石榴皮色素的提取及其在棉织物染色上的应用

武利利 刘秋果 康慧琪 许文莉 徐珍珍 刘佩佳

河南科技学院 服装学院(中国)

石榴皮为中国传统中药的一种，具有清热、解毒等功效。石榴皮的主要成分是鞣花酸类物质，其具有一定的抗菌、抗氧化与抗癌功能。石榴皮内含有黄色物质，是一种良好的黄色植物染料。作为天然植物染料，石榴皮具有较好的生物可降解性和环境相容性。石榴皮提取物在纺织染整、医疗保健、化妆品等领域具有较大的应用价值[1-2]。近年来的研究表明，石榴皮染料对常用织物具有较好的上染效果，同时具有一定的防紫外功能[3-4]。棉织物具有手感柔软、吸湿性好、不闷热等特点，其穿着舒适性较好，是常见的天然服装用材料。基于“绿色环保，生态振兴”的理念，本文从石榴皮中提取天然植物染料，对棉织物进行染色试验，研究石榴皮色素在棉织物上的染色应用，探讨提取溶剂类型及提取时间对石榴皮色素提取效果的影响，以及提取温度与染色温度对棉织物上染效果的影响。研究为石榴皮色素在棉织物上的染色应用提供参考。

1 试验

1.1 材料、试剂与仪器

材料：平纹纯棉织物，面密度为93 g/m2；石榴皮，来源于河南新乡种植的石榴。

试剂：乙醇溶液，质量分数为20%，天津市天力化学试剂有限公司；盐酸和氢氧化钠，天津市天力化学试剂有限公司。

仪器：752 N型紫外分光光度计(上海仪电分析仪器有限公司)，FW200型高速万能粉碎机(北京中兴伟业仪器有限公司)，恒温水浴锅(北京永光明仪器医疗仪器厂)，电子天平(上海精天电子仪器有限公司)，YG909-II 型纺织品防紫外线测试仪(温州方圆仪器有限公司)，MAX型光谱测色仪(深圳三恩驰科技有限公司)。

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型高速万能粉碎机将石榴皮粉碎，配制料液质量浓度为25 g/L的混合液。分别采用水和3种不同pH值(pH=4～5、pH=7、pH=8～9)的乙醇溶液提取石榴皮色素。试验采用盐酸和氢氧化钠调节乙醇溶液的pH值。设置不同提取时间(40、60和80 min)进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，采用以水作为提取溶剂的石榴皮色素提取液对棉织物进行染色，探讨不同温度条件对以水为提取溶剂的石榴皮色素提取及棉织物染色效果的影响。采用表1所示的石榴皮色素提取与染色温度参数，对棉织物进行染色，获得4块不同工艺条件下的染色棉织物。

表1 石榴皮色素提取与染色温度参数

1.3 染色效果表征

采用MAX型光谱测色仪，测试经石榴皮色素染色的棉织物的颜色特征值与染色深度(K/S值)。每种染色试样取5个不同部位进行测试，结果取平均值[5]。

采用752 N型紫外分光光度计，测定染色前后石榴皮色素提取液的吸光度，根据式(1)计算上染率。

(1)

式中：A0——染色前染液稀释m倍后的吸光度；

A1——染色后染液稀释n倍后的吸光度；

m，n——染液稀释倍数。

1.4 防紫外线特征测定

采用YG909-II型纺织品防紫外线测试仪，测试石榴皮色素染色棉织物的防紫外线性能。每种染色棉织物试样测试3次，结果取平均值。

2 结果与讨论

2.1 石榴皮色素提取液的吸光度

2.1.1 不同溶剂提取的石榴皮色素提取液的吸光度

在60 ℃恒温水浴条件下，分别采用水和不同pH值的乙醇溶液提取石榴皮色素，抽滤后，稀释一定倍数，在波长为200～600 nm下进行吸光度测试[6-7]。不同提取时间下，不同溶剂提取的石榴皮色素提取液的吸光度如图1和图2所示。由图1可以看出，提取时间为40 min和60 min条件下，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；提取时间为80 min时，以pH为8～9的乙醇溶液为溶剂，所得石榴皮色素提取液的吸光度相对较高，原因是石榴皮中含有鞣花酸这种多元酚类物质，随着提取时间的延长，其在碱性条件下能更好地发生反应，有助于石榴皮色素的提取。由图1还可以看出，石榴皮色素提取液的吸光度在紫外光区(200～400 nm)有较大值出现，表明其具有一定的紫外吸收能力[8]。

图1 不同溶剂提取不同时间后所得石榴皮色素提取液的吸光度

图2 以水为溶剂提取不同时间后所得石榴皮色素提取液的吸光度

2.1.2 以水为溶剂提取的石榴皮色素提取液的吸光度

由图2可以看出，采用水作为溶剂提取石榴皮色素，提取时间为60 min时，石榴皮色素提取液的吸光度最高，随着提取时间的延长，吸光度有所下降。这可能与石榴皮中部分化学成分发生了溶解反应有关。由对石榴皮色素提取液吸光度的分析，结合生产成本因素可知，选择水作为提取溶剂，并将提取时间设置为60 min，既可较好地提取石榴皮色素，又可降低成本，经济环保。因此本文采用水作为溶剂，在表1所示的温度参数下提取石榴皮色素并上染棉织物，得到4种染色棉织物试样。不同提取温度下石榴皮色素提取液的吸光度如图3所示。由图3可以看出，在紫外光区，提取液的吸光度达最大值，表明石榴皮色素提取液具有一定的紫外吸收功能。此外，两种温度条件下提取的石榴皮色素提取液的吸光度接近，表明这两种温度条件下提取的石榴皮色素的浓度接近[9-10]。

