食用色素辣椒紅對粘膠織物的媒染染色

宋 鈺，劉 伶，關 昶，劉 群

(吉林化工學院石油化工學院，吉林吉林 132022)

食用色素是用于改變物品外觀促進食欲的可食用染料，根據來源分為天然和人工合成2種[1]。辣椒紅色素是存在于成熟紅辣椒中的四萜類橙紅色色素，屬于類胡蘿卜素，主要由辣椒紅素、辣椒玉紅素、β－胡蘿卜素和玉米黃素組成[2]，是目前國際上公認的最好的紅色素。純的辣椒紅色素為深胭脂紅色針狀晶體[3]，色澤鮮艷、著色力強、安全無毒，具有能燃燒脂肪、止痛祛濕、預防癌癥的功效，多用于食品、飼料、化妝品和醫藥等領域[4]。我國辣椒資源豐富，開發辣椒紅色素具有廣泛的應用前景[5]。

由于辣椒紅結構與酸性染料類似，一般此類天然染料多采用媒染法或酸性浴直接染色[6]。李鳳艷等[7]以硫酸亞鐵為媒染劑，用綠茶提取液對棉織物進行媒染，探究了媒染方式及后媒染工藝對染色性能的影響[7]；張林龍[8]使用天然桑椹對真絲織物進行媒染，織物染色深度和色牢度均有較大提升；任燕飛等[9]采用鐵觀音茶提取液對羊毛織物進行酸性浴直接染色，獲得的織物耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度良好，抑菌率隨染液pH值增加而降低。

玉米醇溶蛋白(zein)由玉米淀粉加工而來，目前主要應用于飼料工業[10]。由于其特殊的氨基酸組成使得其具有獨特的溶解性和成膜性，當玉米醇溶蛋白溶液涂布后，隨著溶劑的揮發，可以形成醇溶蛋白膜[11－12]。這種膜具有良好的阻隔水分和氧氣的性質[13－14]。根據玉米醇溶蛋白膜的特性，可以加以利用制成天然類固色劑，涂覆在纖維表面形成薄膜，增加染料的溶落難度，從而提高濕處理色牢度。

本文研究了食用色素辣椒紅以硫酸鋁為媒染劑，對粘膠纖維進行媒染染色工藝。并針對出現的染色牢度差等問題，對粘膠織物進行玉米醇溶蛋白處理固色。

1 實驗部分

1.1 材料及試劑

材料:純粘膠平紋織物(紗線線密度15.7 tex，市售)。

試劑:辣椒紅色素(浙江多味化工有限公司)；玉米醇溶蛋白液(zein液，自制)；單寧酸、硫酸銅、硫酸鋁、硫酸鋅、氨水、醋酸(分析純，天津市大茂化學試劑廠)。

1.2 儀器及設備

HG-TC200B染色機(廣州鴻靖實驗設備有限公司)，752紫外可見分光光度計(上海菁華科技儀器有限公司)，摩擦色牢度儀(溫州方圓儀器有限公司)，SW-12 A型耐洗色牢度試驗機(溫州方圓儀器有限公司)，PHS-3CW型數字式酸度計(上海般特儀器制造有限公司)，DatacolorSF600X型電腦測色配色儀(美國X-Rite公司)。

1.3 色素標準工作曲線的繪制

制備0.10 g/L辣椒紅色素儲備液，使用分光光度計找出最大吸收波長λmax＝510 nm。由儲備液稀釋，制備質量濃度為 0.01、0.02、0.03、0.04 和0.05 g/L的染液，以去離子水為空白對照組，在波長為510 nm處測定吸光度。標準工作曲線如圖1所示，其中 R2＝0.995 36。

圖1 辣椒紅色素標準工作曲線

1.4 實驗方法

1.4.1 辣椒紅色素對粘膠織物的染色

采用直接、預媒、同媒和后媒染色法染色。色素用量5.0%(owf)，浴比1∶50，80 ℃染色30 min，染液pH值4.0～4.5(以醋酸和氨水調節)，媒染劑用量5.0%(owf)，預媒、后媒染色工藝均為60℃媒染處理30 min。水洗烘干。

1.4.2 玉米醇溶蛋白固色

將染色后織物在自制的玉米醇溶蛋白液中常溫下多次浸軋，浴比1∶50，40℃烘干。

1.5 測試方法和標準

色牢度測試:染色后織物耐摩擦色牢度按照GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗 耐摩擦色牢度》測定；耐皂洗色牢度按照GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗耐皂洗色牢度》測定。采用GB/T 8424.1—2001《紡織品 色牢度試驗 表面顏色的測定通則》進行評級。

顏色特征值:試樣的 K/S值、L*、a*、b*值在Datacolor SF600X型電腦測色配色儀上測定，D65光源，10°觀察視角。每個試樣測量4次，取平均值。

上染百分率:采用殘液比色法，在752紫外可見分光光度計上染液最大吸收波長處測定吸光度，根據標準工作曲線得出對應質量濃度，按照下式計算上染百分率:

