ～60%A。

1.2.2 綠色棉色素的富集

將正相硅膠于110℃烘箱中烘1.5 h，然后緩慢倒入正己烷中，攪拌混合均勻后填入裝有少量正己烷的層析柱中。在保證液面高于填料的前提下，用正己烷沖洗柱子，使填料填實。采用干法上樣:色素粉末與適量硅膠混合，利用二氯甲烷/乙醇溶液溶解，然后將溶劑蒸干，緩慢加在層析柱中。洗脫劑采用二氯甲烷與甲醇的混合溶液，依次為100%二氯甲烷、10%甲醇、30%甲醇、60%甲醇和100%甲醇(均為體積百分比)。利用1.2.1的正相色譜檢測條件檢測富集組分。

1.2.3 紫外線照射對綠色棉色素富集組分的影響

將1.2.2中富集的色素組分放置在暗箱式三用紫外線分析儀中，在254 nm的紫外線下照射，每隔15 min取出，在紫外-可見分光光度計上測定可見波段(380～800 nm)的吸光度。

1.2.4 綠色組分的進(jìn)一步分離檢測

由于色素的綠色組分不是單一的物質(zhì)，所以利用半制備型液相色譜對其進(jìn)行檢測，檢測條件為:色譜柱 YMC-Pack SIL(10mm ×250mm，5 μm)，流速2.5 mL/min，進(jìn)樣量30 μL，檢測波長 660 nm，等度洗脫，0～20 min，100%二氯甲烷。

2 結(jié)果與討論

2.1 綠色棉色素的高效液相色譜分析

天然綠色棉色素由多組分組成，圖1示出分別采用正相柱和反相柱進(jìn)行天然綠色棉色素組分的分離結(jié)果。采用反相柱對天然綠色棉色素分離已經(jīng)有研究者［10］做過探索，其分離結(jié)果和本文一致。用正相色譜柱進(jìn)行天然綠色棉組分的分離此前還未見報道。從圖1可看出，采用正相色譜柱能分離檢測到更多的色素組分。其中正相柱分離保留時間為22.5～24.0 min的組分和反相色譜柱分離的組分一致，而保留時間在12.0～22.0 min的一系列組分，并不能在反相色譜柱分離條件下得到有效分離，因而正相柱可以更有效地對天然綠色棉色素組分實施分離。本文采用正相柱層析法來分段富集綠色棉色素。

2.2 淋洗溶劑對色素組分的富集效果

圖1 綠色棉色素的高效液相色圖譜Fig.1 Chromatograms of pigment in green colored cotton.(a)Reverse phase chromatogram;(b)Normal phase chromatogram

分別采用二氯甲烷、10%甲醇、30%甲醇、60%甲醇、純甲醇等不同極性的溶劑，對吸附在層析柱上的綠色棉色素進(jìn)行淋洗富集。圖2示出各富集組分的高效液相色譜(HPLC)圖。從相應(yīng)的HPLC圖譜可見，純二氯甲烷富集的組分比較單一，隨著富集溶劑極性的增加，10%甲醇、30%甲醇和60%甲醇富集組分所含的成分增多。純甲醇的富集組分同樣較為單一。而比較富集組分的顏色，發(fā)現(xiàn)純二氯甲烷富集組分為黃綠色，純甲醇富集組分為黃色，目前關(guān)于綠色棉色素的文獻(xiàn)中，綠色棉色素中的黃綠色組分還是首次分離獲得，故本文主要對純二氯甲烷富集組分的相關(guān)性質(zhì)進(jìn)行研究，對純甲醇富集的組分將另行研究。

