石榴皮色素的提取及其在棉織物染色上的應用

武利利 劉秋果 康慧琪 許文莉 徐珍珍 劉佩佳

河南科技學院 服裝學院(中國)

石榴皮為中國傳統中藥的一種，具有清熱、解毒等功效。石榴皮的主要成分是鞣花酸類物質，其具有一定的抗菌、抗氧化與抗癌功能。石榴皮內含有黃色物質，是一種良好的黃色植物染料。作為天然植物染料，石榴皮具有較好的生物可降解性和環境相容性。石榴皮提取物在紡織染整、醫療保健、化妝品等領域具有較大的應用價值[1-2]。近年來的研究表明，石榴皮染料對常用織物具有較好的上染效果，同時具有一定的防紫外功能[3-4]。棉織物具有手感柔軟、吸濕性好、不悶熱等特點，其穿著舒適性較好，是常見的天然服裝用材料。基于“綠色環保，生態振興”的理念，本文從石榴皮中提取天然植物染料，對棉織物進行染色試驗，研究石榴皮色素在棉織物上的染色應用，探討提取溶劑類型及提取時間對石榴皮色素提取效果的影響，以及提取溫度與染色溫度對棉織物上染效果的影響。研究為石榴皮色素在棉織物上的染色應用提供參考。

1 試驗

1.1 材料、試劑與儀器

材料：平紋純棉織物，面密度為93 g/m2；石榴皮，來源于河南新鄉種植的石榴。

試劑：乙醇溶液，質量分數為20%，天津市天力化學試劑有限公司；鹽酸和氫氧化鈉，天津市天力化學試劑有限公司。

儀器：752 N型紫外分光光度計(上海儀電分析儀器有限公司)，FW200型高速萬能粉碎機(北京中興偉業儀器有限公司)，恒溫水浴鍋(北京永光明儀器醫療儀器廠)，電子天平(上海精天電子儀器有限公司)，YG909-II 型紡織品防紫外線測試儀(溫州方圓儀器有限公司)，MAX型光譜測色儀(深圳三恩馳科技有限公司)。

1.2 石榴皮色素提取及染色

1.2.1 石榴皮色素的提取

采用FW200型高速萬能粉碎機將石榴皮粉碎，配制料液質量濃度為25 g/L的混合液。分別采用水和3種不同pH值(pH=4～5、pH=7、pH=8～9)的乙醇溶液提取石榴皮色素。試驗采用鹽酸和氫氧化鈉調節乙醇溶液的pH值。設置不同提取時間(40、60和80 min)進行石榴皮色素的提取。

1.2.2 石榴皮色素的直接染色

采用直接染色法，按照浴比1∶100，采用以水作為提取溶劑的石榴皮色素提取液對棉織物進行染色，探討不同溫度條件對以水為提取溶劑的石榴皮色素提取及棉織物染色效果的影響。采用表1所示的石榴皮色素提取與染色溫度參數，對棉織物進行染色，獲得4塊不同工藝條件下的染色棉織物。

表1 石榴皮色素提取與染色溫度參數

1.3 染色效果表征

采用MAX型光譜測色儀，測試經石榴皮色素染色的棉織物的顏色特征值與染色深度(K/S值)。每種染色試樣取5個不同部位進行測試，結果取平均值[5]。

采用752 N型紫外分光光度計，測定染色前后石榴皮色素提取液的吸光度，根據式(1)計算上染率。

(1)

