樟樹葉色素提取及其對毛織物的染色性能

張昊宇，陸曄婷，李建紅，徐俊杰，彭亞倩，李 果，鄧婷允，侯秀良

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

毛織物舒適保暖,深受消費者的喜愛,但毛織物在保存和服用過程中容易產生細菌霉變和遭受蟲蛀。隨著越來越多的毛織物高檔制品進入普通家庭，羊毛的防蛀整理越來越顯出其重要性。目前對毛織物防蛀多采用化學驅殺法[1]，這類方法毒性較強研究開發具有環保、生態特性的植物源防蛀染整制劑來代替部分化學防蛀劑,開發綠色、生態、功能性羊毛制品，對于毛紡織生產的可持續發展有著重要的意義[2]。

樟樹葉含有大量殺蟲活性成分，如D-樟腦、里哪醇[3]，還具有葉綠素、花青素、黃酮類色素[4]?？梢允褂靡掖迹岷蛪A有效地提取樟樹葉色素[5]。從樟樹葉中提取色素并作為天然染料染色毛織物，可為毛織物防蛀與樟樹葉利用開辟新途徑。本文比較了高速破壁、超聲波、熱浸提法3種提取方法，優化了樟樹葉色素提取工藝，對樟樹葉色素作用于毛織物的染色性能進行了研究，并評定了染色毛織物的防蛀效果。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

樟樹葉采購自毫州市鑒證貿易有限公司，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)、面密度237 g/m2，無錫協新毛紡織有限公司。無水乙醇、醋酸、碳酸氫鈉均為分析純，采購自國藥集團化學試劑有限公司。

XO-SM200型超聲-微波儀器(南京先歐儀器制造有限公司)、0965型高速破壁機(美國西屋電氣有限公司)、TU-1901型雙光束紫外可見分光光度計(北京普析通用儀器有限責任公司)、IR DYER瑞比紅外線試色機(廈門瑞比精密機械有限公司)、Color-Eye 7000A型電腦測配色系統(美國Macbeth公司)。

1.2 樟樹葉染料提取方法

首先將樟樹葉洗凈、烘干，并用粉碎機粉碎至0.8 mm以下。分別采用以下3種不同的提取方法進行提?。焊咚倨票诜ā⒊暡ㄌ崛》ā峤岱?。提取溶劑采用質量分數30%～70%乙醇/水混合溶劑，料液比1∶50，提取時間35～60 min。

熱浸提法采用60、70、80 ℃分別提取。高速破壁提取在室溫條件下進行，先將刀片轉速調至42 000 r/min，提取10 min，剩余時間將刀片轉速調為10 500 r/min進行提取。超聲波提取在室溫下進行，超聲功率為480 W，間隔2.0 s。

提取后離心(10 000 r/min, 10 min)，上層清液旋轉蒸發濃縮，凍干后得到樟樹葉染料。

(1)

式中：W1為提取物干質量,mg；W2為樟樹葉的質量,mg。

1.3 樟樹葉提取液吸光度值測試

樟樹葉提取液色素濃度采用紫外-可見光吸光度測試。取離心后的樟樹葉提取液上清液稀釋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)，得到樟樹葉提取液的UV-Vis吸收曲線，通過吸光度曲線輔助分析提取效率。

1.4 樟樹葉色素提取液染色方法

采用高速破壁法提取不同乙醇質量分數所得的色素提取液對毛織物進行染色。染料用量10%(owf)，染浴 pH 值為 3～5(利用醋酸與碳酸鈉調節pH 值)， 浴比 1 ∶ 50，,常溫起染，升溫速率2 ℃/min, 升溫至染色溫度95 ℃后保溫60 min[6]。

1.5 染色毛織物顏色深度測試

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。

1.6 染色毛織物防蛀性能測試

按照FZ/T 20004—2009《利用生物分析防蟲蛀性能的方法》測試直接染色之后毛織物的防蛀性能，采用黑皮蠹蟲[7]進行防蛀檢測實驗。目測評定防蛀效果，計算染色后試樣與對照蛀蝕試樣因蛀蝕的質量損失Δm，Δm計算公式見(2)。

