不同溶劑對(duì)石榴皮染料提取效果及染色性能的影響

陸曄婷，王露，張昊宇，李建紅，侯秀良

(1.江南大學(xué) 生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無(wú)錫 214122;2.東莞市德絨羊絨制品有限公司，廣東 東莞 523770)

近年來(lái)，石榴多酚的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣，且石榴皮作為石榴的副產(chǎn)物，不具備食用價(jià)值，大多被視為廢物丟棄，未能充分利用。因此，對(duì)石榴皮多酚提取工藝開(kāi)發(fā)和研究具有重要的意義[1]。我國(guó)石榴種植面積約11.87萬(wàn)公頃，資源豐富[2-3]。石榴皮(Pomegranate Peel)中含有3種最主要的多酚組分為安石榴甙、鞣花酸與沒(méi)食子酸。其中，安石榴甙是石榴皮天然黃色素的主要成分[4]，對(duì)染色效果起主要作用。

目前多采用乙醇/ 水溶液提取石榴皮染料，成本高；水作為最常見(jiàn)的溶劑，來(lái)源更廣，成本低。因此，本文優(yōu)化了不同濃度乙醇/水溶液和不同pH水兩種溶劑石榴皮多酚提取工藝，并重點(diǎn)比較了兩種溶劑的石榴皮提取物主要多酚含量和提取液對(duì)羊毛直接染色性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

石榴皮粉末(20目),采購(gòu)自安徽亳州中藥材銷售有限公司;織物全毛華達(dá)呢坯布(紗線線密度58/2 Nm、經(jīng)密402根/10 cm、緯密225根/10 cm、克重237 g/m2)，由無(wú)錫協(xié)新毛紡織有限公司提供；無(wú)水乙醇、碳酸鈉均為分析純；沒(méi)食子酸、鞣花酸、安石榴甙均為標(biāo)準(zhǔn)品(純度HPLC ≥ 98%)；紡織品耐皂洗標(biāo)準(zhǔn)皂片，采購(gòu)自中國(guó)紡織科學(xué)研究院。

L20型實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)；Avanti J-E離心機(jī)；RE52-4旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器；TU-1901雙光束紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)；Color Eye 7000A電腦測(cè)配色儀；IR DYER瑞比紅外線試色機(jī)。

1.2 石榴皮染料提取

用不同濃度乙醇/水溶液和不同pH水(采用碳酸鹽緩沖體系調(diào)pH)兩種溶劑提取石榴皮染料。提取工藝參數(shù)：①不同濃度乙醇/水溶液：10 g石榴皮粉末，浴比1∶30，60 ℃提取，每次提取90 min；②不同pH水：10 g石榴皮粉末，浴比1∶30，90 ℃提取60 min每次。提取工藝流程：石榴皮粉末→提取→離心(10 000 r/min,10 min)→上清液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)→冷凍干燥→石榴皮提取物或染料[5]。每種溶劑共提取3次，每次浸提后離心取上清液，其余固體物料繼續(xù)加入溶劑進(jìn)行浸提，混合3次浸提液得到提取液。

1.3 石榴皮提取液測(cè)試

1.3.1 顏色測(cè)試 石榴皮提取液顏色采用紫外-可見(jiàn)光吸光度測(cè)試。取離心后的石榴皮提取液上清液稀釋200倍在室溫條件下進(jìn)行吸光度測(cè)試(各提取液進(jìn)行200倍稀釋后均為中性)，得到石榴皮染料提取液的UV-Vis吸收曲線，通過(guò)吸光度曲線輔助分析提取效率。

1.3.2 化學(xué)組成測(cè)試 石榴皮染料中總多酚含量的測(cè)定方法根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1600—2008《水果、蔬菜及其制品中單寧含量的測(cè)定分光光度法》測(cè)定石榴皮提取物中的總多酚含量[6]。參照標(biāo)準(zhǔn)繪制沒(méi)食子酸含量標(biāo)準(zhǔn)曲線及計(jì)算線性回歸方程，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性回歸方程計(jì)算提取物溶液中總多酚含量，根據(jù)液料比計(jì)算出石榴皮提取物中總多酚含量。

石榴皮提取液化學(xué)組成測(cè)試采用液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(HPLC-MS)進(jìn)行測(cè)試。標(biāo)準(zhǔn)品選擇沒(méi)食子酸、鞣花酸和安石榴甙(純度HPLC ≥ 98%)。標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)樣濃度(0.10～1.00 mg/mL)：安石榴甙0.30 mg/mL，鞣花酸0.28 mg/mL，沒(méi)食子酸0.75 mg/mL，進(jìn)樣量1 μL。樣品中標(biāo)品濃度(mg/mL)。

樣品中標(biāo)品含量由下式計(jì)算：

×標(biāo)準(zhǔn)品濃度

(1)

