提取方法对石榴皮色素染色性能及抗氧化活性的影响

（青岛科技大学化工学院，山东青岛266042）

天然色素是指从植物、矿物等天然物质中提取得到的色素。大多数天然色素对环境无污染、对皮肤无刺激，还普遍具有抗菌、抗氧化等生理活性，因而备受人们青睐。如在日本对天然色素的使用已远超合成色素，其使用量约为合成色素的10倍。

石榴皮色素是一种从石榴皮中提取的黄色素，主要以食品加工废弃物为原料，具有来源广、成本低的特点［1］。目前，对石榴皮色素的研究主要集中在优化提取工艺、考察色素性质等［2－3］方面，而有关提取方法对石榴皮色素染色性能及抗氧化活性影响的研究少有报道［4］。因此，作者分别采用超声和微波提取法提取石榴皮色素，并与传统水煎煮法和加热回流法进行比较，考察不同提取方法对色素染色性能及抗氧化活性的影响，以期为石榴皮色素提取方法的选择提供依据。

1 实验

1.1 材料、试剂与仪器

石榴皮，购于山东枣庄。

DPPH 自由基，美国Sigma公司；硫酸锌，天津广成化学试剂有限公司；其它试剂均为分析纯。

T6－新世纪紫外可见分光光度计，北京莱伯泰科仪器有限责任公司；SHB－Ⅲ型循环水式多用真空泵，郑州长城科工贸有限公司；202－2AB型电热恒温干燥箱、Q6J3－W1000A 型高速万能粉碎机，天津泰斯特仪器有限公司；KH－250DB型数控超声波清洗器，昆山合创超声仪器有限公司；RE－52型旋转式蒸发仪，上海亚荣生化仪器厂；P7021TP－6型微波炉，格兰仕公司。

1.2 石榴皮色素的提取

采用水煎煮、加热回流、超声提取、微波提取等4种方法提取石榴皮色素。其中：水煎煮提取以去离子水为溶剂，在100 ℃恒温水浴中浸提1h；加热回流提取以60%乙醇为溶剂，在恒温水浴中保持溶剂微沸状态，回流提取1h；超声提取以60%乙醇为溶剂，在超声频率70Hz、超声功率100 W、60 ℃下提取30min；微波提取以60%乙醇为溶剂，在微波功率300 W 条件下，中高火间歇提取10min。

提取过程：取干燥的石榴皮，粉碎，过45目筛，称取石榴皮细粉5g，加入溶剂100mL，采用不同方法进行提取，提取完成后，提取液过滤，减压回收溶剂，浸膏在50 ℃烘箱中烘干，得干浸膏。按式（1）计算石榴皮色素提取率：

式中：m为干浸膏的质量；M为干燥石榴皮的质量。

1.3 石榴皮色素的染色性能考察

1.3.1 染液浓度对石榴皮色素染色效果的影响

在常温不加媒染剂的条件下进行染色效果考察。将上述4 种提取方法所得干浸膏加适量去离子水溶解，分别配成浓度为20%、30%、40%、50%、60%的染液对棉布进行染色，染液pH 值3.5，染色时间60 min。用紫外可见分光光度计测定染色前后染液在370nm 处的吸光度［5］。按式（2）计算不同染液浓度下的石榴皮色素上染率：

式中：m、n分别为染色前、后染液稀释的倍数；A0、A1分别为染色前、后染液在370nm 处的吸光度。

1.3.2 直染时pH 值对石榴皮色素染色效果的影响

将4种提取方法所得干浸膏用去离子水溶解并稀释至适当浓度，分别用1%HCl或4%NaOH 调节染液pH 值为2、3、4、5、7、9，放入棉布染色60min，用紫外可见分光光度计测定染色前后染液在370nm 处的吸光度，计算并比较上染率。

1.3.3 同浴媒染时pH 值对石榴皮色素染色效果的影响

将4种提取方法所得干浸膏用去离子水溶解并稀释至适当浓度，分别用1%HCl或4%NaOH 调节染液pH 值为2、3、4、5、7、9，放入棉布染色1h后加入媒染剂硫酸锌，使其浓度达到20%，同浴下继续染色0.5h，测定染色前后染液在370nm 处的吸光度，计算并比较上染率。