式中:C1殘液吸光度對應的色素質量濃度，g/L；C0原液吸光度對應的色素質量濃度，g/L。

2 結果與討論

2.1 媒染劑及媒染方法對染色效果的影響

不同的媒染劑對染色織物的色相有影響，由單寧酸媒染和硫酸銅媒染可以得到淺紅色織物，硫酸鋅媒染和直接染色可以得到粉紅色織物，硫酸鋁媒染可以得到艷紅色織物。表1示出不同媒染劑的染色特征值及染色牢度。可知，從K/S值及Lab值來看，在辣椒紅色素染色中，適合同浴媒染的媒染劑是硫酸銅和硫酸鋁，適合后媒染的媒染劑是單寧酸和硫酸鋅。在上染百分率方面，以硫酸鋁為媒染劑，采用4種媒染方法對粘膠織物染色時，發現同浴媒染＞后媒染＞前媒染＞直接染色。所以以硫酸鋁為媒染劑進行同浴媒染效果更好。分析染色織物色牢度發現，雖然織物經過媒染后耐摩擦色牢度能提高1～2級，基本可以達到3級或3級以上，但并未有效改善耐皂洗色牢度，仍無法滿足實用需求。其原因主要是食品級的天然色素缺乏與媒染劑、纖維產生牢固鍵合的基團，所交聯的氫鍵數量較少，色素親和力小，直接性差。所以在染色后處理中需要尋找固色手段改善耐皂洗色牢度。

以下媒染工藝討論均以硫酸鋁為媒染劑，同浴媒染進行實驗。

表1 不同媒染劑在媒染下的染色特征值及染色牢度

2.2 媒染時間對K/S值的影響

改變媒染時間，所得織物K/S值的變化如圖2所示。

圖2 媒染時間對K/S值的影響

由圖2可知，在辣椒紅色素染色中，隨著媒染時間的增加，由于存在色素濃度梯度，織物不斷吸附辣椒紅色素，產生物理吸附和由媒染劑產生的絡合，K/S值逐漸增加，當時間達到45 min左右時，上染量達到最大，時間繼續增加，織物K/S值不再變化，故初步控制媒染時間為45 min。

2.3 媒染溫度對K/S值的影響

改變媒染溫度，所得織物K/S值的變化如圖3所示。

圖3 媒染溫度對K/S值的影響

由圖3可知，在辣椒紅色素染色中，由于染色過程是吸熱過程，當染色時間相同時，K/S值隨染色溫度增加而增加，在90℃左右達到最大值，繼續加熱，K/S值開始略微下降后趨于平衡。也有可能由于媒染劑硫酸鋁在90℃左右條件下與織物結合達到最大值，使之與辣椒紅色素結合的絡合物也達到最大值，此后，織物上媒染劑濃度不再增加，反而會因溫度升高導致分子熱運動增加，產生的絡合被破壞，使色素又重新溶解到染液中，K/S值降低。所以以硫酸鋁為媒染劑時，初步控制媒染溫度為90℃。

2.4 媒染劑用量對K/S值的影響

改變媒染劑用量，所得織物K/S值的變化如圖4所示。

圖4 媒染劑用量對K/S值的影響

由圖4可知，在辣椒紅色素染色中溫度時間確定時，K/S值隨媒染劑用量增加而增加，當媒染劑量為4.0%(owf)時，K/S值達到最大，織物上的媒染劑量達到飽和，繼續添加媒染劑染色效果反而下降。硫酸鋁用量為4.0%(owf)時染色效果較好，所以控制媒染劑用量為4.0%(owf)。

2.5 染色pH值對K/S值的影響

染色時染液pH值對織物得色量的影響如圖5所示。

圖5 染液pH值對K/S值的影響

由圖5可知，當染液pH值為4.0時織物染色K/S值較高。由于所用媒染劑為硫酸鋁，當pH值較大時，染液中的鋁離子會反應生成氫氧化鋁產生沉淀，導致與色素產生螯合物的鋁離子數量減少，使染色效果顯著變差，而當pH值較小時，由于辣椒紅色素具有與酸性染料類似的性質，其上染百分率較低。因此染色pH值調節為4.0左右較為合適。

2.6 玉米醇溶蛋白液固色

由于食品級的天然色素自身性質導致染色牢度較差，因此在確定其染色工藝后需進行固色處理，以滿足實際需求。本文使用玉米醇溶蛋白液固色。將染色后的織物經玉米醇溶蛋白液處理后，織物的K/S值、Lab值及色牢度如表2所示。

表2 經zein液固色處理后織物的K/S值、Lab值及色牢度

由表2可知，經zein液處理過的織物并不影響原染色織物的各項特征值，并且由于在織物纖維表面形成保護膜，使色素溶落減少，大大提高了織物的濕處理色牢度，可滿足實際需求。

3 結 論

① 使用食品色素辣椒紅對粘膠織物進行染色，通過比較媒染劑種類和媒染方法，以Ｋ / Ｓ 值及Ｌａｂ值為標準，認為辣椒紅色素適合同浴媒染的媒染劑是硫酸銅和硫酸鋁，適合后媒染的媒染劑是單寧酸和硫酸鋅。最后綜合確定以硫酸鋁為媒染劑在同浴媒染下的染色效果較好。

②在以硫酸鋁為媒染劑同浴媒染下，辣椒紅色素對粘膠織物染色適宜條件是:媒染時間45 min，溫度90℃，硫酸鋁用量4.0%(owf)，pH值4.0。經媒染處理后的織物色澤鮮艷，K/S值達到4.0，耐摩擦色牢度能達到3級以上，但皂洗變色牢度僅能達到1～2級。

③通過玉米醇溶蛋白液處理織物可以提高染色織物的耐摩擦色牢度1～2級，耐皂洗色牢度3～4級，而且不影響染色織物的色相，由于不添加其他化學試劑，對織物和染料其他性能也不存在影響。