不同溶剂对石榴皮染料提取效果及染色性能的影响

陆晔婷，王露，张昊宇，李建红，侯秀良

(1.江南大学 生态纺织教育部重点实验室，江苏 无锡 214122;2.东莞市德绒羊绒制品有限公司，广东 东莞 523770)

近年来，石榴多酚的应用领域越来越广，且石榴皮作为石榴的副产物，不具备食用价值，大多被视为废物丢弃，未能充分利用。因此，对石榴皮多酚提取工艺开发和研究具有重要的意义[1]。我国石榴种植面积约11.87万公顷，资源丰富[2-3]。石榴皮(Pomegranate Peel)中含有3种最主要的多酚组分为安石榴甙、鞣花酸与没食子酸。其中，安石榴甙是石榴皮天然黄色素的主要成分[4]，对染色效果起主要作用。

目前多采用乙醇/ 水溶液提取石榴皮染料，成本高；水作为最常见的溶剂，来源更广，成本低。因此，本文优化了不同浓度乙醇/水溶液和不同pH水两种溶剂石榴皮多酚提取工艺，并重点比较了两种溶剂的石榴皮提取物主要多酚含量和提取液对羊毛直接染色性能。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

石榴皮粉末(20目),采购自安徽亳州中药材销售有限公司;织物全毛华达呢坯布(纱线线密度58/2 Nm、经密402根/10 cm、纬密225根/10 cm、克重237 g/m2)，由无锡协新毛纺织有限公司提供；无水乙醇、碳酸钠均为分析纯；没食子酸、鞣花酸、安石榴甙均为标准品(纯度HPLC ≥ 98%)；纺织品耐皂洗标准皂片，采购自中国纺织科学研究院。

L20型实验室pH计；Avanti J-E离心机；RE52-4旋转蒸发器；TU-1901双光束紫外可见分光光度计；Color Eye 7000A电脑测配色仪；IR DYER瑞比红外线试色机。

1.2 石榴皮染料提取

用不同浓度乙醇/水溶液和不同pH水(采用碳酸盐缓冲体系调pH)两种溶剂提取石榴皮染料。提取工艺参数：①不同浓度乙醇/水溶液：10 g石榴皮粉末，浴比1∶30，60 ℃提取，每次提取90 min；②不同pH水：10 g石榴皮粉末，浴比1∶30，90 ℃提取60 min每次。提取工艺流程：石榴皮粉末→提取→离心(10 000 r/min,10 min)→上清液旋转蒸发→冷冻干燥→石榴皮提取物或染料[5]。每种溶剂共提取3次，每次浸提后离心取上清液，其余固体物料继续加入溶剂进行浸提，混合3次浸提液得到提取液。

1.3 石榴皮提取液测试

1.3.1 颜色测试 石榴皮提取液颜色采用紫外-可见光吸光度测试。取离心后的石榴皮提取液上清液稀释200倍在室温条件下进行吸光度测试(各提取液进行200倍稀释后均为中性)，得到石榴皮染料提取液的UV-Vis吸收曲线，通过吸光度曲线辅助分析提取效率。

1.3.2 化学组成测试 石榴皮染料中总多酚含量的测定方法根据标准NY/T 1600—2008《水果、蔬菜及其制品中单宁含量的测定分光光度法》测定石榴皮提取物中的总多酚含量[6]。参照标准绘制没食子酸含量标准曲线及计算线性回归方程，根据标准曲线的线性回归方程计算提取物溶液中总多酚含量，根据液料比计算出石榴皮提取物中总多酚含量。

石榴皮提取液化学组成测试采用液相色谱-质谱联用技术(HPLC-MS)进行测试。标准品选择没食子酸、鞣花酸和安石榴甙(纯度HPLC ≥ 98%)。标准品进样浓度(0.10～1.00 mg/mL)：安石榴甙0.30 mg/mL，鞣花酸0.28 mg/mL，没食子酸0.75 mg/mL，进样量1 μL。样品中标品浓度(mg/mL)。

