核桃分心木單寧提取及其對羊毛的染色工藝

蔣紅芝，覃 微，李海冬

(廣西農業職業技術大學，廣西 南寧 530007)

核桃分心木，別名胡桃夾，是指核桃內的木質隔膜，呈薄片狀，表面淡棕色，略有光澤，質脆，易折斷，味苦澀，性平，無毒。分心木可藥食兩用，常用于泡茶飲用，具有補腎，治療尿頻、腰酸等功效。分心木含有黃酮[1]、單寧等有效成分，有待進一步開發利用。

山核桃、茶油等植物的樹皮、果皮中含有大量的單寧[2-4]，單寧是一種水溶性多酚類物質，具有苦澀味。單寧在染整加工中應用廣泛，特別是可用作蠶絲、羊毛等蛋白質纖維染黑色的染料，其原理是單寧與鐵鹽絡合[5-7]。目前，對核桃殼研究較多，對核桃分心木有效成分的提取與染色方面的研究報道很少。在前期研究[8]的基礎上，本文以核桃分心木為原料，比較純化水、乙醇2種溶劑對單寧的提取率的影響；采用單因素試驗及正交試驗確定最佳提取工藝；采用濃縮液對羊毛進行同浴媒染，研究染色溫度、染色時間、料液比、染浴pH值、媒染劑用量5個因素對羊毛染色的影響，以期為核桃分心木提取液用于蛋白質(含白發)染色提供參考。

1 試 驗

1.1 試驗材料

原材料：核桃分心木，產自新疆；純羊毛線(紗線線密度113.6 tex×4，恒源祥(集團)有限公司)。

試劑：丹寧酸對照品(純度≥98%，上海源葉生物科技有限公司)；無水乙醇、硫酸亞鐵、鹽酸、乙醇胺等，均為分析純。

儀器：Heratherm OMS180電熱恒溫鼓風干燥機(塞默飛科技有限公司)；RRH-00型高速多功能粉碎機(上海緣沃工貿有限公司)；AS 220 R2電子分析天平(蘇州培科試驗儀器科技有限公司)；SB-5200D超聲波清洗機(功率200 W，寧波新藝超聲設備有限公司)；SHB-Ⅲ循環水式多用真空泵(鄭州長城科工貿有限公司)；TU-1901雙光束紫外-可見分光光度計(北京普析通用儀器有限公司)；RE-3000A旋轉蒸發儀器(上海亞榮生化儀器廠)；HH-6數顯恒溫水浴鍋(國華(常州)儀器制造有限公司)；Color Reader CR-10 色差儀(日本柯尼卡美能達有限公司)。

1.2 試驗方法

1.2.1 標準曲線的制作

準確稱取0.020 5 g丹寧酸對照品置于50 mL容量瓶中，加純化水溶解并定容至刻度，搖勻，即制得0.410 mg/mL(410 μg/mL)單寧標準溶液。

準確移取0、0.25、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50 mL單寧標準溶液分別加入50 mL容量瓶中，加純化水稀釋至刻度，搖勻。取2.0 mL稀釋至50 mL 的溶液，在200～400 nm波長范圍內進行光譜掃描，確定最大吸收波長。在最大吸收波長275 nm處測定標準系列的吸光度A，繪制c-A標準曲線，得方程c=26.530 35A+0.009 32，R=0.999 7。其中：c為單寧質量濃度，μg/mL；A為吸光度。

1.2.2 核桃分心木單寧的提取及含量測定

將核桃分心木在50 ℃下干燥，粉碎，過250 μm(60目)標準篩，備用。

溶劑選擇：準確稱取0.50 g核桃分心木粉末2份，分別置于100 mL具塞錐形瓶中，1份加50 mL純化水、另1份加50%乙醇水溶液，于50 ℃超聲波提取30 min，冷卻，真空抽濾，定容至100 mL。取2.0 mL稀釋至50 mL 的溶液，在200～400 nm波長范圍內進行光譜掃描，測定最大吸收波長275 nm處的吸光度，比較提取率。經測試，水提、醇提(乙醇體積分數50%)提取率分別為1.30%、3.65%。故選擇乙醇溶液作為提取劑。

單寧的提取及含量測定：準確稱量0.250 0 g核桃分心木粉末，放入100 mL具塞錐形瓶中，加入一定量的乙醇，按規定時間在超聲波清洗機中提取，提取完成后冷卻，真空抽濾，得單寧粗提取液，用純化水定容至50 mL。再準確量取0.5 mL或1.5 mL稀釋至50 mL的溶液，測定吸光度，計算提取率。平行測試3次，取平均值。

