姜黄色素超声波提取及其在染色真丝中的应用

方浩雁，张忠信，马廷方，高佩佩，余志成

（1.万事利集团，杭州 310021；2.浙江理工大学 材料与纺织学院，杭州 310018）

姜黄色素超声波提取及其在染色真丝中的应用

方浩雁1，张忠信1，马廷方1，高佩佩1，余志成2

（1.万事利集团，杭州 310021；2.浙江理工大学 材料与纺织学院，杭州 310018）

单因素分析了超声波提取姜黄色素的提取效果，探讨了姜黄色素染色真丝的工艺条件。试验结果表明，在75 %乙醇作为提取剂，浴比1∶30，超声波功率360 W，时间60 min条件下，姜黄色素提取效果最佳；该色素对真丝织物有较好的染色性能。

姜黄色素；超声波提取；真丝织物；染色

姜黄为姜科姜黄属植物姜黄（Curcuma longa L.）的干燥根茎，具有破血行气、通经止痛的功能[1]。现代药理研究表明，其主要有效成分为挥发油、姜黄素。而姜黄素是姜黄染料的主要色素，也是一种天然染料，具有抗肿瘤、抗癌、降血脂等功效[2-3]。本研究采用超声波提取植物姜黄中的色素，分析了各提取因素对提取效果的影响，探讨了姜黄提取物用于真丝绸染色的工艺。

1 实验部分

1.1 实验材料与仪器

织物：02双绉。

药品：姜黄(购于三九大药房)，无水乙醇、氢氧化钠、盐酸、媒染剂M2(以上均属分析纯)。

仪器：QE-100G中药粉碎机(湖南中诚制药机械厂)、超声波处理器(金坛市泰纳仪器厂)、ZK-82B电热真空干燥箱(北京雅士林实验设备有限公司)、PHS-3C雷磁酸度计(上海雷磁仪器厂)、SH2-3循环水多用真空泵(巩义市予华仪器有限公司)、IR-12红外染色机(香港名豪机械工程有限公司)、SF600X计算机测色配色仪(Datacolor)、AR-2031/C电子天平(凯丰集团有限公司)以及各玻璃仪器。

1.2 实验方法

1.2.1 姜黄色素超声波提取

单因素分析不同提取条件对姜黄色素提取效果的影响，分别改变超声波功率（180～800 W）、超声提取时间(15～80 min)、乙醇质量分数(55 %～90 %)、物料比(1∶10～1∶50)，然后将提取液抽滤、分离，取上清液用75 %乙醇稀释一定倍数，测其在430 nm处的吸光度。

1.2.2 染色工艺优化

为了提高天然染料的利用率，改善织物的染色性能，本实验分别改变温度、染液pH值，研究各因素对K/S值的影响。

1.3 性能测试

用UV-2401PC型紫外分光光度计测定姜黄色素λmax及吸光度，用SF600X Datacolor计算机测色配色仪测定K/S值。

2 结果与讨论

2.1 姜黄色素超声波提取

2.1.1 超声波功率的选择

称取5份2.0 g姜黄粉末，各加入20 mL75 %乙醇溶液，分别以超声波功率180，360，540，720，800 W下对姜黄处理60 min。从图1可以看出，姜黄色素提取液的吸光度先随超声功率的增加而增加，再随功率的增加而下降，其中在超声波功率为360 W时，吸光度达到最大。这是因为随着超声功率的增加，空化效应也随之变得强烈，被提取物细胞壁更易破裂，有利于色素释放、扩散，便于提取，同时，超声波功率不是越大越好，功率过大也有可能会破坏色素结构。故本实验选择超声波功率为360 W。

图1 超声波功率对姜黄色素提取效果的影响Fig.1 The Effect of Ultrasonic Power on Curcumin Extraction

2.1.2 超声波提取时间的选择

称取5份2.0 g姜黄粉末，分别加入20 mL75 %乙醇溶液，在360 W的超声波功率下处理15，30，45，60，80 min。从图2可以发现，姜黄色素提取液吸光度先随提取时间的延长而增加，这是因为超声波的机械粉碎和空化作用增大了溶剂向原料细胞的渗透速度和渗透量，延长一定时间有利于姜黄色素的提取；当提取时间为60 min时，吸光度达到最大；继续延长提取时间，吸光度反而下降，分析认为这是由于随着超声波提取时间的延长，杂质易溶出造成。故本实验选择超声波处理时间60 min。

图2 超声波时间对姜黄色素提取效果的影响Fig.2 The Effect of Ultrasonic Time on Curcumin Extraction

2.1.3 提取溶剂质量分数的选择

称取5份2.0 g姜黄粉末，分别置于20 mL的55 %，65 %，75 %，80 %，90 %乙醇水溶液中，在360 W的超声波功率下处理60 min。从图3可以看出，姜黄色素提取液吸光度先随着乙醇质量分数的增大而增大；当乙醇质量分数为75 %时，吸光度达到最大值；随着乙醇质量分数继续增大，吸光度出现降低，这是由于乙醇质量分数越大，溶液极性越小，挥发油、树脂等其他油溶杂质越易溶出，从而导致吸光度下降。故本实验选择75 %乙醇提取姜黄色素。

