天然植物染料苏木的提取

黄雪红，郭冰默

(江苏工程职业技术学院，南通，226007)

0 前言

天然植物染料是从自然界中植物中提取而来。中国进行植物染料的使用历史可以追溯到4500 多年前的黄帝时期[1]，在西周时期，我国的使用植物染料进行染织得到较大的发展。 在历史文献中也有相应的记载，在《礼记》一书中提到，真丝等产品的染色已经设有专门的官员进行管理[2]，在战国时期楚国还有主要负责生产靛蓝染料的官职。 至明清两代，植物染料染色走向鼎盛时期，并开始出口到周边国家。 近代化学染料开始进入中国，并迅速占领中国市场，在中国使用了千年的植物染料渐渐地被人们所“遗弃”。 除了少数地区依旧使用植物染料用于生产手工艺品外，化学染料成为纺织品主要染色剂。

近些年来，随着人们环保意识的增强，以及各种环保条例的出台，一方面，化学合成染料一些种类被禁止使用，纺织品的生态问题被国内外所关注。 另一方面，随着时代的发展，人们对纺织品的要求趋向自然，寻求返璞归真的自然美。 天然植物染料越来越被人关注，植物染料以其无毒、无害、无污染且具有一定保健功效得到广大消费者的认可，植物染料重新回到大众视野。

苏木是天然染料的一种，为豆科，苏木属植物苏木的干燥心材[3]。 又名苏枋(《南方草木状》)，苏方(《肘后方》)，苏方木(《唐本草》)，窊木(《诸蕃志》)，棕木(《中国主要植物图说·豆科》)，赤木(《兽医国药及处方》)，红柴(《四川中药志》)。 常绿小乔木，高可达5 米～10 米。 分布广西、广东、台湾、贵州、云南、四川等地。 心材含色原烷类化合物：3-(3’，4-二羟基苄基)-7-羟基-4-色原烷酮。心材入药，为清血剂，有祛痰、止痛、活血、散风之功效[4]。 近年来云南植物研究所从苏木的心材中提取一种苏木素，可用于生物制片的染色，效果不亚于进口的巴西苏木素。

1 实验部分

1.1 实验材料与仪器

(1)材料：苏木(市购)

(2)药品与试剂：碳酸钠

(3)仪器：JY-12/24 型常温染色小样机(南通三思机电有限公司)，电子天平(赛多利斯科学仪器(北京) 有限公司)，电脑测配色仪(美国datacolor 公司)759S 紫外线吸光光度仪(上海棱光技术有限公司)。

1.2 苏木色素提取实验

苏木中主要色素为苏木素和苏木精，而苏木素中含有大量的羟基，羟基属于亲水性基团，因此苏木具有良好的水溶性，可以采取煎煮法进行提取，利用高温破坏苏木分子结构，让苏木中苏木素从苏木中分离出来溶于水中。

取2g 苏木，根据提取温度、提取时间、加水量及碳酸钠用量等四种因素，设计苏木色素提取的单一因素影响实验；提取液过滤后定容至250mL，用紫外线分光光度仪测出苏木提取液的最大吸收波长。 在最大吸收波长处测定各提取液的吸光度值。分析提取单因素对提取结果的的影响，设计提取正交实验对提取工艺进行优化。

1.3 测试

用紫外线分光光度仪测出苏木提取液的最大吸收波长。 在最大吸收波长处测定各提取液的吸光度值。

2 实验结果与分析

2.1 苏木色素的提取

2.1.1 苏木色素可吸收波长光谱

使用紫外吸光光度计对提取液进行测定，测得不同波长下的吸光度见表1、图1。

表1 波长对应吸光值表

图1 苏木染液紫外吸收光谱图

由表1、图1 可知，天然植物染料苏木色素在可见光区域存在最大吸收峰，最大吸收波长为540nm。

2.1.2 影响苏木色素提取的单一因素

2.1.2.1 提取温度对吸光度的影响

取2g 苏木，加水150mL 进行色素提取，调节提取温度，控制提取时间为60min，加入5g/L 的碳酸钠。 冷却至室温，过滤定容至250mL，在最大吸收波长5 处测得提取液吸光度，试验结果见表2、图2。