样品中标品含量由下式计算：

×标准品浓度

(1)

(2)

1.4 提取物得率

按以下公式分别计算总多酚得率(%)、安石榴甙得率(%)、提取物得率(%)。

总多酚得率

(3)

安石榴甙得率

(4)

(5)

1.5 石榴皮提取液染色羊毛织物方法

提取液分别作为染液对100%羊毛华达呢织物进行直接染色，染色工艺为40 ℃起染，升温速率为1 ℃/min，到达100 ℃后保温90 min，料液比1∶20(w/w)[7]，其中40%乙醇提取液染浴pH=3(其中40%乙醇提取液染浴为原提取液旋转蒸发去除乙醇后加入蒸馏水至原体积得到，以下简称为40%乙醇提取液)，pH=5水提取石榴皮提取液染浴pH=5。

1.6 石榴皮染色羊毛织物颜色及色牢度测定

采用Color Eye 7000A电脑测配色仪测定染色织物L*、a*、b*、C*、h°值及K/S值。

染色织物耐皂洗变色牢度与沾色牢度参照GB/T 3921—2008《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》；耐干、湿摩擦色牢度参照GB/T 3920—2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》，使用Y(B)571C刷洗色摩擦牢度仪分别测定试样的干摩擦色牢度与湿摩擦色牢度；耐日晒色牢度参照标准GB/T 8427—1998《纺织品色牢度试验耐人造光色牢度氙弧》测定，按照标准灰卡对测定试样的颜色变化进行评级[8]。

2 结果与讨论

2.1 乙醇/水混合溶剂乙醇含量对石榴皮提取液颜色、化学组成的影响

2.1.1 颜色 图1为提取液离心后稀释200倍时不同浓度乙醇提取石榴皮提取液吸光度曲线，相对应的曲线在380～760 nm内积分值见表1。

图1 不同浓度乙醇提取石榴皮提取液吸光度曲线

表1 不同浓度乙醇提取石榴皮提取液吸光度曲线积分值

由图表可知，40%乙醇作为溶剂的石榴皮提取液在紫外-可见光下具有最大的吸光度。

2.1.2 主要多酚组分含量 表2为经过HPLC-MS分析后计算不同浓度乙醇提取石榴皮提取物中主要多酚含量。

表2 不同乙醇浓度石榴皮提取物中主要多酚组分含量以及总多酚含量

由表2可知，提取物中总多酚含量随乙醇浓度的不断增加呈先上升后下降的趋势，40%乙醇提取石榴皮提取物中没食子酸、安石榴甙和鞣花酸均高于其余样品，所以认为40%乙醇提取方式提取效果最好。这是因为部分醇溶性多酚类化合物及其衍生物随着乙醇的加入得到溶解，但当乙醇浓度过高时，由于水溶性的多酚类化合物不能够完全溶解，导致提取物总多酚含量逐渐下降。

2.2 以水为溶剂提取pH对石榴皮提取液颜色、化学组成的影响

2.2.1 颜色 干燥石榴皮粉末在水中部分溶解后pH=3左右，因此样品中pH=3提取液为仅使用蒸馏水提取石榴皮粉末所得提取液。图2为提取液离心后稀释200倍时不同pH提取石榴皮提取液吸光度曲线，相对应的曲线在380～760 nm内积分值见表3。

图2 不同pH提取石榴皮提取液吸光度曲线(稀释200倍)

表3 不同pH提取石榴皮提取液吸光度曲线积分值

由图表可知，提取条件为pH=9的石榴皮提取液在紫外-可见光下具有最好的对光的吸收性。当pH达到9时，提取液的吸光度曲线在280 nm处出现了一个明显的特征吸收峰，这种变化和石榴皮中可以溶解进入碱性条件的鞣花酸多元酚类物质有关，鞣花酸类物质在碱性条件下容易与碱性介质发生反应生成盐类物质，从而引起染料颜色的明显变化[9-10]；在有机溶剂环境中，多酚羟基不会发生质子化与脱质子化现象，但在水溶液中，随着溶液碱性的增加，由于溶液中—OH变多，石榴皮染料中多酚羟基产生质子化与脱质子化现象，会使石榴皮染料的色光发生改变，具体物质需要更深入地研究和考证[11]。