(2)

1.4 提取物得率

按以下公式分別計(jì)算總多酚得率(%)、安石榴甙得率(%)、提取物得率(%)。

總多酚得率

(3)

安石榴甙得率

(4)

(5)

1.5 石榴皮提取液染色羊毛織物方法

提取液分別作為染液對(duì)100%羊毛華達(dá)呢織物進(jìn)行直接染色，染色工藝為40 ℃起染，升溫速率為1 ℃/min，到達(dá)100 ℃后保溫90 min，料液比1∶20(w/w)[7]，其中40%乙醇提取液染浴pH=3(其中40%乙醇提取液染浴為原提取液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除乙醇后加入蒸餾水至原體積得到，以下簡(jiǎn)稱為40%乙醇提取液)，pH=5水提取石榴皮提取液染浴pH=5。

1.6 石榴皮染色羊毛織物顏色及色牢度測(cè)定

采用Color Eye 7000A電腦測(cè)配色儀測(cè)定染色織物L(fēng)*、a*、b*、C*、h°值及K/S值。

染色織物耐皂洗變色牢度與沾色牢度參照GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)驮硐瓷味取?；耐干、濕摩擦色牢度參照GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味取罚褂肶(B)571C刷洗色摩擦牢度儀分別測(cè)定試樣的干摩擦色牢度與濕摩擦色牢度；耐日曬色牢度參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 8427—1998《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)腿嗽旃馍味入　窚y(cè)定，按照標(biāo)準(zhǔn)灰卡對(duì)測(cè)定試樣的顏色變化進(jìn)行評(píng)級(jí)[8]。

2 結(jié)果與討論

2.1 乙醇/水混合溶劑乙醇含量對(duì)石榴皮提取液顏色、化學(xué)組成的影響

2.1.1 顏色 圖1為提取液離心后稀釋200倍時(shí)不同濃度乙醇提取石榴皮提取液吸光度曲線，相對(duì)應(yīng)的曲線在380～760 nm內(nèi)積分值見(jiàn)表1。

圖1 不同濃度乙醇提取石榴皮提取液吸光度曲線

表1 不同濃度乙醇提取石榴皮提取液吸光度曲線積分值

由圖表可知，40%乙醇作為溶劑的石榴皮提取液在紫外-可見(jiàn)光下具有最大的吸光度。

2.1.2 主要多酚組分含量 表2為經(jīng)過(guò)HPLC-MS分析后計(jì)算不同濃度乙醇提取石榴皮提取物中主要多酚含量。

表2 不同乙醇濃度石榴皮提取物中主要多酚組分含量以及總多酚含量

由表2可知，提取物中總多酚含量隨乙醇濃度的不斷增加呈先上升后下降的趨勢(shì)，40%乙醇提取石榴皮提取物中沒(méi)食子酸、安石榴甙和鞣花酸均高于其余樣品，所以認(rèn)為40%乙醇提取方式提取效果最好。這是因?yàn)椴糠执既苄远喾宇惢衔锛捌溲苌镫S著乙醇的加入得到溶解，但當(dāng)乙醇濃度過(guò)高時(shí)，由于水溶性的多酚類化合物不能夠完全溶解，導(dǎo)致提取物總多酚含量逐漸下降。

2.2 以水為溶劑提取pH對(duì)石榴皮提取液顏色、化學(xué)組成的影響

2.2.1 顏色 干燥石榴皮粉末在水中部分溶解后pH=3左右，因此樣品中pH=3提取液為僅使用蒸餾水提取石榴皮粉末所得提取液。圖2為提取液離心后稀釋200倍時(shí)不同pH提取石榴皮提取液吸光度曲線，相對(duì)應(yīng)的曲線在380～760 nm內(nèi)積分值見(jiàn)表3。

圖2 不同pH提取石榴皮提取液吸光度曲線(稀釋200倍)

表3 不同pH提取石榴皮提取液吸光度曲線積分值

由圖表可知，提取條件為pH=9的石榴皮提取液在紫外-可見(jiàn)光下具有最好的對(duì)光的吸收性。當(dāng)pH達(dá)到9時(shí)，提取液的吸光度曲線在280 nm處出現(xiàn)了一個(gè)明顯的特征吸收峰，這種變化和石榴皮中可以溶解進(jìn)入堿性條件的鞣花酸多元酚類物質(zhì)有關(guān)，鞣花酸類物質(zhì)在堿性條件下容易與堿性介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成鹽類物質(zhì)，從而引起染料顏色的明顯變化[9-10]；在有機(jī)溶劑環(huán)境中，多酚羥基不會(huì)發(fā)生質(zhì)子化與脫質(zhì)子化現(xiàn)象，但在水溶液中，隨著溶液堿性的增加，由于溶液中—OH變多，石榴皮染料中多酚羥基產(chǎn)生質(zhì)子化與脫質(zhì)子化現(xiàn)象，會(huì)使石榴皮染料的色光發(fā)生改變，具體物質(zhì)需要更深入地研究和考證[11]。