表2 温度对应吸光值表

图2 提取温度对吸光度的影响

由表2、图2 可以看出，提取温度为90℃时，吸光度最大，随着提取温度升高，吸光度逐渐升高。温度的提高，苏木结构被充分打开，其中的染料的溶解度增大并充分溶解到水中。 但是温度超过80℃时，吸光度值增长速度开始缓慢。

3.1.2.2 提取时间对吸光度的影响

取2g 苏木，加水150mL 进行色素提取，控制提取温度为60℃，加入5g/L 的碳酸钠，调节提取时间。 冷却至室温，过滤定容至250mL，在最大吸收波长540nm 处测得染液的吸光度，试验结果见表3、图3。

表3 时间对应吸光值表

图3 提取时间对吸光度的影响

由表3、图3 可以看出，提取时间为60min 时，吸光度最大，随着提取时间延长升高，吸光度逐渐升高。 当提取时间小于40min 时，染液吸光度增长迅速，但是时间超过40min 后，吸光度值增长速度开始变缓，提取时间为50min 和60min 时吸光度相近。

2.1.2.3 加水量对吸光度的影响

取2g 苏木，调节加水量，并加入5g/L 的碳酸钠，在60℃的情况下提取60min，冷却至室温，过滤定容至250mL，在最大吸收波长540nm 处测得染液的吸光度，试验结果见表4、图4。

表4 加水量对应吸光值表

图4 加水量对吸光度的影响

由表4、图3.4 可以看出，在加水量小于150mL时，吸光度随着加水量的增加而大幅度的上升，当加水量超过150mL 时，吸光度随着加水量的增加而略有降低。 加水量为150mL 和200mL 时对应吸光度相近，但加水量150mL 时可以节约资源，提高生产效率。

2.1.2.4 碳酸钠用量吸光度的影响

取2g 苏木，加水150mL，在60℃温度下提取60min，调节碳酸钠的用量。 冷却至室温，过滤定容至250mL，在最大吸收波长540nm 处测得染液的吸光度，试验结果见表5、图5。

表5 时间对应吸光值表

图5 碳酸钠用量对吸光度的影响

由表5、图3.5 可以看出，当碳酸钠的用量为6g/L 时，吸光度达到最大值，碳酸钠用量继续增加，吸光度开始出现降低，但也有略微上升的现象。碳酸钠的用量在2g/L 到6g/L 时吸光度的增长缓慢，且碳酸钠用量为4g/L 和6g/L 时，染液的吸光度相近。 但是用量为4g/L 时可以节约资源。

2.1.3 苏木色素提取正交试验

提取时间、提取温度、加水量、碳酸钠用量等四因素苏木染液提取正交实验结果见表6。

表6 染液提取的实验结果与直观分析

从表6 正交试验数据结果可以得到：在染液提取试验中，提取时温度的影响最大，其次是提取时间，再次是加碳酸钠的浓度，最后是加水量。 在提取的过程中，提取温度的提高可以使苏木组织结构的速率提高，加快苏木中色素的动能，能够更容易的从苏木中脱离出来进入水溶液中。 另外温度的提高可以使染料的溶解度变大。 随着时间的延长可以为苏木素从苏木中溶解到水中提供了保障，染液的浓度提高。 加水量增加可以染料分子更多的溶于水中，色素提取更充分、彻底。

3 结论

(1)天然植物染料苏木色素最大吸收波长为540nm。

(2)提取温度为90℃时，吸光度最大。

(3)提取时间为60min 时，吸光度最大，但是时间为50min 和60min 时吸光度相近。

(4)加水量为150mL 时，吸光度最大。

(5)当碳酸钠的用量为6g/L 时，吸光度达到最大值，但酸钠用量为4g/L 和6g/L 时，吸光度相近。

(6)在天然植物染料苏木提取的过程中，提取温度是重要的影响因素，其次是提取时间。 综合能源利用、环保和生产效率，确定苏木染液提取的最佳工艺为：提取温度90℃，提取时间50min，加水量150mL/g，碳酸钠用量4g/L。