式中：c為單寧質量濃度，μg/mL；V為提取液定容的體積，mL；n為稀釋倍數；m為分心木質量，g。

1.2.3 單因素試驗

選取乙醇體積分數、超聲波處理時間、料液比、提取溫度進行單因素試驗。分析4個因素對單寧提取率的影響，選取最佳提取條件。

1.2.4 正交試驗設計

以單因素試驗結果為基礎，核桃分心木單寧提取率為指標，乙醇體積分數A、超聲波處理時間B、料液比C、提取溫度D為影響因素，設計L9(34)正交試驗。

1.2.5 核桃分心木濃縮液羊毛染色試驗

采用減壓濃縮核桃分心木提取液，回收乙醇、濃縮液備用。以濃縮液加純化水1∶1的比例作為染液(500 mL/L)。改變染色條件(染色溫度、染色時間、料液比、pH值、媒染劑硫酸亞鐵質量濃度)，采用同浴媒染法對羊毛進行染色，染色結束后水洗和烘干。測定不同條件下染色羊毛的色度值，即L*、a*、b*值[9]，選取最佳染色工藝。

染色工藝流程：染液→室溫入染→加媒染劑→加乙酸或乙醇胺調節pH值→升溫至染色溫度(3 ℃/min)→保溫至染色時間→降溫→水洗→晾干。

染色工藝曲線[10]如圖1所示。

圖1 染色工藝曲線Fig.1 Dyeing process curve

2 結果與分析

2.1 核桃分心木單寧提取率的影響因素

2.1.1 乙醇體積分數對單寧提取率的影響

固定超聲波功率200 W，料液比1∶200、提取溫度50 ℃、超聲波處理時間30 min，不同乙醇體積分數的單寧提取率測試結果如圖2所示。可見，單寧提取率隨乙醇體積分數增加呈現先增后減再增趨勢。乙醇體積分數為50%時達到最高提取率6.09%，故選取體積分數50%為最佳提取乙醇體積分數。

圖2 乙醇體積分數對單寧提取率的影響Fig.2 Effect of ethanol volume fraction on tannin extraction rate

2.1.2 超聲波處理時間對單寧提取率的影響

固定超聲波功率200 W，乙醇體積分數50%、料液比1∶200，提取溫度50 ℃，超聲波處理時間對單寧提取率的影響如圖3所示。可見，單寧提取率隨著超聲波處理時間的增加而增高，至45 min的峰值后提取率下降。這是時間太長導致提取出的單寧與空氣接觸氧化所致[3]，故選取45 min為最佳超聲波處理時間。

圖3 超聲波處理時間對單寧提取率的影響Fig.3 Effect of ultrasonic treatment time on tannin extraction rate

2.1.3 料液比對單寧提取率的影響

固定超聲波功率200 W，乙醇體積分數50%，超聲波處理時間45 min，提取溫度50 ℃，不同料液比的單寧提取率如圖4所示。可見，料液比在1∶80時，核桃分心木單寧提取率最高，達6.01%。故選取1∶80為最佳料液比。

圖4 料液比對單寧提取率的影響Fig.4 Effect of material liquid ratio on tannin extraction rate

2.1.4 提取溫度對單寧提取率的影響

固定超聲波功率200 W，乙醇體積分數50%，料液比1∶80,超聲波處理時間45 min，不同提取溫度的單寧提取率如圖5所示。可見，單寧提取率隨溫度的增高而提高，當提取溫度高于50 ℃時，分心木單寧提取率反而下降。這可能是因為溫度過高導致多酚類單寧物質氧化或變性[4]，故選取50 ℃為最佳提取溫度。

圖5 提取溫度對單寧提取率的影響Fig.5 Effect of extraction temperature on tannin extraction rate

2.2 正交試驗結果與分析

以核桃分心木的提取率為考察指標，設計L9(34)正交試驗，試驗結果見表1。由表可知，影響核桃分心木單寧提取率的各因素，主次順序為提取溫度D>料液比C>超聲波處理時間B>乙醇體積分數A，核桃分心木單寧的最優提取工藝為A2B1C2D3，即乙醇體積分數50%、超聲波處理時間40 min、料液比1∶80、提取溫度55 ℃。試驗驗證最佳組合，分心木單寧提取率為6.73%，與最優提取工藝試驗4結果相接近，表明該組數據的真實性。

表1 正交試驗結果Tab.1 Results of orthogonal test

2.3 羊毛染色結果分析

染色結果以目視比色、色差儀測定的明度值L*、紅綠色彩指數a*、黃藍色彩指數b*作為考察指標，比較羊毛上染情況。本文試驗目的是羊毛染黑，故比較以L*值為主。L*值越小，顏色越接近黑色。

2.3.1 染色溫度對羊毛染色的影響

固定料液比1∶300，硫酸亞鐵質量濃度2 g/L，pH值10，恒溫水浴染色30 min，考察染色溫度對羊毛染色效果。通過目視比色看出，80 ℃上染羊毛的顏色最深。色度值測定結果見表2。可見，隨著溫度提高，明度值L*下降，80 ℃時達到最低值35.2。因為隨溫度升高，羊毛表面的鱗片層張開，且色素分子活性增加，有利于色素分子擴散并上染羊毛[6]。綜合2項分析，選取80 ℃為羊毛染色的水浴溫度。