图3 不同提取温度下石榴皮色素提取液的吸光度

2.2 石榴皮色素在棉织物染色上的应用

2.2.1 上染率

采用紫外分光光度计测定棉织物染色前后染液的吸光度，再根据式(1)计算上染率。不同提取温度和染色温度条件下棉织物试样的上染率如图4所示。由图4可以看出，1#试样的上染率最高，为22.68%；3#试样上染率最低，仅为9.29%。在温度为60 ℃下提取石榴皮色素并在100 ℃下上染棉织物时，所得棉织物试样的上染率最低，原因可能是煮沸条件下，石榴皮中的化学成分发生了反应，进而影响棉织物的上染[11-12]。

图4 不同染色棉织物试样的上染率

2.2.2 染色效果

4种染色棉织物试样的颜色特征值(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，该值越大颜色越亮；a*表示红绿轴，正值表示颜色偏红色，负值表示颜色偏绿色；b*表示黄蓝轴，正值表示颜色偏黄色，负值表示颜色偏蓝色；c*表示饱和度，其值越大表示颜色越纯正，色泽越鲜艳；h°表示色相，主要用于区别颜色种类；K/S值表示染色深度，该值越大则颜色越深。由表2可以看出，在温度为60 ℃下提取石榴皮色素并于60 ℃下上染棉织物时，所得棉织物试样(1#试样)的染色效果优于其他温度条件下上染的棉织物试样，其颜色特征值中的L*、b*、c*和K/S值均最大，染色棉织物的黄色明度最亮，最纯正，染色深度最好；在温度为100 ℃下提取石榴皮色素并于100 ℃下上染棉织物时，所得棉织物(4#试样)的K/S值最小。

表2 不同染色棉织物试样的颜色特征值与K/S值

2.2.3 染色色牢度

根据GB/T 3921—2008《纺织品 色牢度试验 耐皂洗色牢度》中A(1)法测定染色棉织物试样的耐皂洗色牢度。4种染色棉织物试样的耐皂洗色牢度测试结果如表3所示。由表3可知，石榴皮色素直接染色的棉织物试样的沾色牢度优于变色牢度；当染色温度为60 ℃时，上染的两种染色棉织物试样(1#试样和2#试样)的变色等级分别达3级和3-4级，具有一定的应用价值。

表3 不同染色棉织物试样的耐皂洗色牢度

2.2.4 扎染应用

除前文介绍的直接染色应用外，还可以采用传统的扎染法，对棉织物进行一定的捆扎系结后，将其放入石榴皮色素提取液中进行扎染染色。通过石榴皮色素提取液在棉织物上的扎染应用，可产生图案自然、随意、符合健康环保理念的染色纺织品，如图5所示。将这种石榴皮色素扎染染色的棉织物应用于日常生活用品中，可为纺织品设计提供一定的参考。

图5 石榴皮色素扎染法上染棉织物

2.3 石榴皮色素的防紫外线性能

紫外线照射到织物上，通常一部分被吸收和反射，另一部分则透过织物，透过织物的紫外线会对人体皮肤产生不良影响。紫外线的吸收率和反射率越大，透过率越低，防护性能越好。织物防紫外线的作用机理主要有紫外屏蔽和紫外吸收。织物厚度、紧密度等与其防紫外线效果有关，织物越厚，防紫外线辐射效果越好，织物中的孔隙大，紫外线易透过，不利于防紫外线辐射。紫外线辐射对人体的弊大于利，而人们日常穿着的棉织物缺乏吸收紫外线的活性分子，紫外线易透过织物，对棉织物进行防紫外线整理的研究较迫切。

按照AATCC183-2010对石榴皮色素染色前后棉织物的防紫外线性能进行测试。该标准规定长波紫外线(紫外线A，UVA)和中波紫外线(紫外线B，UVB)透过率低于5%且紫外线防护指数(IUPF)大于40的纺织品具有紫外防护能力。石榴皮色素染色前后棉织物试样的防紫外线性能测试结果如表4所示。根据前文分析可知，石榴皮色素提取液具有一定的紫外线吸收功能。结合表4可知，经石榴皮色素染色的棉织物，其防紫外线性能出现一定程度的提高，但不显著。这与棉织物的上染率低且染色棉织物的面密度较小有关[13-14]。

表4 织物试样的防紫外线性能测试结果

3 结论

——在恒温水浴条件下，分别采用水和不同pH值的乙醇溶液提取石榴皮色素，提取时间为40、60和80 min，对所得石榴皮色素提取液进行吸光度测定。结果表明，提取时间为40 min和60 min时，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；与采用不同pH值的乙醇溶液相比，采用水提取石榴皮色素的方式更经济环保。

——采用水为提取溶剂，分别在60 ℃和100 ℃条件下提取石榴皮色素，然后分别在60 ℃和100 ℃条件下对棉织物进行染色，测试和计算上染率。结果表明，当提取温度和染色温度均为60 ℃时，上染率较高，染色棉织物颜色特征值和K/S值均较大，织物上呈现的黄色明度较大，色泽纯正，染色深度较好。

——在不同温度条件下采用石榴皮色素对棉织物进行直接染色，染色后棉织物的沾色牢度优于变色，当染色温度为60 ℃时，染色棉织物的变色等级为3级及以上，具有一定的应用价值。

——对石榴皮色素提取液吸光度曲线的分析表明，石榴皮色素提取液具有一定的紫外线吸收能力，但石榴皮色素染色前后棉织物试样的防紫外线性能测试结果表明，染色后棉织物试样的防紫外线性能出现一定程度的提高，但不显著。