简述植物染料的应用与鉴别

文/姚盼盼 罗峻

传统植物染色累积了许多前人的经验与智慧，其优良的色彩文化被传承和发扬，结合特殊的保健功能，被重新赋予了意义。植物染色是指利用大自然中自然生长的各种含有色素的植物（如花、草、树木等植物茎、叶、果实、种子、皮、根等部位）提取色素作为染料，采用直接染色或媒染等方式，在染色过程中不使用或极少使用化学助剂，来对被染物进行染色的一种方法[1-2]。植物染料在织物染色上的应用从古代就已开始，由于染色深度和色牢度较差等问题逐渐被合成染料所取代。随着绿色环保、自然健康理念越来越深入人心，无毒无害、自然优雅、抗菌保养等优良品质，且兼具趣味性和艺术性等优点越来越受到纺织品印染领域的重视[1-2]。植物染色产品的市场需求旺盛，特别是高端市场的需求显著，因此市场上出现了大量标称为植物染料或者是天然染料染色的纺织服装服饰产品，但目前并无相关的鉴定方法和判别标准，无法出具相关的检测判定报告。鉴定纺织面料上的染料是否为植物染料，对保护消费者合法权益、维护正常的市场秩序有着深远的作用和影响，同时，生产企业也有着强烈的检测需求，因此，本文从植物染料常用种类、应用现状、现有鉴别方法以及存在的问题等几个方面阐述了植物染料鉴别技术研究进展。

1 植物染料常用种类

植物染料按照化学组成可以分为黄酮类、胡萝卜素类、萘醌类、蒽醌类、姜黄素类、靛蓝类、叶绿素类等；按溶解性能可分为水溶型、醇溶型及油溶型；按染色性质则分为直接染色型、还原染色型、媒染型以及其他类型植物染料；而按被染物染色后的颜色分类则分为红色、黄色、蓝色、绿色、棕色、紫色和灰黑色[1]。

按化学组成分类常见的有：黄酮类是一类骨架只有15个碳原子组成的化合物，骨架中含有两个苯环，两个苯环之间由3个碳原子桥连。胡萝卜素类是由以异戊二烯为单元组成的共轭双键长链为基础的一类色素，其吸收波长位于430mm～480nm。姜黄素类是由酮类色素组成的混合物，主要成分为姜黄素、脱甲氧基姜黄素和双去甲氧基姜黄素。蒽醌类主体结构是蒽醌环，另有一定数量的羟基和羰基[2]。

日常生活中常根据植物染料在纺织品上的表观颜色进行分类，常见的有红色系、黄色系、蓝色系。红色系植物染料主要有茜草、红花、苏木等，这几种都是比较传统的色素植物，其中茜草染色得到的织物颜色偏暗红色，而高粱壳、香樟叶、金合欢、桑葚等植物染料也可染出一定的红色效果，其中桑葚可染出清新淡雅的玫红色（如图1所示）。黄色系植物染料，自然界可提取的植物相对较多，最具代表性的有姜黄、栀子黄、槐花等（如图2所示）。而蓝色系植物染料，在自然界中相对较匮乏，主要是从蓼蓝以及菘蓝、木蓝、马蓝等含有吲哚酸成分的蓝草植物叶子中发酵提取制成的一种称为靛蓝的植物染料，这种染料是属于还原类染料[2]（如图3所示）。按照被染物染色后的颜色具体分类可见表1。

