指甲花桿色素的提取及其對羊毛織物的染色

黃 艷，閻克路,2，李 戎,2，紀柏林,2，胡春艷,2

(1.東華大學 化學化工與生物工程學院，上海 201620； 2.國家染整工程技術研究中心，上海 201620)

植物色素來源廣泛，可再生、生物降解性好，具有獨特的香味和顏色。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]。從目前人們對染色織物的要求來看，天然染料的各項指標與性能和環保要求越來越契合，因此天然植物染料的開發成為近些年來染料發展的熱點方向之一[4-6]。賈麗霞等[7]采用傳統水煮法對指甲花色素進行提取并對毛織物進行染色研究，發現傳統水煮法存在提取效率低的問題。李瑞玲等[8]采用4種不同的溶劑對指甲花色素的提取工藝進行了研究，但有機溶劑的使用存在對環境污染嚴重的問題。本文研究采用亞臨界水對指甲花色素進行提取，是由于水在亞臨界條件下具有與有機溶劑相似的性質[9-11]。與傳統的有機溶劑提取法相比較，該提取方法具有耗時短且不用有機溶劑的優勢。由于指甲花及其花桿成分復雜，含有香豆素類、酮類、黃酮類等化學成分，并具有較強的生理活性，因此研究進一步將提取的天然指甲花色素用于羊毛織物的染色，安全無毒，同時可賦予羊毛織物抑菌和抗紫外性能，具有較好的開發應用前景。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

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 實驗儀器

RY-25012型常溫型染樣機(上海龍云電子科技有限公司)、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型計算機測色配色儀(美國Datacolor公司)、Y571B型耐摩擦色牢度測試(溫州大榮紡織儀器廠)、皂洗牢度試驗儀(臺灣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(北京普析通用儀器有限公司)、UV-1000F紡織品抗紫外因子測定儀(美國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，然后用粉碎機將烘干的指甲花桿粉碎成粉末。稱取指甲花桿粉末2 g，加入50 mL去離子水，將混合物放入內襯聚四氟乙烯高溫高壓反應釜中，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。染色工藝曲線見圖1。

圖1 羊毛織物直接染色工藝曲線

1.5 性能測試

1.5.1 吸收波長

將提取的指甲花色素稀釋一定倍數后，用紫外—可見分光光度計于400～800 nm范圍內掃描，確定其最大吸收波長。

1.5.2 染色深度值(K/S值)

在Datacolor測色配色儀上測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。測試條件為染色織物4層，D65光源，10°標準視場，掃描范圍360～700 nm，讀取最大吸收波長數據，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 耐摩擦色牢度》測試。

耐洗色牢度參照GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗 耐皂洗色牢度》測試。

1.5.4 微生物抑制性能

參照GB/T 20944.3—2008 《紡織品 抗菌性能的評價 第3部分：振蕩法》進行測試。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，用移液槍取100 μL滴在培養基上，37 ℃恒溫恒濕培養18 h，記錄菌落數量。以原布為對照樣，按照下式計算其抑菌率R：

式中：N1為培養一定時間后對照樣的菌落數量；N2為培養一定時間后試樣的菌落數量。

1.5.5 抗紫外線性能

參照GB/T 18830—2009《紡織品 抗紫外線性能的評價》測試。

2 結果與討論

2.1 指甲花桿色素提取液的吸收光譜曲線

稱取2 g植物固體粉末，加入50 mL去離子水，將混合物放入內襯聚四氟乙烯高溫高壓反應釜中，在溫度150 ℃條件下提取20 min得到植物色素提取液。通過測試得到提取液在400～800 nm范圍內的吸光度值，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，指甲花桿色素在可見吸收區內無最大吸收峰，呈現平緩的下降趨勢。當物質吸收波長為460 nm的光后所呈現的顏色為橙黃色，而將所提取的色素稀釋至適當倍數測其吸光度時，溶液顏色也為棕黃色，故選擇460 nm為測量波長。該研究中提取工藝的選擇以及理化性質的測定方面，均以460 nm為測量波長進行討論。

2.2 提取溫度對提取液吸光度的影響

提取溫度對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，提取時間20 min。

圖3 提取溫度對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，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，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，本文實驗選用140 ℃作進一步研究。

2.3 提取時間對提取液吸光度的影響

提取時間對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 提取時間對提取液吸光度的影響

從圖4可以看出，隨著提取時間的延長，提取液的吸光度在不斷增加。在5、10和15 min時的吸光度平均值分別為0.449、0.511、0.577，但是隨著提取時間的進一步延長，到達20 min后，吸光度不再顯著增加。因此，考慮到實驗的時間效率問題，選擇15 min為指甲花桿色素提取液的最佳提取時間。實驗選用15 min的提取時間作進一步研究。

2.4 指甲花桿粉末用量對提取液吸光度的影響

指甲花桿粉末用量對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，粉末用量從1 g增加到2 g時，吸光度值增加率為98.9%；粉末用量從3 g增加到4 g時，吸光度值增加率為23.3%；粉末用量從4 g增加到5 g時，吸光度值幾乎不再增加。可以看出吸光度值隨指甲花桿粉末用量的增加而增加后趨于穩定。因此，提取的最佳粉末用量為4 g，本文實驗將選取4 g粉末用量進行研究。

2.5 染色后羊毛織物的性能測試

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，提取時間15 min，提取溫度140 ℃的條件下得到的染液，對羊毛織物進行直接染色。染色條件：染色溫度100 ℃，染色時間50 min，pH值為4.0。在此條件下，分別對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行測定，結果如表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級及以上。可知染色后羊毛織物具有良好的色牢度。

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微生物的抑制性能結果如圖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要少于未染色的羊毛織物菌落數。通過抑菌率公式計算得知，經過染色后的羊毛織物對金黃色葡萄球菌的抗菌率為25%。因此可以得出，經過指甲花桿提取液染色后的羊毛織物對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的實驗步驟，對經過處理后的織物進行染色，然后測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試結果見表2。

表2 染色前后織物的抗紫外線性能

由表2可以看出，經過指甲花桿提取液染色后的羊毛織物的UPF值遠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，遠大于50，T(UVA)遠小于5%，說明經過指甲花桿提取液染色后的羊毛織物具有優良的抗紫外線效果。

3 結 論

①用亞臨界水法提取指甲花桿色素操作簡單、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，提取時間為15 min，提取溫度為140 ℃。

②指甲花桿色素提取液可以對羊毛進行直接染色，染色最佳工藝條件為：染色溫度100 ℃、染色時間50 min，染液pH值為4.0。而且指甲花桿色素對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，達到4～5級。

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