不同溶劑對石榴皮染料提取效果及染色性能的影響

陸曄婷，王露，張昊宇，李建紅，侯秀良

(1.江南大學 生態紡織教育部重點實驗室，江蘇 無錫 214122;2.東莞市德絨羊絨制品有限公司，廣東 東莞 523770)

近年來，石榴多酚的應用領域越來越廣，且石榴皮作為石榴的副產物，不具備食用價值，大多被視為廢物丟棄，未能充分利用。因此，對石榴皮多酚提取工藝開發和研究具有重要的意義[1]。我國石榴種植面積約11.87萬公頃，資源豐富[2-3]。石榴皮(Pomegranate Peel)中含有3種最主要的多酚組分為安石榴甙、鞣花酸與沒食子酸。其中，安石榴甙是石榴皮天然黃色素的主要成分[4]，對染色效果起主要作用。

目前多采用乙醇/ 水溶液提取石榴皮染料，成本高；水作為最常見的溶劑，來源更廣，成本低。因此，本文優化了不同濃度乙醇/水溶液和不同pH水兩種溶劑石榴皮多酚提取工藝，并重點比較了兩種溶劑的石榴皮提取物主要多酚含量和提取液對羊毛直接染色性能。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

石榴皮粉末(20目),采購自安徽亳州中藥材銷售有限公司;織物全毛華達呢坯布(紗線線密度58/2 Nm、經密402根/10 cm、緯密225根/10 cm、克重237 g/m2)，由無錫協新毛紡織有限公司提供；無水乙醇、碳酸鈉均為分析純；沒食子酸、鞣花酸、安石榴甙均為標準品(純度HPLC ≥ 98%)；紡織品耐皂洗標準皂片，采購自中國紡織科學研究院。

L20型實驗室pH計；Avanti J-E離心機；RE52-4旋轉蒸發器；TU-1901雙光束紫外可見分光光度計；Color Eye 7000A電腦測配色儀；IR DYER瑞比紅外線試色機。

1.2 石榴皮染料提取

用不同濃度乙醇/水溶液和不同pH水(采用碳酸鹽緩沖體系調pH)兩種溶劑提取石榴皮染料。提取工藝參數：①不同濃度乙醇/水溶液：10 g石榴皮粉末，浴比1∶30，60 ℃提取，每次提取90 min；②不同pH水：10 g石榴皮粉末，浴比1∶30，90 ℃提取60 min每次。提取工藝流程：石榴皮粉末→提取→離心(10 000 r/min,10 min)→上清液旋轉蒸發→冷凍干燥→石榴皮提取物或染料[5]。每種溶劑共提取3次，每次浸提后離心取上清液，其余固體物料繼續加入溶劑進行浸提，混合3次浸提液得到提取液。

1.3 石榴皮提取液測試

1.3.1 顏色測試 石榴皮提取液顏色采用紫外-可見光吸光度測試。取離心后的石榴皮提取液上清液稀釋200倍在室溫條件下進行吸光度測試(各提取液進行200倍稀釋后均為中性)，得到石榴皮染料提取液的UV-Vis吸收曲線，通過吸光度曲線輔助分析提取效率。

1.3.2 化學組成測試 石榴皮染料中總多酚含量的測定方法根據標準NY/T 1600—2008《水果、蔬菜及其制品中單寧含量的測定分光光度法》測定石榴皮提取物中的總多酚含量[6]。參照標準繪制沒食子酸含量標準曲線及計算線性回歸方程，根據標準曲線的線性回歸方程計算提取物溶液中總多酚含量，根據液料比計算出石榴皮提取物中總多酚含量。

石榴皮提取液化學組成測試采用液相色譜-質譜聯用技術(HPLC-MS)進行測試。標準品選擇沒食子酸、鞣花酸和安石榴甙(純度HPLC ≥ 98%)。標準品進樣濃度(0.10～1.00 mg/mL)：安石榴甙0.30 mg/mL，鞣花酸0.28 mg/mL，沒食子酸0.75 mg/mL，進樣量1 μL。樣品中標品濃度(mg/mL)。

樣品中標品含量由下式計算：

×標準品濃度

(1)