2.3 綠色組分的紫外-可見光吸收圖

圖3示出綠色棉色素及二氯甲烷富集組分的紫外-可見吸收譜。粗提色素的最大吸收峰在228、242、293、327 nm處，與咖啡酸紫外吸收曲線類似［9］，推測綠色棉色素中可能含有咖啡酸的衍生物，與楊永林［10］的研究結(jié)果相吻合。綠色棉色素及二氯甲烷富集組分在紫外光區(qū)的摩爾吸光系數(shù)遠(yuǎn)大于可見光區(qū)的摩爾吸光系數(shù)。適當(dāng)濃縮，測得其可見光區(qū)的吸收譜圖在665 nm左右，綠色棉粗提色素及二氯甲烷富集組分都出現(xiàn)1個吸收峰，說明二氯甲烷富集組分具有藍(lán)綠光顯色特性［11］。由于該組分在400 nm左右具有強的吸收，其吸收形式不是銳峰而是肩峰形式，因而該色素的顯色也有黃光的組分。

圖2 各淋洗溶劑富集組分的高效液相色譜Fig.2 Chromatograms of enrichment fractions eluted with different elution solvents.(a)CH2Cl2;(b)10%CH3OH;(c)30%CH3OH;(d)60%CH3OH;(e)CH3OH

圖3 綠色棉色素及CH2Cl2富集組分的紫外-可見譜圖Fig.3 UV-Vis spectra of pigment in green colored cotton and enrichment fraction eluted with CH2Cl2.(a)Ultraviolet absorption spectra;(b)Visible absorption spectra

2.4 紫外線照射對綠色棉色素顯色的影響

圖4示出紫外線照射對綠色棉色素顯色的影響。由圖可見紫外線照射15 min，綠色組分在663 nm處的吸收峰消失，同時在400 nm左右的吸光度也明顯下降。這說明紫外線的照射會使綠色組分的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，這與實際生產(chǎn)和應(yīng)用中綠色棉纖維及其織物經(jīng)過陽光的長時間照射后逐漸褪色變黃現(xiàn)象相吻合。

2.5 綠色組分的進(jìn)一步分離

選用660 nm可見光作為檢測波長，獲得二氯甲烷富集組分(綠色組分)的HPLC圖譜，如圖5所示。可見選用660 nm的檢測波長進(jìn)行檢測，檢測到的成分比用320 nm作為檢測波長檢測到的成分多，表明該富集組分中含有的綠色成分較多，在保留時間為10.8、11.7、15.8 min時都出現(xiàn)了可以明顯吸收660 nm可見光的物質(zhì)。

圖4 紫外線照射對綠色棉黃綠色組分可見吸光度的影響Fig.4 Influence of ultraviolet irradiation on visible absorption spectra of yellowish green fraction in green colored cotton

圖5 黃綠色組分的HPLC圖譜Fig.5 Chromatogram of yellowish green fraction

進(jìn)一步檢測其中各成分的紫外-可見吸收譜圖，發(fā)現(xiàn)保留時間為10.8、11.7、15.8 min所對應(yīng)的物質(zhì)在660 nm左右均有吸收峰，即這些成分的顯色有藍(lán)綠光組分，見圖6。從可見光區(qū)的光譜吸收可見，這3種物質(zhì)在400 nm左右也有明顯的銳鋒吸收，說明這3種物質(zhì)顯示黃綠光［11］。因而，本文富集得到的綠色棉色素是一種黃綠色素。這和天然綠色棉綠色不純、不艷，帶有黃色光澤的實際情況相符。

圖6 黃綠色組分中3種有色成分的紫外-可見吸收譜圖Fig.6 UV-Vis spectra of three colored compositions in yellowish green fraction

3 結(jié)論

利用正相色譜能更有效地檢測分離天然綠色棉色素成分，二氯甲烷能對其中的綠色組分進(jìn)行有效的富集。天然綠色棉色素的綠色組分較多，本文分離得到至少3種綠色組分。這3種組分在660 nm和400 nm附近都有明顯的銳鋒吸收，說明3種組分的顯色具有綠光和黃光的性質(zhì)，其主體色澤顯示為黃綠色，這和天然綠色棉的實際顯色相一致。經(jīng)過紫外線照射后，分離得到的黃綠色組分在665 nm處的吸收峰消失，說明經(jīng)過紫外光照射后，顯示綠光的組分結(jié)構(gòu)發(fā)生變性，和綠色棉經(jīng)過長時間太陽光照射后發(fā)生黃變現(xiàn)象一致。

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