2.2.2 主要多酚組分含量以及總多酚含量 表4為經(jīng)過(guò)HPLC-MS分析后計(jì)算得各標(biāo)準(zhǔn)物在不同pH提取條件所得石榴皮提取物中含量以及總多酚含量。

表4 不同pH條件水提取石榴皮提取物主要多酚組分含量以及總多酚含量

由表4可知，樣品中pH=5時(shí)石榴皮染料主要有效成分安石榴甙含量最高，而當(dāng)提取條件逐漸變?yōu)閴A性時(shí)，安石榴甙的提取量逐漸降低，這說(shuō)明安石榴甙在中性或堿性環(huán)境中的溶解性較差；鞣花酸和沒(méi)食子酸則是隨著提取條件pH的增大而增加，當(dāng)pH=9時(shí)石榴皮提取物中鞣花酸和沒(méi)食子酸含量均為最高，說(shuō)明安石榴甙在堿性條件下被水解成為沒(méi)食子酸或其二聚體鞣花酸。陳欣子等研究石榴皮的酸堿穩(wěn)定性證明當(dāng)遇到堿性條件如pH=9或10時(shí)，提取液吸光度曲線會(huì)發(fā)生變化，故我們不選擇過(guò)堿條件進(jìn)行提取。因此，pH=5水提取安石榴甙提取效果最好。由于石榴皮染料中主要有效成分為安石榴甙，在后續(xù)提取液染色羊毛織物實(shí)驗(yàn)中選用pH=5時(shí)水提取石榴皮提取液。

2.3 兩種溶劑提取得率比較

由表5可知，40%乙醇提取物得率，總多酚得率均高于pH=5水提取，這可能是由于石榴皮中多酚在植物體內(nèi)通常與蛋白質(zhì)、多糖以氫鍵和疏水鍵形式形成穩(wěn)定的化合物，而有機(jī)溶劑具有氫鍵斷裂的作用，因此復(fù)合體系有利于多酚的提取[12]，因此40%乙醇總多酚提取率更高。pH=5水提取安石榴甙提取率高于40%乙醇提取，這是由于安石榴甙在水中的溶解性比在乙醇中的溶解性更好。

表5 兩種溶劑提取率比較

2.4 兩種溶劑提取液對(duì)羊毛織物的染色性能對(duì)比

表6和表7分別為40%乙醇提取和pH=5水提所得的石榴皮提取液直接染色羊毛織物的顏色特征值和各項(xiàng)色牢度。

表6 石榴皮提取液直接染色羊毛織物的顏色特征值

表7 石榴皮提取液直接染色羊毛織物的色牢度

由表6、表7可知，pH=5水提取石榴皮提取液染色毛織物的K/S值達(dá)到13.71，而40%乙醇提取液僅為11.65，提高約18%。K/S值越高，織物顏色越深。pH=5水提取石榴皮提取液對(duì)毛織物的染色性能好于40%乙醇提取液這是由于安石榴甙是石榴皮染料染色毛織物的主要成分，而pH=5水提取液中安石榴甙含量較高。但是pH=5水提取石榴皮提取液直接染色毛織物皂洗變色牢度、濕摩擦牢度、日曬牢度均比40%乙醇提取液直接染色毛織物低半級(jí)，這一方面是由于較深顏色的織物一般日曬牢度差，另一方面是由于兩種溶劑提取液中其它化學(xué)組分可能有差異。

3 結(jié)論

(1)使用乙醇/水溶劑提取石榴皮粉末時(shí)，40%乙醇溶劑提取效果最好，提取液顏色最深，提取物中安石榴甙含量最高，達(dá)到 410.66 mg/g，且提取物得率為47.95%，安石榴甙得率為19.70%；使用不同pH水提取石榴皮時(shí)，pH=5時(shí)提取效果最好，提取物中安石榴甙含量最高，達(dá)到 499.15 mg/g，且提取物得率為 42.30%，安石榴甙得率為 21.14%。

(2)pH=5水提取石榴皮提取液直接染色羊毛織物的顏色比40%乙醇提取液直接染色羊毛織物深，前者K/S值為13.71，優(yōu)于后者，其原因是pH=5水提取石榴皮提取液中安石榴甙含量較高。但是，pH=5水提取石榴皮提取液直接染色毛織物皂洗變色牢度、濕摩擦牢度、日曬牢度略差于40%乙醇提取。

(3)由于pH=5水提取成本更低，故水提取可在某些情況下替代乙醇提取，節(jié)約生產(chǎn)成本，對(duì)石榴皮染料大規(guī)模生產(chǎn)具有重要意義。