食用色素辣椒红对粘胶织物的媒染染色

宋 钰，刘 伶，关 昶，刘 群

(吉林化工学院石油化工学院，吉林吉林 132022)

食用色素是用于改变物品外观促进食欲的可食用染料，根据来源分为天然和人工合成2种[1]。辣椒红色素是存在于成熟红辣椒中的四萜类橙红色色素，属于类胡萝卜素，主要由辣椒红素、辣椒玉红素、β－胡萝卜素和玉米黄素组成[2]，是目前国际上公认的最好的红色素。纯的辣椒红色素为深胭脂红色针状晶体[3]，色泽鲜艳、着色力强、安全无毒，具有能燃烧脂肪、止痛祛湿、预防癌症的功效，多用于食品、饲料、化妆品和医药等领域[4]。我国辣椒资源丰富，开发辣椒红色素具有广泛的应用前景[5]。

由于辣椒红结构与酸性染料类似，一般此类天然染料多采用媒染法或酸性浴直接染色[6]。李凤艳等[7]以硫酸亚铁为媒染剂，用绿茶提取液对棉织物进行媒染，探究了媒染方式及后媒染工艺对染色性能的影响[7]；张林龙[8]使用天然桑椹对真丝织物进行媒染，织物染色深度和色牢度均有较大提升；任燕飞等[9]采用铁观音茶提取液对羊毛织物进行酸性浴直接染色，获得的织物耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度良好，抑菌率随染液pH值增加而降低。

玉米醇溶蛋白(zein)由玉米淀粉加工而来，目前主要应用于饲料工业[10]。由于其特殊的氨基酸组成使得其具有独特的溶解性和成膜性，当玉米醇溶蛋白溶液涂布后，随着溶剂的挥发，可以形成醇溶蛋白膜[11－12]。这种膜具有良好的阻隔水分和氧气的性质[13－14]。根据玉米醇溶蛋白膜的特性，可以加以利用制成天然类固色剂，涂覆在纤维表面形成薄膜，增加染料的溶落难度，从而提高湿处理色牢度。

本文研究了食用色素辣椒红以硫酸铝为媒染剂，对粘胶纤维进行媒染染色工艺。并针对出现的染色牢度差等问题，对粘胶织物进行玉米醇溶蛋白处理固色。

1 实验部分

1.1 材料及试剂

材料:纯粘胶平纹织物(纱线线密度15.7 tex，市售)。

试剂:辣椒红色素(浙江多味化工有限公司)；玉米醇溶蛋白液(zein液，自制)；单宁酸、硫酸铜、硫酸铝、硫酸锌、氨水、醋酸(分析纯，天津市大茂化学试剂厂)。

1.2 仪器及设备

HG-TC200B染色机(广州鸿靖实验设备有限公司)，752紫外可见分光光度计(上海菁华科技仪器有限公司)，摩擦色牢度仪(温州方圆仪器有限公司)，SW-12 A型耐洗色牢度试验机(温州方圆仪器有限公司)，PHS-3CW型数字式酸度计(上海般特仪器制造有限公司)，DatacolorSF600X型电脑测色配色仪(美国X-Rite公司)。

1.3 色素标准工作曲线的绘制

制备0.10 g/L辣椒红色素储备液，使用分光光度计找出最大吸收波长λmax＝510 nm。由储备液稀释，制备质量浓度为 0.01、0.02、0.03、0.04 和0.05 g/L的染液，以去离子水为空白对照组，在波长为510 nm处测定吸光度。标准工作曲线如图1所示，其中 R2＝0.995 36。

图1 辣椒红色素标准工作曲线

1.4 实验方法

1.4.1 辣椒红色素对粘胶织物的染色

采用直接、预媒、同媒和后媒染色法染色。色素用量5.0%(owf)，浴比1∶50，80 ℃染色30 min，染液pH值4.0～4.5(以醋酸和氨水调节)，媒染剂用量5.0%(owf)，预媒、后媒染色工艺均为60℃媒染处理30 min。水洗烘干。

1.4.2 玉米醇溶蛋白固色

将染色后织物在自制的玉米醇溶蛋白液中常温下多次浸轧，浴比1∶50，40℃烘干。

1.5 测试方法和标准

色牢度测试:染色后织物耐摩擦色牢度按照GB/T 3920—2008《纺织品色牢度试验 耐摩擦色牢度》测定；耐皂洗色牢度按照GB/T 3921—2008《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》测定。采用GB/T 8424.1—2001《纺织品 色牢度试验 表面颜色的测定通则》进行评级。

颜色特征值:试样的 K/S值、L*、a*、b*值在Datacolor SF600X型电脑测色配色仪上测定，D65光源，10°观察视角。每个试样测量4次，取平均值。

上染百分率:采用残液比色法，在752紫外可见分光光度计上染液最大吸收波长处测定吸光度，根据标准工作曲线得出对应质量浓度，按照下式计算上染百分率:

式中:C1残液吸光度对应的色素质量浓度，g/L；C0原液吸光度对应的色素质量浓度，g/L。

2 结果与讨论

2.1 媒染剂及媒染方法对染色效果的影响

不同的媒染剂对染色织物的色相有影响，由单宁酸媒染和硫酸铜媒染可以得到浅红色织物，硫酸锌媒染和直接染色可以得到粉红色织物，硫酸铝媒染可以得到艳红色织物。表1示出不同媒染剂的染色特征值及染色牢度。可知，从K/S值及Lab值来看，在辣椒红色素染色中，适合同浴媒染的媒染剂是硫酸铜和硫酸铝，适合后媒染的媒染剂是单宁酸和硫酸锌。在上染百分率方面，以硫酸铝为媒染剂，采用4种媒染方法对粘胶织物染色时，发现同浴媒染＞后媒染＞前媒染＞直接染色。所以以硫酸铝为媒染剂进行同浴媒染效果更好。分析染色织物色牢度发现，虽然织物经过媒染后耐摩擦色牢度能提高1～2级，基本可以达到3级或3级以上，但并未有效改善耐皂洗色牢度，仍无法满足实用需求。其原因主要是食品级的天然色素缺乏与媒染剂、纤维产生牢固键合的基团，所交联的氢键数量较少，色素亲和力小，直接性差。所以在染色后处理中需要寻找固色手段改善耐皂洗色牢度。

以下媒染工艺讨论均以硫酸铝为媒染剂，同浴媒染进行实验。

表1 不同媒染剂在媒染下的染色特征值及染色牢度

2.2 媒染时间对K/S值的影响

改变媒染时间，所得织物K/S值的变化如图2所示。

图2 媒染时间对K/S值的影响

由图2可知，在辣椒红色素染色中，随着媒染时间的增加，由于存在色素浓度梯度，织物不断吸附辣椒红色素，产生物理吸附和由媒染剂产生的络合，K/S值逐渐增加，当时间达到45 min左右时，上染量达到最大，时间继续增加，织物K/S值不再变化，故初步控制媒染时间为45 min。

2.3 媒染温度对K/S值的影响

改变媒染温度，所得织物K/S值的变化如图3所示。

图3 媒染温度对K/S值的影响

由图3可知，在辣椒红色素染色中，由于染色过程是吸热过程，当染色时间相同时，K/S值随染色温度增加而增加，在90℃左右达到最大值，继续加热，K/S值开始略微下降后趋于平衡。也有可能由于媒染剂硫酸铝在90℃左右条件下与织物结合达到最大值，使之与辣椒红色素结合的络合物也达到最大值，此后，织物上媒染剂浓度不再增加，反而会因温度升高导致分子热运动增加，产生的络合被破坏，使色素又重新溶解到染液中，K/S值降低。所以以硫酸铝为媒染剂时，初步控制媒染温度为90℃。

2.4 媒染剂用量对K/S值的影响

改变媒染剂用量，所得织物K/S值的变化如图4所示。

图4 媒染剂用量对K/S值的影响

由图4可知，在辣椒红色素染色中温度时间确定时，K/S值随媒染剂用量增加而增加，当媒染剂量为4.0%(owf)时，K/S值达到最大，织物上的媒染剂量达到饱和，继续添加媒染剂染色效果反而下降。硫酸铝用量为4.0%(owf)时染色效果较好，所以控制媒染剂用量为4.0%(owf)。

2.5 染色pH值对K/S值的影响

染色时染液pH值对织物得色量的影响如图5所示。

图5 染液pH值对K/S值的影响

由图5可知，当染液pH值为4.0时织物染色K/S值较高。由于所用媒染剂为硫酸铝，当pH值较大时，染液中的铝离子会反应生成氢氧化铝产生沉淀，导致与色素产生螯合物的铝离子数量减少，使染色效果显著变差，而当pH值较小时，由于辣椒红色素具有与酸性染料类似的性质，其上染百分率较低。因此染色pH值调节为4.0左右较为合适。

2.6 玉米醇溶蛋白液固色

由于食品级的天然色素自身性质导致染色牢度较差，因此在确定其染色工艺后需进行固色处理，以满足实际需求。本文使用玉米醇溶蛋白液固色。将染色后的织物经玉米醇溶蛋白液处理后，织物的K/S值、Lab值及色牢度如表2所示。

表2 经zein液固色处理后织物的K/S值、Lab值及色牢度

由表2可知，经zein液处理过的织物并不影响原染色织物的各项特征值，并且由于在织物纤维表面形成保护膜，使色素溶落减少，大大提高了织物的湿处理色牢度，可满足实际需求。

3 结 论

① 使用食品色素辣椒红对粘胶织物进行染色，通过比较媒染剂种类和媒染方法，以Ｋ / Ｓ 值及Ｌａｂ值为标准，认为辣椒红色素适合同浴媒染的媒染剂是硫酸铜和硫酸铝，适合后媒染的媒染剂是单宁酸和硫酸锌。最后综合确定以硫酸铝为媒染剂在同浴媒染下的染色效果较好。

②在以硫酸铝为媒染剂同浴媒染下，辣椒红色素对粘胶织物染色适宜条件是:媒染时间45 min，温度90℃，硫酸铝用量4.0%(owf)，pH值4.0。经媒染处理后的织物色泽鲜艳，K/S值达到4.0，耐摩擦色牢度能达到3级以上，但皂洗变色牢度仅能达到1～2级。

③通过玉米醇溶蛋白液处理织物可以提高染色织物的耐摩擦色牢度1～2级，耐皂洗色牢度3～4级，而且不影响染色织物的色相，由于不添加其他化学试剂，对织物和染料其他性能也不存在影响。