图3 乙醇质量分数对姜黄色素提取效率的影响Fig.3 The Effect of Ehtanol Concentration on Curcumin Extraction

2.1.4 物料比的选择

分别用20，40，60，80，100 mL的75 %乙醇浸渍2 g姜黄粉末，在360 W的超声波功率条件下处理60 min。从图4可以看出，随着溶剂量的增加，姜黄色素提取效率提高，这是因为随着物料比的增加，细胞内外色素的浓度差愈大，加速色素向外扩散，便于提取；当物料比为1∶30以后，随着溶剂量的增加，姜黄色素提取效果增加不明显。故物料比不易过大，以免造成不必要的浪费，本实验选择物料比1∶30。

图4 物料比对姜黄色素提取效果的影响Fig.4 The Effect of Solid Material Ratio on Curcumin Extraction

由以上分析可知，利用超声波辅助提取可有效地从姜黄中提取姜黄色素。超声波提取的最适宜工艺条件为：75 %乙醇作为提取剂，浴比1∶30，超声波功率360 W，时间60 min。本实验将最佳条件提取的姜黄乙醇溶液干燥制得粉状姜黄色素染料，以备后用。

2.2 姜黄色素染色工艺

2.2.1 染色pH值的影响

以染料1 %(质量分数，全文同)、pH3.0～7.0、染色时间60 min、浴比1∶50和温度90 ℃的工艺对真丝织物进行染色；再以媒染剂M2进行后媒染处理，媒染剂质量分数2 %，媒染时间30 min。由图5可知，真丝织物K/S值随着pH值的增加而增加，当pH值为4时，K/S值达到最大；继续增加pH值，织物的K/S值下降。这是因为当pH值大于真丝等电点后，真丝带负电，而姜黄素也带负电，两者互相排斥，导致姜黄素与真丝的直接性下降。故姜黄染色的适宜pH值为4～5。

图5 染色pH值对K/S值的影响Fig.5 The Effect of Dye pH Value on K/S Value

2.2.2 染色温度的影响

以染料1 %、pH4～5、染色时间60 min和温度50～90 ℃的工艺对真丝织物进行染色；再以媒染剂M2进行后媒染处理，媒染剂质量分数4 %，媒染时间30 min。由图6可知，真丝织物K/S值随着温度的升高而增加；当温度为80 ℃时，K/S值达到最大；继续升高温度，K/S值反而下降。这是因为随着温度的提高，真丝纤维的膨化程度提高，染料色素的聚集度下降，同时染料色素的分子动能增加，扩散性能提高[4]，姜黄染料色素的上染率增加，得色率高，K/S值增大。但温度过高会影响姜黄色素的保存率，因此姜黄染色的适宜温度为70～80 ℃。

图6 温度对K/S值的影响Fig.6 The Effect of Temperature on K/S Value

综上所述，姜黄染色的优化工艺条件为：pH4～5，温度70～80 ℃，染色时间60 min，浴比1∶50，测得其染色牢度为3级。后媒染：媒染剂M2质量分数4 %，温度60 ℃，时间30 min。

3 结 论

1)超声波辅助提取能够有效地提取姜黄色素，与传统提取工艺相比，具有时间短、提取率高等优点。超声波提取姜黄色素的优化工艺为：75 %乙醇作为提取剂，浴比1∶30，超声波功率360 W，时间60 min。

2)姜黄色素具有良好的染色性能，真丝织物染色优化条件为：染料质量分数1 %，温度70～80 ℃，pH4～5，染色时间60 min，浴比1∶50。

[1] 盛蓉，谈静，宋英.姜黄提取工艺研究[J].天津药学，2005，17(5)：1-3.

[2] 韩婷，宓鹤鸣.姜黄的化学成分及药理活性研究进展[J].解放军药学学报，2001，17(2)：95-97.

[3] 郑光洪，印飞雪，李振华，等.姜黄在苎麻染色中的应用[J].染料与染色，2000，37(1)：33-36.

[4] 罗丹实，吴坚，崔永珠，等.天然染料姜黄用于竹纤维织物染色的研究[J].印染助剂，2007，24(2)：24-27.

The Ultrasonic Extraction of Curcumin and Its Application in Silk Dyeing

FANG Hao-yan1, ZHANG Zhong-xin1, MA Ting-fang1, GAO Pei-pei1, YU Zhi-cheng2
(1. Wensli Group Co., Ltd., Hangzhou 310021, China; 2. Zhengjiang Sci-tech University, Hangzhou 310018, China)

This thesis analyzed the effect of ultrasonic extraction for curcumin and discussed the dyeing condition for curcumin on silk. The results showed that optimum extracted effect of curcumin was obtained in such condition: 75 % ethanol as extractant 1∶30 bath ratio 360 W ultrasonic power and 60 min ultrasonic time; this curcumin had good dyeing properties on silk fabric.

Curcumin; Ultrasonic extraction; Silk fabic; Dye

TS193.21

A

1001-7003（2010）01-0009-03

2009-05-27；

2009-07-21

方浩雁(1974－ )，女，工程师，主要从事染整技术管理与研发工作。