表2 染色溫度對色度值的影響Tab.2 Effect of dyeing temperature on color difference

2.3.2 染色時間對羊毛染色的影響

固定料液比1∶300，硫酸亞鐵質量濃度2 g/L，pH值10，染色溫度80 ℃，考察染色時間對色度值的影響，結果見表3。可見，時間到達40 min時，羊毛的明度值L*最低，為37.5。隨著時間的增加，單寧提取液的色素分子與羊毛中的纖維相結合，使得羊毛上染出較深的顏色，故選取40 min為羊毛染色時間。

表3 染色時間對色度值的影響Tab.3 Effect of dyeing time on color difference

2.3.3 料液比對羊毛染色的影響

在硫酸亞鐵質量濃度2 g/L，pH值10的條件下恒溫80 ℃染色40 min，考察料液比對色度值的影響，結果見4。可見，當料液比為1∶100時，明度值L*達到最低36.0。隨著羊毛質量的增加，羊毛與浸提液接觸面積增大，羊毛吸附色素量多，羊毛上色較深。當料液比達1∶75時，羊毛明度值L*變化不明顯，吸附已達飽和，故選擇料液比1∶100進行染色。

表4 料液比對色度值的影響Tab.4 Effect of material-liquid ratio on color difference

2.3.4 pH值對羊毛染色的影響

固定料液比1∶100，硫酸亞鐵質量濃度2 g/L，改變染浴pH值，恒溫80 ℃染色40 min，考察pH值對色度值的影響，結果見表5。可見，pH值為6時，明度值L*達46.6，羊毛上染的顏色較深，表明在弱酸性條件下，羊毛染黑效果較好。當溶液pH值為3時，羊毛明度值L*為53.5，黃藍色彩指數b*值由+11.0增加至+12.3，樣品偏黃。因為酸性條件不利于鐵離子與單寧結合，羊毛上色較淺[6]。溶液pH值小于羊毛等電點(pH值4.8)時，羊毛帶正電，與SO42+結合的機會多[11]。羊毛在堿性條件下鱗片容易受損傷，故選擇羊毛染黑色的最佳pH值為6。

表5 pH值對色度值的影響Tab.5 Effect of pH value on color difference

2.3.5 媒染劑質量濃度對羊毛染色的影響

固定料液比1∶100，pH值6，恒溫80 ℃染色40 min，考察媒染劑質量濃度對羊毛染色效果的影響，結果見表6。可見，媒染劑質量濃度為3 g/L時，明度值L*最低至38.2，羊毛染出較深的顏色。媒染時，鐵離子與羊毛纖維配位基發生反應，增加用量有利于配合物的形成[12]。當媒染劑質量濃度為4 g/L時，明度值L*反而增大，這可能是因為媒染劑質量濃度增加，媒染劑與羊毛及單寧的結合達到飽和狀態。當媒染劑過量時與染液結合，減弱了染料分子與羊毛之間的親和力，導致上染百分率降低[13]，羊毛上染顏色變淺，故選擇媒染劑質量濃度3 g/L進行羊毛染色。

表6 媒染劑質量濃度對色度值的影響Tab.6 Effect of mordant concentration on color difference

2.4 羊毛染色驗證試驗結果分析

在羊毛染色單因素試驗結果的基礎上，得出羊毛的最佳染色工藝為：料液比1∶100、硫酸亞鐵質量濃度3 g/L、pH值6、染色溫度80 ℃、染色時間40 min，在此條件下進行羊毛染色試驗驗證，染出的羊毛L*為36.2，a*為+4.1、b*為+3.8，表明最佳染色工藝對羊毛上色效果較好。驗證試驗中加入的白發也能上色。同時最佳染色工藝條件下，不加媒染劑硫酸亞鐵也能上染羊毛，染出的羊毛L*為46.4，a*為+12.6，b*為+15.5。

3 結 論

以乙醇為溶劑、采用超聲波輔助提取核桃分心木中的單寧，并用濃縮液對羊毛染色，得到以下結論：

①以乙醇為溶劑，超聲波輔助提取單寧，具有高效、安全的特點，且提取液易保存、易濃縮。

②優化的核桃分心木單寧提取工藝為：超聲波功率200 W，乙醇體積分數50%、料液比1∶80、提取溫度55 ℃、超聲波處理時間40 min，單寧提取率達6.73%。

③用濃縮液對羊毛進行同浴媒染，染深色的最佳工藝為：料液比1∶100、硫酸亞鐵質量濃度3 g/L、pH值6、染色溫度80 ℃、染色時間40 min。