皂荚提取物的制备与洗涤应用

孙红玉，闫英山，沈周晶，马 辉，，王力民，盛春英

（1.滨州华纺工程技术研究院有限公司，山东滨州 256600；2.华纺股份有限公司技术中心，山东滨州 256600；3.嘉兴学院材料与纺织工程学院，浙江嘉兴 314000；4.山东省短流程印染新技术重点实验室，山东滨州 256600）

由于传统化学洗涤剂存在污染环境、危害人体健康等安全环保问题，近年来，国内外对天然植物洗涤剂进行了很多研究[1]。关于天然植物洗涤剂的报道有很多，如无患子、菩提果、绿茶、苦楝子等，但这些天然植物在用作洗涤剂时都存在一定的缺点，比如原料难得、价格昂贵、不易提取等[2-4]。作为具有清洁功能的天然植物代表，皂荚具有三萜类皂甙的有效成分，在我国西南地区分布广泛，相比于其他具有洗涤功能的天然植物，如无患子、菩提果等，皂荚原料易得，成本低，且提取方便[5-7]。作为一种优良的表面活性剂，皂荚提取物表面活性强、易生物降解、泡沫性能好，能与多种表面活性剂复配产生增效作用；与市面上所用的洗涤液和肥皂相比，能降低成本，保护环境，安全无毒，且清洗效果优良，自古以来在日常生活中都有广泛的应用[8-9]。但是由于市场上各种化学洗涤剂的兴起以及对环保的忽视，目前人们主要还是使用以化学合成物为主的洗涤剂[10-11]。因此，如何改善皂荚的提取及清洗工艺成为目前广大科学研究工作者的研究热点。

本实验研究了皂荚提取工艺；为了提高其去除色素的能力，将皂荚与同样绿色环保的生物质分子复配产生增效作用，得到一种新物质Matu；分析了不同产地的皂荚、不同质量分数的Matu溶液、不同洗涤剂、不同织物、Matu用量对去除色素效果的影响，通过洗涤前后织物白度的比较以及洗涤后织物力学性能的测试，得出最佳的Matu清洗浓度。通过提高皂荚产率及优化Matu最佳洗涤工艺，进一步了解和开发这类具有优良洗涤效果，对织物损伤小，安全无毒，绿色环保的天然植物洗涤剂。

1 实验

1.1 材料

皂荚1（杭州前进药业有限公司），皂荚2（湖州康恩贝制药厂），商品化洗涤液、商品化肥皂（市售）。

1.2 仪器

CS-700型研磨机（永康市天祺盛世工贸有限公司），5IK90RA-CF型加热恒速搅拌器（上海申胜生物技术有限公司），JA203型电子天平（上海海康电子仪器厂），SHZ-Ⅲ型循环水式真空泵（上海亚荣生化仪器厂），DHG-9075A型鼓风干燥箱（上海天呈实验仪器制造有限公司），SHY-AS型振荡水浴锅（绍兴市元茂机电设备有限公司），WSB-3A型白度仪（杭州研特科技有限公司），YG(B)026H-250型强力测试仪（温州大荣纺织仪器有限公司）。

1.3 皂荚的提取

取适量皂荚放入研磨机研磨3min成粉末，分别称取10 g于7个烧杯中并标号，同时分别量取100mL蒸馏水于7个烧杯中，置于加热恒速搅拌器下分别加热1、2、3、4、5、6、7 h，温度设为40℃，转速为100 rad/s。对加热搅拌后的液体进行抽滤。然后将抽滤液置于50℃鼓风干燥箱内，烘干，称量，计算不同加热搅拌时间下皂荚的产率，命名提取物为Matu。

1.4 M atu用作洗涤液的清洗工艺

剪19块15 cm×7 cm的棉布，分别在棉布中央滴一滴新鲜苹果汁，制得污渍棉布。在常温下静置固化3 h，测量棉布上滴有苹果汁处的白度。将两种不同产地的纯皂荚与生物质分子复配，并与蒸馏水配成质量分数为15%的Matu洗涤液Matu1和Matu2。取19个200mL的三角烧瓶并标号，分别倒入100 mL蒸馏水，1号烧瓶不放其他物质，其余18个分成3组，分别放入0.1、0.4、0.5、0.7、1.0、2.0 g的Matu1、Matu2和商品化洗涤液。在40℃预热，然后分别放入污渍棉布，振荡45min。振荡完毕后再用清水清洗，50℃烘干，测得原位置的白度。最后测试断裂拉伸强力。

1.5 M atu用作肥皂的清洗工艺

制作19块污渍棉布，第一块棉布只用清水手搓，其余18块棉布分别用0.05、0.10、0.20、0.50、0.80、1.00 g的Matu1、Matu2和商品化肥皂进行手搓清洗，清洗2min，清洗力度保持一致，50℃烘干。涤纶和聚乳酸针织物洗涤方式同棉布。

1.6 测试

以100mm/min的拉伸速度对棉布与涤纶进行拉伸，采用强力测试仪测试断裂强力；对聚乳酸针织物进行顶破强力测试。采用白度仪对样品处理部位进行白度测试。

2 结果与分析

2.1 加热搅拌时间对皂荚产率的影响

提取皂荚时加热搅拌时间对产率的影响见图1。

图1 皂荚产率与加热搅拌时间的关系

由图1可以看出，随着加热搅拌时间的延长，越来越多的皂荚溶解于热水中，且增加速度先快后慢，到6 h时逐渐达到饱和，产率不再上升。原因是皂荚在水中有一定的溶解度，6 h后达到饱和。因此提取皂荚的最佳加热搅拌时间确定为6 h。

