天然染料紫草素的提取及染色性能

王國宇 張鳳琦 李臖懿 谷伯都 潘 碩 姜 健

（遼東學(xué)院化工與機(jī)械學(xué)院，遼寧 丹東 118003）

從人類社會產(chǎn)生的那一刻起，人們就懂得從大自然的植物中得到各種各樣的顏色來美化生活。人們從野草或者樹枝中擠出汁液，將獲得的色彩用于染色或者繪畫。隨著工業(yè)革命和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，植物染料逐漸被化學(xué)合成的染料代替。在19世紀(jì)以前，紡織印染的染料大多是植物染料，自1856年第一個(gè)合成染料苯胺紫誕生后，合成染料由于其色彩繽紛、色譜齊全、染色牢度好且價(jià)格便宜等特點(diǎn)，逐漸取代了植物染料在印染界中的地位。大小染坊開始使用化學(xué)染料對織物進(jìn)行染色，只有在偏遠(yuǎn)的少數(shù)民族地區(qū)還在繼續(xù)使用植物染料染色，植物染料慢慢的退出了其歷史舞臺。

但近年來，隨著環(huán)保、健康、生態(tài)意識的增強(qiáng)，在日益增長的環(huán)境和健康問題面前，綠色環(huán)保的染整理念又重新回到人們的視野，天然染料又逐漸受到人們的關(guān)注和重視。開發(fā)植物染料已成為國際上的熱點(diǎn)研究方向。

天然染料普遍具有色澤柔和、比較容易自然降解、毒性低等特點(diǎn)，與環(huán)境有較好的相容性，有的天然染料還具有一定的保健功能，如紫草素、茜草素、蘇木色素、石榴皮色素、姜黃素等，還具有抗菌、抗氧化和抗紫外等性能，應(yīng)用于紡織品染色可開發(fā)出既具有天然染料色彩，又具有一定功能的綠色生態(tài)紡織產(chǎn)品。

紫草是中國藥典收錄的一種草藥，別名：硬紫草、軟紫草。英文名為Radix Arnebiae，Radix Lithospermi。目前，國內(nèi)外對紫草素的大量研究多集中在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，如抑菌、抗炎、抗病毒、保肝、抗氧化、抗腫瘤和免疫調(diào)節(jié)作用等。天然紫草素類化合物及其衍生物具有不同程度的細(xì)胞毒作用和抗腫瘤作用。紫草素類化合物及其衍生物能誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，阻礙腫瘤細(xì)胞的生長。紫草素作為天然紫色素，用于織物染色具有悠久的歷史，從商周時(shí)代便已開始應(yīng)用。多用于天然纖維的染色，如棉、絲綢、羊毛等。

一、提取工藝

1.溶液浸提法。該方法是天然色素傳統(tǒng)的提取方法，有機(jī)溶劑主要用乙醇、甲醇、乙醚等。本法主要用于提取脂溶性基團(tuán)占優(yōu)勢的物質(zhì)，蔣丹[5]等人采用100%乙醇為提取液，料液比為1：6，采用超聲提取的方式，得到紫草中紫草素的含量為9.2mg/g。油浸法是對紫草外用制劑常有的提取方法，張繼平等采用正交設(shè)計(jì)確定紫草油的最佳提取工藝：加4倍花生油浸泡12h后再煮1h，油溫不超過150℃，紫草粉末度為1cm小段。

2.超聲提取法。關(guān)奕等得到超聲提取新疆紫草色素的優(yōu)化工藝參數(shù)為：80目新疆紫草粉末，液固比為12mg/L，在50℃水浴中超聲處理25min，超聲波功率1800W，提取率可達(dá)到87%。

3.超臨界CO2萃取法。馬麗萍等對紫草進(jìn)行了超臨界CO2萃取紫草素，結(jié)果表明，采用等溫變壓二級分離，在萃取壓力為20MPa，萃取溫度為32℃為最佳條件，紫草素的提取率為1.82%，所需時(shí)長為2.5 h-3h。CO2超臨界萃取法提取的紫草素雜質(zhì)少、含量高、所需時(shí)間少，且能夠避免有機(jī)溶劑污染的問題。