(2)

式中：m0為加入幼蟲前的試樣或控制蛀蝕的試樣質量mg；ml為移去幼蟲后的試樣或控制蛀蝕的試樣質量,mg；m2為控制回潮試樣原質量的平均質量,mg；m3為控制回潮試樣最后質量的平均質量,mg。

2 結果與討論

2.1 樟樹葉提取工藝優化

2.1.1 不同提取方法對樟樹葉提取的影響

以質量分數50%乙醇作為溶劑，3種不同提取方法樟樹葉色素提取液吸光度曲線如圖1所示。

圖1 不同提取方法色素提取液吸光度曲線

由圖1看出，高速破壁法所得到的提取液吸光度值最高，其次是70 ℃熱浸提法。熱浸提法80、60 ℃與超聲波提取法得到樟樹葉提取物液吸光度值較低。3種不同提取方法樟樹葉提取物得率如表1所示。可知，通過高速破壁提取物得率最高，能達到17.17%；不同提取方法的提取物得率高低關系與吸光度曲線一致。綜合來看，高速破壁法更有利于樟樹葉色素的提取，對樟樹提取得率提升較其他方法而言比較顯著。高速破壁法提取溫度容易控制，室溫下植物組分不易受到破壞，且高速破壁法利用高速旋轉的刀片更加充分地打破細胞壁壘，使樟樹葉中的組分更容易溶出[8]。而超聲波儀器提取溫度較難控制，可能使色素溶解不充分從而提取液顏色較淡。使用熱浸提法進行提取時，溫度升高有利于樟樹葉中各類色素組分的溶解，故70 ℃熱浸提取液吸光度、提取物得率均要高于60 ℃，而當溫度升高至80 ℃時，部分組分可能因溫度過高而遭到破壞，從而導致80 ℃下提取液顏色變淺，提取物得率降低。

表1 不同提取方法樟樹葉提取物得率 %

2.1.2 提取時間對提取液吸光度的影響

不同提取方法所得樟樹葉提取液在400 nm處吸光度[5]如圖2所示?？梢姼咚倨票诜ㄌ崛￠_始時吸光度值迅速增加，10 min后逐漸穩定，提取速率最快。60、70、80 ℃熱浸提法提取液吸光度開始時增加較為迅速，10 min之后增速放緩，35 min趨于平穩，但仍有些許增加，這可能是溫度較高，加深了提取液的顏色。而超聲波法提取樟樹葉提取液吸光度值在開始10 min內增加迅速，10 min之后吸光度值又大幅度減少，至35 min時開始回升，65 min時吸光度值基本平穩。這可能是由于超聲波提取時，物料和溶劑不均勻且操作空間受限，難以攪勻，導致容器內提取物溶解不充分造成偏差。在提取過程中，高速破壁法提取液吸光度值均最高，其次70 ℃熱浸提法、超聲波法提取、60 ℃熱浸提法、80 ℃熱浸提法，這與圖1、表1所得結論相一致。因此，樟樹葉提取時間應在35 min左右為宜。綜合考慮，后續實驗采用高速破壁法進行提取。

圖2 不同提取方法提取液在波長400 nm處吸光度值隨提取時間的變化

2.1.3 乙醇質量分數對高速破壁法提取得率的影響

不同質量分數乙醇提取液400 nm吸光度隨提取時間的變化如圖3所示?？梢?，不同質量分數乙醇高速破壁法提取液吸光度均在提取5 min內迅速增加，后逐漸平穩，提取15 min以后基本穩定，故高速破壁法提取時間為15 min左右。其中70%乙醇提取液吸光度最大，其次為60%乙醇提取液，而純水提取液吸光度最小。不同乙醇質量分數提取物得率見表2?？芍掖假|量分數70%時樟樹葉提取物得率最高，其次是在乙醇質量分數為60%時，提取物得率最低。這可能是由于樟樹葉中含有小部分水溶性物質和大量醇溶性比較好的物質。如葉綠素和一些萜類化合物，醇溶性更好。因此，70%乙醇提取的得率最高，50%乙醇與60%乙醇提取得物率較高，數值與70%乙醇接近，而純溶劑難以充分溶解，故純乙醇和水提取液顏色淺，得率低。