1.3.4 石榴皮色素的染色牢度评价

称取10g中性皂粉溶解于200mL 去离子水中，分成2份，其中一份水浴加热至40 ℃，将石榴皮色素染色后已干燥的棉布放入皂洗10min后取出；另一份加热至沸腾，将石榴皮色素染色后已干燥的棉布放入皂煮10min后取出，对比棉布颜色变化情况。

1.4 石榴皮色素的抗氧化活性测试

精密称取不同方法提取的干浸膏3mg，加适量甲醇溶解，定容至100mL，制成30μg·mL－1样品溶液。

取配制好的5×10－5mol·L－1DPPH 自由基溶液2.5mL，加入1.5 mL 样品溶液摇匀，室温下放置30min，用甲醇作参比溶液，测定517nm 处吸光度Ai；取5×10－5mol·L－1DPPH 溶液2.5 mL，加入1.5mL甲醇，混匀后室温放置30min，同法测定吸光度Ac；再取2.5mL样品溶液与1.5mL 甲醇混匀后，同法测定吸光度Aj。按式（3）计算样品对DPPH 自由基的清除率：

2 结果与讨论

2.1 提取方法对石榴皮色素提取率及性状的影响（表1）

表1 提取方法对石榴皮色素提取率及性状的影响Tab.1 Effect of extraction methods on extraction rate and characteristics of pigment from pomegranate peel

从表1可以看出，4种提取方法所得色素的最大吸收波长均在370nm 左右，与文献报道相符［5］。尽管水煎煮法所得色素颜色较深，但其最大吸收波长没有发生明显变化，说明高温煎煮没有破坏色素成分，颜色较深可能是提取物中含有较多杂质，这会增加后续处理的成本。为减少杂质含量，同时考虑到石榴皮色素主要成分为多酚类，在加热回流提取、超声提取和微波提取时，提取溶剂选用60%乙醇。从表1还可以看出，以60%乙醇为溶剂时，微波提取的提取率最高，提取的色素为黄色，没有褐色的杂质，因此石榴皮色素可以60%乙醇为溶剂、采用微波法提取。

2.2 石榴皮色素染色性能考察

2.2.1 染液浓度对石榴皮色素上染率的影响（图1）

图1 染液浓度对石榴皮色素上染率的影响Fig.1 Effect of concentration of pigment from pomegranate peel on dye－uptake rate

由图1可知，4种方法所得石榴皮色素的上染率均随着染液浓度的增大先上升后下降。其中加热回流提取和水煎煮提取色素的染液浓度在50%时，上染率最高，而微波和超声提取色素的染液浓度在30%时，上染率最高。这可能是由于微波和超声的提取效率高，提取物杂质含量少，因此石榴皮色素在浸膏中纯度高，配成染液后有效浓度大，上染率相应较高。另外，微波和超声提取色素的上染率在所考察的浓度范围内均比水煎煮和加热回流高，这可能是由于超声或微波的能量虽然不能破坏色素成分结构中的共价键，但对氢键、范德华力、疏水相互作用、盐键等次级键有一定的破坏和削弱作用［6］，减小了色素分子间的相互作用，使色素附着在布料纤维上的能力增强，上染率相应较高。

2.2.2 直染时pH 值对石榴皮色素上染率的影响（图2）

图2 直染时pH 值对石榴皮色素上染率的影响Fig.2 Effect of pH value on dye－uptake rate of pigment from pomegranate peel with direct dyeing

由图2可知，采用直染法染色时，上染率随着pH值不同有很大变化。在偏酸性条件下，当pH＝3时，上染率较高，此时棉布染色为浅黄色；随着pH 值的增大，上染率有所下降，在pH＝5时达到最低，然后上染率又逐渐升高，棉布颜色也由浅黄逐渐变成比较亮丽的明黄色；在偏碱性条件下，上染率较高，当pH＝9时，棉布染色呈暗棕黄色，上染率达到最高，并且还有继续升高的趋势，而棉布染色也逐渐加深。这可能是因为，石榴皮色素主要为鞣花酸类物质，含有较多酚羟基，呈弱酸性，在酸性条件下主要以氢键与棉布纤维结合，属于弱键固着；在碱性条件下，酚羟基带负电荷，与棉纤维分子之间以离子键（静电引力）结合为主，因而上染率升高。随pH 值的增大，棉布颜色由浅黄变成棕黄，也是因为石榴皮色素随着碱性的增强，其解离度逐渐增大，成盐后使色素分子中的共轭体系增长，因而颜色逐渐加深。另外在不同pH 值下，超声和微波法提取的色素均比水煎煮和加热回流提取的色素上染率高，从染色效果也可以看出，超声和微波提取方法具有很大优势。