4.微波提取法。微波提取法是利用微波能來提高萃取率的一種新技術(shù)。蘭衛(wèi)等利用溫度可控型連續(xù)微波反應(yīng)器，研究得到紫草微波提取最佳工藝為功率700W，溫度55℃，時(shí)間45min。

二、紫草色素染色性能

1.紫草素的組成及結(jié)構(gòu)

紫草根主要含有色素成分和脂肪酸。目前已從紫草中分離鑒定出多種萘醌、多糖、酚酸和脂類等化學(xué)成分。

其中色素成分為萘醌衍生物，如紫草素、乙酰紫草素、去氧紫草素、異丁基紫草素、異戊酰紫草素、β，β-二甲基丙烯酰紫草素、β-羥基-異戊酰紫草素等。其中的色素成分統(tǒng)稱為紫草素。脂肪酸主要為軟脂酸、油酸及亞油酸等。

紫草素不溶于水，易溶于堿水，具有一定的抗菌性、抗紫外性。主要結(jié)構(gòu)見圖1。

紫草素具有多種藥理活性，同時(shí)作為一種天然色素，具有良好的紫外吸收性能、抗紫外性能、對微生物的抑制作用以及良好的穩(wěn)定性，可以用于紡織印染領(lǐng)域。

2.紫草素染料對紡織品的染色

陸振翔探討了媒染劑的種類、濃度，染液pH、濃度及染色后織物性能變化，研究表明：用鋁鹽作為媒染劑時(shí)，紫草素染色真絲織物的明度隨pH的增大而增大，銅鹽和錫鹽作為媒染劑時(shí)，染色布樣的明度隨pH增大而增大，同時(shí)染色后的織物具有良好的耐摩擦牢度和耐水洗牢度。

呂麗華等研究了紫草素染色柞蠶絲織物，并對織物進(jìn)行了耐水洗牢度和耐摩擦系數(shù)測定，紫草素上染柞蠶絲織物的耐水洗牢度和耐摩擦牢度優(yōu)良，直接染色和媒染均達(dá)到三級以上。

余志成等用無水乙醇提取紫草素，對其穩(wěn)定性及在羊毛織物上染色性能進(jìn)行了研究，研究發(fā)現(xiàn)，紫草素具有良好的熱穩(wěn)定性及耐弱酸穩(wěn)定性，在較高的染色溫度和弱酸性條件下有利于提高染色羊毛織物的上染率，同時(shí)，加入媒染劑也可呈現(xiàn)出不同的顏色特征值。

賈麗霞采用乙醇和正己烷為溶液提取紫草素，并對紫草素進(jìn)行磺化處理，以增強(qiáng)染料的水溶性并對紫草素上染羊毛織物進(jìn)行了研究，研究表明：pH在3.5-4.5，溫度在82-91℃時(shí)，羊毛織物的K/S值較高，染色效果較好。

紫草素在絲織物、棉織物和再生纖維織物上的應(yīng)用廣泛，對其進(jìn)行染色可以提高織物的性能，更加適合人們需求。同時(shí)，在染色過程中，順應(yīng)綠色環(huán)保發(fā)展的理念，開發(fā)綠色無污染的媒染劑，減少對環(huán)境的影響至關(guān)重要。

三、結(jié)論和展望

天然染料本身具有一定的抑菌、抗炎、抗癌、抗氧化、抗紫外線功能，可以使染色織物具有一定的抗氧化性、抗菌和紫外防護(hù)性能。但天然染料普遍存在抗紫外性不足、抗菌性差、上染率和染色牢度低等問題?，F(xiàn)代染整工藝中，往往通過后期的抗紫外、抗菌整理等手段來提高織物的性能，采用媒染等方法提高上染率和染色牢度。這種方法存在著增加工序、成本，媒染劑及媒染助劑污染環(huán)境等問題。

通過采用反應(yīng)性的抗菌劑、抗紫外劑對天然染料進(jìn)行接枝，在分子中增加抗菌性、抗紫外性等基團(tuán)，有望提高染料的抗菌及抗紫外性能?？蛇M(jìn)行同浴染整，減少染色工序，降低污水排放，實(shí)現(xiàn)綠色染整。由于接枝后染料分子體積的增加，還可增加染料分子與織物的范德華力和氫鍵力，有望提高天然染料的染色牢度。