式中：A0——染色前染液稀釋m倍后的吸光度；

A1——染色后染液稀釋n倍后的吸光度；

m，n——染液稀釋倍數。

1.4 防紫外線特征測定

采用YG909-II型紡織品防紫外線測試儀，測試石榴皮色素染色棉織物的防紫外線性能。每種染色棉織物試樣測試3次，結果取平均值。

2 結果與討論

2.1 石榴皮色素提取液的吸光度

2.1.1 不同溶劑提取的石榴皮色素提取液的吸光度

在60 ℃恒溫水浴條件下，分別采用水和不同pH值的乙醇溶液提取石榴皮色素，抽濾后，稀釋一定倍數，在波長為200～600 nm下進行吸光度測試[6-7]。不同提取時間下，不同溶劑提取的石榴皮色素提取液的吸光度如圖1和圖2所示。由圖1可以看出，提取時間為40 min和60 min條件下，水提取的石榴皮色素提取液的吸光度高于采用不同pH值乙醇溶液提取的石榴皮色素提取液的吸光度；提取時間為80 min時，以pH為8～9的乙醇溶液為溶劑，所得石榴皮色素提取液的吸光度相對較高，原因是石榴皮中含有鞣花酸這種多元酚類物質，隨著提取時間的延長，其在堿性條件下能更好地發生反應，有助于石榴皮色素的提取。由圖1還可以看出，石榴皮色素提取液的吸光度在紫外光區(200～400 nm)有較大值出現，表明其具有一定的紫外吸收能力[8]。

圖1 不同溶劑提取不同時間后所得石榴皮色素提取液的吸光度

圖2 以水為溶劑提取不同時間后所得石榴皮色素提取液的吸光度

2.1.2 以水為溶劑提取的石榴皮色素提取液的吸光度

由圖2可以看出，采用水作為溶劑提取石榴皮色素，提取時間為60 min時，石榴皮色素提取液的吸光度最高，隨著提取時間的延長，吸光度有所下降。這可能與石榴皮中部分化學成分發生了溶解反應有關。由對石榴皮色素提取液吸光度的分析，結合生產成本因素可知，選擇水作為提取溶劑，并將提取時間設置為60 min，既可較好地提取石榴皮色素，又可降低成本，經濟環保。因此本文采用水作為溶劑，在表1所示的溫度參數下提取石榴皮色素并上染棉織物，得到4種染色棉織物試樣。不同提取溫度下石榴皮色素提取液的吸光度如圖3所示。由圖3可以看出，在紫外光區，提取液的吸光度達最大值，表明石榴皮色素提取液具有一定的紫外吸收功能。此外，兩種溫度條件下提取的石榴皮色素提取液的吸光度接近，表明這兩種溫度條件下提取的石榴皮色素的濃度接近[9-10]。

圖3 不同提取溫度下石榴皮色素提取液的吸光度

2.2 石榴皮色素在棉織物染色上的應用

2.2.1 上染率

采用紫外分光光度計測定棉織物染色前后染液的吸光度，再根據式(1)計算上染率。不同提取溫度和染色溫度條件下棉織物試樣的上染率如圖4所示。由圖4可以看出，1#試樣的上染率最高，為22.68%；3#試樣上染率最低，僅為9.29%。在溫度為60 ℃下提取石榴皮色素并在100 ℃下上染棉織物時，所得棉織物試樣的上染率最低，原因可能是煮沸條件下，石榴皮中的化學成分發生了反應，進而影響棉織物的上染[11-12]。

圖4 不同染色棉織物試樣的上染率

2.2.2 染色效果

4種染色棉織物試樣的顏色特征值(L*、a*、b*、c*、h°)和染色深度(K/S值)如表2所示。其中，L*表示明度，該值越大顏色越亮；a*表示紅綠軸，正值表示顏色偏紅色，負值表示顏色偏綠色；b*表示黃藍軸，正值表示顏色偏黃色，負值表示顏色偏藍色；c*表示飽和度，其值越大表示顏色越純正，色澤越鮮艷；h°表示色相，主要用于區別顏色種類；K/S值表示染色深度，該值越大則顏色越深。由表2可以看出，在溫度為60 ℃下提取石榴皮色素并于60 ℃下上染棉織物時，所得棉織物試樣(1#試樣)的染色效果優于其他溫度條件下上染的棉織物試樣，其顏色特征值中的L*、b*、c*和K/S值均最大，染色棉織物的黃色明度最亮，最純正，染色深度最好；在溫度為100 ℃下提取石榴皮色素并于100 ℃下上染棉織物時，所得棉織物(4#試樣)的K/S值最小。