2.2.3 同浴媒染时pH 值对石榴皮色素上染率的影响（图3）

由图3 可知，同浴媒染时，石榴皮色素上染率随pH 值的变化趋势与直染法基本相同，但其上染率均明显大于直染法。这是因为，加入的金属离子Zn2＋络合在棉纤维上，使棉纤维带正电荷，增强了与带负电荷的石榴皮色素之间的静电引力，因此上染率会显著提高。

图3 同浴媒染时pH 值对石榴皮色素上染率的影响Fig.3 Effect of pH value on dye－uptake rate of pigment from pomegranate peel with mordant dyeing

图3 同浴媒染时pH 值对石榴皮色素上染率的影响Fig.3 Effect of pH value on dye－uptake rate of pigment from pomegranate peel with mordant dyeing

2.2.4 染色牢度

对上述经直染和同浴媒染后的棉布进行染色牢度检测。直染棉布40℃皂洗后几乎不褪色，而皂煮后褪色非常严重，接近无色；同浴媒染棉布在相同情况下比直染棉布褪色程度轻，即使经高温皂煮后颜色仍呈浅黄色。表明经石榴皮色素染色的棉布，低温时水洗牢度好，高温时水洗牢度较差。这可能是因为，Zn2＋作为媒染剂，在棉纤维中和色素分子结合生成不溶性沉淀或色淀，能显著提高色素在织物上的染色牢度。

2.3 不同方法提取的石榴皮色素的抗氧化活性

实现发现，采用水煎煮法、回流提取法、超声提取法、微波提取法提取的石榴皮色素对DPPH 自由基清除率分别为92.09%、92.85%、94.01%、94.07%。表明，不同方法提取的石榴皮色素均具有显著的DPPH自由基清除活性，且DPPH 自由基清除率相差不大，说明从石榴皮中提取的天然色素具有很高的抗氧化活性。

3 结论

采用4种不同的提取方法提取石榴皮色素，其中微波法的提取率最高，其染色效果和抗氧化活性也最好，超声法提取的色素与之性质相近，因此提取石榴皮色素时，可以考虑选用先进的超声和微波提取技术；石榴皮色素对pH 值变化较敏感，在酸性条件下，颜色为浅黄色，在中性条件下，颜色为鲜黄色，但上染率较低，在碱性条件下，随pH 值增大，上染率升高，而棉布颜色也逐渐加深，变成较暗的棕黄色；使用媒染剂后，色素的上染率及染色牢度均有较大提高。4种提取方法所得石榴皮色素对DPPH 自由基的清除率均在90%以上，具有很强的抗氧化活性，因此石榴皮色素作为功能性色素在纺织、食品及化妆品等行业具有广阔的应用前景。

［1］张惠芳，惠晶，徐红.两种天然植物染料的应用现状及发展前景［J］.纺织科技进展，2013，（3）：5－7.

［2］贾维妮，张瑞萍，乙永飞，等.石榴皮染料的提取及其在真丝绸染色中的应用［J］.针织工业，2009，（9）：48－51.

［3］王静静.石榴皮色素的提取及其在羊毛纤维染色中的应用［J］.染整技术，2011，33（2）：40－43.

［4］TIWARI H C，SINGH P，MISHRA P K，et al.Evaluation of various techniques for extraction of natural colorants from pomegranate rind－ultrasound and enzyme assisted extraction［J］.Indian Journal of Fibre ＆Textile Research，2010，35（3）：272－276.

［5］阿布来提·阿布都热西提.甜石榴皮和酸石榴皮中天然黄色素的提取及其稳定性比较分析［J］.食品科学，2009，30（15）：130－132.

［6］李巧玲.微波萃取技术在天然食用色素提取上的应用［J］.食品科技，2003，（10）：60－61，64.