(2)

1.4 提取物得率

按以下公式分別計算總多酚得率(%)、安石榴甙得率(%)、提取物得率(%)。

總多酚得率

(3)

安石榴甙得率

(4)

(5)

1.5 石榴皮提取液染色羊毛織物方法

提取液分別作為染液對100%羊毛華達呢織物進行直接染色，染色工藝為40 ℃起染，升溫速率為1 ℃/min，到達100 ℃后保溫90 min，料液比1∶20(w/w)[7]，其中40%乙醇提取液染浴pH=3(其中40%乙醇提取液染浴為原提取液旋轉蒸發去除乙醇后加入蒸餾水至原體積得到，以下簡稱為40%乙醇提取液)，pH=5水提取石榴皮提取液染浴pH=5。

1.6 石榴皮染色羊毛織物顏色及色牢度測定

采用Color Eye 7000A電腦測配色儀測定染色織物L*、a*、b*、C*、h°值及K/S值。

染色織物耐皂洗變色牢度與沾色牢度參照GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗耐皂洗色牢度》；耐干、濕摩擦色牢度參照GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗耐摩擦色牢度》，使用Y(B)571C刷洗色摩擦牢度儀分別測定試樣的干摩擦色牢度與濕摩擦色牢度；耐日曬色牢度參照標準GB/T 8427—1998《紡織品色牢度試驗耐人造光色牢度氙弧》測定，按照標準灰卡對測定試樣的顏色變化進行評級[8]。

2 結果與討論

2.1 乙醇/水混合溶劑乙醇含量對石榴皮提取液顏色、化學組成的影響

2.1.1 顏色 圖1為提取液離心后稀釋200倍時不同濃度乙醇提取石榴皮提取液吸光度曲線，相對應的曲線在380～760 nm內積分值見表1。

圖1 不同濃度乙醇提取石榴皮提取液吸光度曲線

表1 不同濃度乙醇提取石榴皮提取液吸光度曲線積分值

由圖表可知，40%乙醇作為溶劑的石榴皮提取液在紫外-可見光下具有最大的吸光度。

2.1.2 主要多酚組分含量 表2為經過HPLC-MS分析后計算不同濃度乙醇提取石榴皮提取物中主要多酚含量。

表2 不同乙醇濃度石榴皮提取物中主要多酚組分含量以及總多酚含量

由表2可知，提取物中總多酚含量隨乙醇濃度的不斷增加呈先上升后下降的趨勢，40%乙醇提取石榴皮提取物中沒食子酸、安石榴甙和鞣花酸均高于其余樣品，所以認為40%乙醇提取方式提取效果最好。這是因為部分醇溶性多酚類化合物及其衍生物隨著乙醇的加入得到溶解，但當乙醇濃度過高時，由于水溶性的多酚類化合物不能夠完全溶解，導致提取物總多酚含量逐漸下降。

2.2 以水為溶劑提取pH對石榴皮提取液顏色、化學組成的影響

2.2.1 顏色 干燥石榴皮粉末在水中部分溶解后pH=3左右，因此樣品中pH=3提取液為僅使用蒸餾水提取石榴皮粉末所得提取液。圖2為提取液離心后稀釋200倍時不同pH提取石榴皮提取液吸光度曲線，相對應的曲線在380～760 nm內積分值見表3。

圖2 不同pH提取石榴皮提取液吸光度曲線(稀釋200倍)

表3 不同pH提取石榴皮提取液吸光度曲線積分值

由圖表可知，提取條件為pH=9的石榴皮提取液在紫外-可見光下具有最好的對光的吸收性。當pH達到9時，提取液的吸光度曲線在280 nm處出現了一個明顯的特征吸收峰，這種變化和石榴皮中可以溶解進入堿性條件的鞣花酸多元酚類物質有關，鞣花酸類物質在堿性條件下容易與堿性介質發生反應生成鹽類物質，從而引起染料顏色的明顯變化[9-10]；在有機溶劑環境中，多酚羥基不會發生質子化與脫質子化現象，但在水溶液中，隨著溶液堿性的增加，由于溶液中—OH變多，石榴皮染料中多酚羥基產生質子化與脫質子化現象，會使石榴皮染料的色光發生改變，具體物質需要更深入地研究和考證[11]。