2.2 不同洗涤剂对去除不同织物色素的影响

分别用清水，0.1、0.4、0.5、0.7、1.0、2.0 g 15%的Matu1、Matu2以及商品化洗涤液清洗棉、涤纶、聚乳酸上质量、形状相同的苹果汁污渍，同时分别用清水、0.05、0.10、0.20、0.50、0.80、1.00 g 15%的Matu1、Matu2以及商品化肥皂清洗棉、涤纶、聚乳酸上质量、形状相同的苹果汁污渍，测量洗涤前后织物上苹果汁部位的白度，用两者的白度差来表征不同用量Matu、商品化洗涤液以及商品化肥皂对去除织物色素的效果，结果如图2～7所示。

图2 M atu溶液和商品化洗涤液对去除棉织物色素的影响

图3 M atu溶液和商品化洗涤液对去除涤纶色素的影响

图4 M atu溶液和商品化洗涤液对去除聚乳酸色素的影响

图5 M atu溶液和商品化肥皂对去除棉织物色素的影响

图6 M atu溶液和商品化肥皂对去除涤纶色素的影响

图7 M atu溶液和商品化肥皂对去除聚乳酸色素的影响

从图2～7可以看出，织物洗涤后白度都有所增加，说明Matu和商品化洗涤液、商品化肥皂都有一定的洗涤性能，且随着Matu溶液、商品化洗涤液及肥皂用量的增加，织物白度逐渐增加；同时当3者用量分别到达一定程度时，用量再增加，织物白度变化不大。从图2～4可以看出，15%的Matu溶液最佳洗涤用量为0.7 g，而商品化洗涤液的最佳洗涤用量为1.0 g。从图5～7可以看出，0.50 gMatu溶液的去除色素能力最强，而商品化肥皂需要0.80 g才能达到最佳洗涤效果。因此，根据最佳洗涤条件下3种洗涤液白度增加值的变化，可得出洗涤剂清洗能力从大到小依次为：Matu1、Matu2、商品化洗涤剂，且在最佳清洗效果下，Matu比商品化洗涤液用量更少。肥皂清洗能力从大到小依次为：Matu1、Matu2、商品化肥皂，且在最佳洗涤效果下，Matu比商品化肥皂用量更少。同时横向比较3种织物可以得出，色素最容易去除的是棉，其次是涤纶，最差是聚乳酸。

2.3 洗涤后织物力学性能的比较

测量棉和涤纶织物的断裂拉伸强力，计算出强力下降率，结果如图8～11所示。

图8 M atu溶液和商品化洗涤液对棉力学性能的影响

图9 M atu溶液和商品化肥皂对棉力学性能的影响

图10 M atu溶液和商品化洗涤液对涤纶力学性能的影响

图11 M atu溶液和商品化肥皂对涤纶力学性能的影响

测量聚乳酸针织物顶破强力，计算出强力下降率如图12、13所示。

图12 M atu溶液和商品化洗涤液对聚乳酸力学性能的影响

图13 M atu溶液和商品化肥皂对聚乳酸力学性能的影响

本实验中水洗的棉和涤纶是机织物，力学性能用断裂拉伸强力来表征；而聚乳酸是针织物，力学性能用顶破强力来表征。因此在3种布间横向比较时，采用计算强力下降率的方法。已知棉和涤纶在未水洗前的原布断裂拉伸强力分别为338.7、520.1N，聚乳酸针织物原布的顶破强力为270.4 N。由图8～13可知，水洗后织物断裂拉伸强力和顶破强力均下降，可推断出加入Matu溶液、商品化洗涤液或肥皂都对3种织物的力学性能产生了不同程度的影响。但总体来看，织物力学性能下降受洗涤液或肥皂用量及品种的影响较小。通过计算强力下降率可知，洗涤液清洗棉布强力下降率不超过6.9%，清洗涤纶不超过7.6%，清洗聚乳酸不超过9.0%；肥皂清洗棉布不超过7.9%，清洗涤纶不超过8.7%，清洗聚乳酸不超过9.5%，均在强力下降率允许范围内。横向对比3种织物，水洗影响从轻到重分别是棉、涤纶、聚乳酸。且对比两条清洗路线，肥皂比洗涤液更易损伤织物。原因是将Matu制作成肥皂时纯度太大，虽然清洗效果更好，但对织物甚至是皮肤有更大的损伤。

3 结论

本研究通过大量实验，确定了皂荚的最佳提取工艺，并将提取物Matu应用于洗涤实验。结果表明，皂荚的最佳加热搅拌时间为6 h。当把Matu作为洗涤液应用时，取0.7 g15%的Matu洗涤液溶解于100mL水中的洗涤效果最好，Matu清洗效果优于商品化洗涤液，且用量更少。当把Matu作为肥皂应用时，取0.5 g进行手搓洗涤效果最好，Matu清洗效果优于商品化肥皂，且用量更少。将Matu用作肥皂比用作洗涤液去除色素的效果更好。不同产地的皂荚也会影响色素的去除效果。使用Matu或其他洗涤剂、肥皂都会对织物的力学性能产生不同程度的影响，力学性能的下降受洗涤液或肥皂用量及品种的影响较小，但使用洗涤液对织物损伤更小。另外也要恰当控制水洗的温度、时间及力度，以免衣物或皮肤受到更大的损伤。