表1 植物染料按被染物染色后颜色分类

除以上传统植物染料外，越来越多的植物被发掘，制成染料被应用到食品、纺织品等上面，例如红辣椒、茶叶、胡萝卜、石榴、板栗壳、香蕉皮、莲蓬壳、桑葚等。

图1 茜草及茜草染色织物

图2 姜黄及姜黄染色织物

图3 蓝草及靛蓝染色织物

2 植物染料应用现状

“衣”作为人们生活必需品之一，除了满足普通穿着之外，人们对其质量和档次的要求不断提高。植物染料因其无毒无害、自然优雅、抗菌保养等优点常被应用在纺织品染色上面，尤其是多应用于贴身衣物如家居服、内衣、衬衫、丝巾、床上用品等高档产品上面。贾莉等[3]以红色系植物染料茜草、红花、苏木为染色试验原料，以家居服常用面料纯棉布、棉绸、薄麻布、厚麻布为试验试样，设计了相应的染色试验，探索了不同红色系植物染料在多种家居服面料上的染色效果。任哲民等[4]从姜黄中提取染料色素，用于对柞蚕丝绸的染色，并对染色工艺参数及影响因素进行了分析，对染色产品进行了测试，其研究结果表明，姜黄染料不仅对柞蚕丝织物具有良好的上染性，而且染色织物还具有良好的色泽及染色深度和优良的紫外线防护性能及抗菌性能。植物染料大黄、黄连及槐米所染纺织品都具有一定的抗菌性，这些植物染料在染色的同时，赋予织物较强的抗菌性，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、肺炎杆菌均有一定的抗菌性，大黄染色织物还具有良好的防紫外特性。这几种黄色染料无毒无害，对皮肤无过敏性和致癌性。其色泽柔和、自然有特色，在高档真丝制品、保健内衣、家纺产品、装饰用品、婴儿纺织品等领域中均拥有广阔的发展前景[5]。从蓝草等植物中提取的植物靛蓝染料的染色纺织产品色牢度较好，色调高雅、手感丰满厚实，独特的药物保健功能等优点，是合成靛蓝所不具有的，其多用于棉质、化纤类面料上面的染色，最常见的就是用于制作牛仔服装的染色[6]，也可用于对植鞣革牛皮的染色[7]。

3 现有鉴别方法

植物染纺织品因具有化学合成染纺织品所不具有的天然保健的特点，在市场上也是越来越受到人们的欢迎。但因植物染料来源范围广、种类众多等客观性差异影响，所以植物染纺织品的鉴别存在诸多局限性。目前国内外对植物染料染色纺织品鉴别均有相关研究与报道，总结主要是化学法、光谱法、气相-液相-质谱法等几大方法。

3.1 化学法

作为普通消费者，日常简单的区分植物染和化学染染色方法是植物染衣物接触带有铁锈的潮湿铁丝或者使用小苏打或米醋洗涤会变色，而化学染不会变色[8]。由于植物染纺织品存在诸多复杂影响因素，这种方法并不一定能准确区分，关立平等[9-10]为了有效鉴别植物染料染色纺织品，采用脱色法对黄色植物染料染色的毛织物或者是栀子类植物染料染色的棉织物进行鉴别，选用了冰醋酸作为鉴别试剂，其研究结果表明，冰醋酸溶液可使毛织物上面黄色植物染料或者是棉织物上面的栀子类植物染料完全脱色，但对化学染料不会产生明显的脱色效果，是一种有效鉴别黄色植物染料染色的毛织物或者是栀子类植物染料染色的棉织物方法。

3.2 光谱法

紫外可见光谱可以对植物染料色素分子的各个光的波长进行选择性吸收，朱逸行等[11]通过将萃取下来的植物染料与染料原液的紫外光谱图进行对照，发现出峰位置与峰型基本一致，说明紫外光谱测试是一种有效的定性鉴别手段。古代丝织品上的染料几乎全部来自自然界，其中大部分染料属于植物染料，光谱方法因其快速、非破坏性、可原位测试等优点常被应用在纺织品考古领域，如刘剑等[12]通过应用微型光纤光谱技术无损检测出土文物织物上植物染料的类别，成功地获得了茜草、黄檗、槐米、苏木等7种植物染料的紫外可见吸收光谱。另有C.Montagner 和L.G.Angelini等[13-14]将紫外-可见-近红外反射光谱技术应用在古代纺织品纤维和天然染料的鉴别上面。J.Lee等[15]采用傅立叶变换红外光谱法（FT-IR）和飞行时间二次离子质谱法（TOF-SIMS）方法建立了天然染料染色丝绸标准样品数据库，并对16世纪至18世纪朝鲜坟墓中的纺织碎片进行了光谱分析。其研究结果显示，FT-IR和TOF-SIMS光谱不仅可以识别考古纺织品中的纤维，还可以鉴别其所用的天然染料种类。随着无损检测技术的发展，近红外漫反射光谱、荧光光谱、拉曼光谱等光谱技术也被应用在染料鉴别领域。如刘文凤等[16]通过采用近红外漫反射光谱、荧光光谱和拉曼光谱3种无损检测技术，建立了快速、准确鉴别天然靛蓝与合成靛蓝染色蚕丝织物的方法。