表2 不同乙醇質量分數樟樹葉提取物得率 %

圖3 不同質量分數乙醇提取液400 nm吸光度隨提取時間的變化

2.2 乙醇質量分數對樟樹葉提取物染色性能的影響

不同質量分數乙醇條件下所得樟樹葉提取物染色毛織物的顏色特征值如表3所示?？梢姡?0%乙醇所得提取物染色毛織物K/S值最高，為4.92；其次為70%乙醇、50%乙醇，其中70%乙醇提取物毛織物染色顏色深度與60%乙醇提取物所染織物差異很小，而純水提取物染色毛織物顏色最淺。這可能是由于，樟樹葉提取物中的染色成分大部分醇溶性更好，且在乙醇質量分數為60%～70%提取效果好[9]，故60%乙醇提取物染色顏色最深，而純水提取物中染色最淺。綜合考慮不同比例乙醇的提取得率與染色性能，選用60%乙醇進行提取與染色為最佳比例。

表3 不同乙醇質量分數提取物染色毛織物顏色特征值

2.3 染液pH值對60%乙醇樟樹葉提取物染色毛織物的影響

不同染液pH值染色毛織物顏色特征值如表4所示。

表4 不同染液pH值染色毛織物顏色特征值

染液pH值為5條件下，毛織物染色樣布的K/S值最大，為9.10，提取染液pH值為3和4的條件下染色毛織物K/S值接近，分別為7.66、7.32，因此染液pH值為5時染色效果較好。這是因為等電點會影響一定pH值下的染料溶解度，羊毛纖維等電點為4.5～4.8，一般來說染液pH值在此范圍時，毛織物可獲得較大上染百分率[10]。

2.4 染色毛織物的防蛀性能

將高速破壁法60%乙醇提取物染色的毛織物進行防蛀測試，表面損害與蛀蝕破洞判定見表5，毛織物防蛀性能測試結果見表6。由表6可知，與未染色對照樣品相比，樟樹葉提取液染色樣品表面可見損害目測狀況由嚴重損害改善為中等程度損害，損害等級由4D提升至3C，試樣質量損失顯著降低，樣品破損減少，幼蟲化蛹數量減少。這可能是由于樟樹葉中含有的D-樟腦、里哪醇、樟腦酮、芳樟醇等物質起到了有效的防蛀效果，其對蟲類具有拒食、觸殺作用[11]，從而抑制蛀蟲生長?？傮w來看，60%乙醇提取物染色毛織物具有一定的防蛀效果，毛織物質量損失比例減少了13.8%。

表5 評定織物可見表面損害與蛀蝕破洞

表6 樟樹葉提取物染色毛織物防蛀性能

3 結 論

通過實驗與檢測，獲得了提取樟樹葉色素的最優工藝，樟樹葉提取液染色毛織物也有了一定的防蛀效果。在高速破壁法、超聲波提取法和熱浸提法3種不同提取方法中，高速破壁法提取物得率高，提取液顏色最深，提取時間短，效率高。并且當提取液中乙醇質量分數為60%時，樟樹葉提取物得率達到17.37%，提取物染色效果好，染色毛織物K/S值最大，可達到4.92；染液pH值為5時，染色毛織物K/S值最大，可達9.10，此條件下所獲得的樟樹葉色素染色的毛織物有明顯的防蛀效果，毛織物質量損失比例減少了13.8%。