表2 不同染色棉織物試樣的顏色特征值與K/S值

2.2.3 染色色牢度

根據GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗 耐皂洗色牢度》中A(1)法測定染色棉織物試樣的耐皂洗色牢度。4種染色棉織物試樣的耐皂洗色牢度測試結果如表3所示。由表3可知，石榴皮色素直接染色的棉織物試樣的沾色牢度優于變色牢度；當染色溫度為60 ℃時，上染的兩種染色棉織物試樣(1#試樣和2#試樣)的變色等級分別達3級和3-4級，具有一定的應用價值。

表3 不同染色棉織物試樣的耐皂洗色牢度

2.2.4 扎染應用

除前文介紹的直接染色應用外，還可以采用傳統的扎染法，對棉織物進行一定的捆扎系結后，將其放入石榴皮色素提取液中進行扎染染色。通過石榴皮色素提取液在棉織物上的扎染應用，可產生圖案自然、隨意、符合健康環保理念的染色紡織品，如圖5所示。將這種石榴皮色素扎染染色的棉織物應用于日常生活用品中，可為紡織品設計提供一定的參考。

圖5 石榴皮色素扎染法上染棉織物

2.3 石榴皮色素的防紫外線性能

紫外線照射到織物上，通常一部分被吸收和反射，另一部分則透過織物，透過織物的紫外線會對人體皮膚產生不良影響。紫外線的吸收率和反射率越大，透過率越低，防護性能越好。織物防紫外線的作用機理主要有紫外屏蔽和紫外吸收。織物厚度、緊密度等與其防紫外線效果有關，織物越厚，防紫外線輻射效果越好，織物中的孔隙大，紫外線易透過，不利于防紫外線輻射。紫外線輻射對人體的弊大于利，而人們日常穿著的棉織物缺乏吸收紫外線的活性分子，紫外線易透過織物，對棉織物進行防紫外線整理的研究較迫切。

按照AATCC183-2010對石榴皮色素染色前后棉織物的防紫外線性能進行測試。該標準規定長波紫外線(紫外線A，UVA)和中波紫外線(紫外線B，UVB)透過率低于5%且紫外線防護指數(IUPF)大于40的紡織品具有紫外防護能力。石榴皮色素染色前后棉織物試樣的防紫外線性能測試結果如表4所示。根據前文分析可知，石榴皮色素提取液具有一定的紫外線吸收功能。結合表4可知，經石榴皮色素染色的棉織物，其防紫外線性能出現一定程度的提高，但不顯著。這與棉織物的上染率低且染色棉織物的面密度較小有關[13-14]。

表4 織物試樣的防紫外線性能測試結果

3 結論

——在恒溫水浴條件下，分別采用水和不同pH值的乙醇溶液提取石榴皮色素，提取時間為40、60和80 min，對所得石榴皮色素提取液進行吸光度測定。結果表明，提取時間為40 min和60 min時，采用水提取的石榴皮色素提取液的吸光度高于采用不同pH值乙醇溶液提取的石榴皮色素提取液的吸光度；與采用不同pH值的乙醇溶液相比，采用水提取石榴皮色素的方式更經濟環保。

——采用水為提取溶劑，分別在60 ℃和100 ℃條件下提取石榴皮色素，然后分別在60 ℃和100 ℃條件下對棉織物進行染色，測試和計算上染率。結果表明，當提取溫度和染色溫度均為60 ℃時，上染率較高，染色棉織物顏色特征值和K/S值均較大，織物上呈現的黃色明度較大，色澤純正，染色深度較好。

——在不同溫度條件下采用石榴皮色素對棉織物進行直接染色，染色后棉織物的沾色牢度優于變色，當染色溫度為60 ℃時，染色棉織物的變色等級為3級及以上，具有一定的應用價值。

——對石榴皮色素提取液吸光度曲線的分析表明，石榴皮色素提取液具有一定的紫外線吸收能力，但石榴皮色素染色前后棉織物試樣的防紫外線性能測試結果表明，染色后棉織物試樣的防紫外線性能出現一定程度的提高，但不顯著。