2.2.2 主要多酚組分含量以及總多酚含量 表4為經過HPLC-MS分析后計算得各標準物在不同pH提取條件所得石榴皮提取物中含量以及總多酚含量。

表4 不同pH條件水提取石榴皮提取物主要多酚組分含量以及總多酚含量

由表4可知，樣品中pH=5時石榴皮染料主要有效成分安石榴甙含量最高，而當提取條件逐漸變為堿性時，安石榴甙的提取量逐漸降低，這說明安石榴甙在中性或堿性環境中的溶解性較差；鞣花酸和沒食子酸則是隨著提取條件pH的增大而增加，當pH=9時石榴皮提取物中鞣花酸和沒食子酸含量均為最高，說明安石榴甙在堿性條件下被水解成為沒食子酸或其二聚體鞣花酸。陳欣子等研究石榴皮的酸堿穩定性證明當遇到堿性條件如pH=9或10時，提取液吸光度曲線會發生變化，故我們不選擇過堿條件進行提取。因此，pH=5水提取安石榴甙提取效果最好。由于石榴皮染料中主要有效成分為安石榴甙，在后續提取液染色羊毛織物實驗中選用pH=5時水提取石榴皮提取液。

2.3 兩種溶劑提取得率比較

由表5可知，40%乙醇提取物得率，總多酚得率均高于pH=5水提取，這可能是由于石榴皮中多酚在植物體內通常與蛋白質、多糖以氫鍵和疏水鍵形式形成穩定的化合物，而有機溶劑具有氫鍵斷裂的作用，因此復合體系有利于多酚的提取[12]，因此40%乙醇總多酚提取率更高。pH=5水提取安石榴甙提取率高于40%乙醇提取，這是由于安石榴甙在水中的溶解性比在乙醇中的溶解性更好。

表5 兩種溶劑提取率比較

2.4 兩種溶劑提取液對羊毛織物的染色性能對比

表6和表7分別為40%乙醇提取和pH=5水提所得的石榴皮提取液直接染色羊毛織物的顏色特征值和各項色牢度。

表6 石榴皮提取液直接染色羊毛織物的顏色特征值

表7 石榴皮提取液直接染色羊毛織物的色牢度

由表6、表7可知，pH=5水提取石榴皮提取液染色毛織物的K/S值達到13.71，而40%乙醇提取液僅為11.65，提高約18%。K/S值越高，織物顏色越深。pH=5水提取石榴皮提取液對毛織物的染色性能好于40%乙醇提取液這是由于安石榴甙是石榴皮染料染色毛織物的主要成分，而pH=5水提取液中安石榴甙含量較高。但是pH=5水提取石榴皮提取液直接染色毛織物皂洗變色牢度、濕摩擦牢度、日曬牢度均比40%乙醇提取液直接染色毛織物低半級，這一方面是由于較深顏色的織物一般日曬牢度差，另一方面是由于兩種溶劑提取液中其它化學組分可能有差異。

3 結論

(1)使用乙醇/水溶劑提取石榴皮粉末時，40%乙醇溶劑提取效果最好，提取液顏色最深，提取物中安石榴甙含量最高，達到 410.66 mg/g，且提取物得率為47.95%，安石榴甙得率為19.70%；使用不同pH水提取石榴皮時，pH=5時提取效果最好，提取物中安石榴甙含量最高，達到 499.15 mg/g，且提取物得率為 42.30%，安石榴甙得率為 21.14%。

(2)pH=5水提取石榴皮提取液直接染色羊毛織物的顏色比40%乙醇提取液直接染色羊毛織物深，前者K/S值為13.71，優于后者，其原因是pH=5水提取石榴皮提取液中安石榴甙含量較高。但是，pH=5水提取石榴皮提取液直接染色毛織物皂洗變色牢度、濕摩擦牢度、日曬牢度略差于40%乙醇提取。

(3)由于pH=5水提取成本更低，故水提取可在某些情況下替代乙醇提取，節約生產成本，對石榴皮染料大規模生產具有重要意義。