3.3 气相-液相-质谱法

气相-液相-质谱仪常与光谱或者质谱及其他技术手段联用，是分析、鉴定成分复杂样品比较有效的手段，如GC/HPLC-MS、HPLC-DAD、GC/HPLC-NMR等。C.Ahn[17]利用热老化和双氧水老化模拟姜黄素在墓葬中的降解，并通过气相-质谱联用技术检测出姜黄素的降解成分。柏小剑等[18]将质谱指纹分析法引入到墓葬出土的丝织品上植物染料的鉴定中，成功鉴定出了植物染料（茜草、苏木、姜黄等）的信息。J. Wouters等[19]利用HPLC-PDA-MS对红花染料进行了分析。X. Zhang and R. A. Laursen等[20]研究了用盐酸、EDTA、甲酸萃取丝织物上的植物染料，采用LC-DAD-MS方法对萃取的植物染料成分进行分析，其数据结果显示，用甲酸和EDTA萃取的染料能够清晰分辨出植物染料的种类，但是用盐酸就区分不了。

随着科学技术的发展，多通过多种技术联用来达到染料鉴别的快速、无损、精准性等目的。除使用化学试剂外，可借助气质联用、液质联用等色谱/质谱技术及拉曼光谱、近红外光谱、紫外光谱等光谱技术手段，并通过建立植物染料结构特征分辨数据库加以分析确认等。

4 存在的问题

植物染料多来自自然界的各种植物，大面积种植的较少，种类繁多，有较强的季节性和区域性，提取的色素上染到织物上的含量较少，上染率低，在织物染色上面的重现性较差，色牢度较低。而且大部分植物染料需要借助媒染剂反复媒染，有些媒染剂对人体健康不利，污染环境。目前植物染料应用大多局限在高档产品，少量在工艺品、少数民族手工艺品领域。虽然如此，植物染纺织品因其特有的绿色环保、自然保健等优点仍然受到一部分人的喜爱和追捧，在市场上仍然拥有少量的份额。为吸引消费者，市场上有些商家谎称自己的产品属于植物染料染色产品，而目前并无对应的检测鉴别方法及标准可以区分和判别，给消费者选择、企业推广和市场监管都带来了一定的困难。

化学法和气相-液相-质谱法均需使用化学试剂并对测试样品进行一定程度的损伤和破坏，而且操作复杂。化学法鉴别准确度不高，而仅仅通过光谱技术达到染料精准鉴别的目的有一定的难度。

5 结语

植物染料染色纺织品由于无毒无害、自然优雅、抗菌保养等优良品质，且兼具趣味性和艺术性等优点受到广泛关注，但目前市场上却没有统一的检测标准加以鉴别，直接影响企业推广、消费者辨别、市场监管等。要获得精准的检测鉴别方法及制定出相应的判定标准，以便于无论是企业还是消费者都能在实际应用中做出正确的选择和使用，为其提供一定的参考或者帮助，需对植物染料从来源、制备方法、染色工艺到检测手段等各个阶段逐个细致系统地分析与研究。不同种类的植物染料染色织物所使用化学萃取试剂及数据分析手段也不同，采用无损检测光谱技术，结合化学、色谱质谱法，找到最优鉴别方案，从定性到精准定量还需要大量的试验研究。