2.2.2 主要多酚组分含量以及总多酚含量 表4为经过HPLC-MS分析后计算得各标准物在不同pH提取条件所得石榴皮提取物中含量以及总多酚含量。

表4 不同pH条件水提取石榴皮提取物主要多酚组分含量以及总多酚含量

由表4可知，样品中pH=5时石榴皮染料主要有效成分安石榴甙含量最高，而当提取条件逐渐变为碱性时，安石榴甙的提取量逐渐降低，这说明安石榴甙在中性或碱性环境中的溶解性较差；鞣花酸和没食子酸则是随着提取条件pH的增大而增加，当pH=9时石榴皮提取物中鞣花酸和没食子酸含量均为最高，说明安石榴甙在碱性条件下被水解成为没食子酸或其二聚体鞣花酸。陈欣子等研究石榴皮的酸碱稳定性证明当遇到碱性条件如pH=9或10时，提取液吸光度曲线会发生变化，故我们不选择过碱条件进行提取。因此，pH=5水提取安石榴甙提取效果最好。由于石榴皮染料中主要有效成分为安石榴甙，在后续提取液染色羊毛织物实验中选用pH=5时水提取石榴皮提取液。

2.3 两种溶剂提取得率比较

由表5可知，40%乙醇提取物得率，总多酚得率均高于pH=5水提取，这可能是由于石榴皮中多酚在植物体内通常与蛋白质、多糖以氢键和疏水键形式形成稳定的化合物，而有机溶剂具有氢键断裂的作用，因此复合体系有利于多酚的提取[12]，因此40%乙醇总多酚提取率更高。pH=5水提取安石榴甙提取率高于40%乙醇提取，这是由于安石榴甙在水中的溶解性比在乙醇中的溶解性更好。

表5 两种溶剂提取率比较

2.4 两种溶剂提取液对羊毛织物的染色性能对比

表6和表7分别为40%乙醇提取和pH=5水提所得的石榴皮提取液直接染色羊毛织物的颜色特征值和各项色牢度。

表6 石榴皮提取液直接染色羊毛织物的颜色特征值

表7 石榴皮提取液直接染色羊毛织物的色牢度

由表6、表7可知，pH=5水提取石榴皮提取液染色毛织物的K/S值达到13.71，而40%乙醇提取液仅为11.65，提高约18%。K/S值越高，织物颜色越深。pH=5水提取石榴皮提取液对毛织物的染色性能好于40%乙醇提取液这是由于安石榴甙是石榴皮染料染色毛织物的主要成分，而pH=5水提取液中安石榴甙含量较高。但是pH=5水提取石榴皮提取液直接染色毛织物皂洗变色牢度、湿摩擦牢度、日晒牢度均比40%乙醇提取液直接染色毛织物低半级，这一方面是由于较深颜色的织物一般日晒牢度差，另一方面是由于两种溶剂提取液中其它化学组分可能有差异。

3 结论

(1)使用乙醇/水溶剂提取石榴皮粉末时，40%乙醇溶剂提取效果最好，提取液颜色最深，提取物中安石榴甙含量最高，达到 410.66 mg/g，且提取物得率为47.95%，安石榴甙得率为19.70%；使用不同pH水提取石榴皮时，pH=5时提取效果最好，提取物中安石榴甙含量最高，达到 499.15 mg/g，且提取物得率为 42.30%，安石榴甙得率为 21.14%。

(2)pH=5水提取石榴皮提取液直接染色羊毛织物的颜色比40%乙醇提取液直接染色羊毛织物深，前者K/S值为13.71，优于后者，其原因是pH=5水提取石榴皮提取液中安石榴甙含量较高。但是，pH=5水提取石榴皮提取液直接染色毛织物皂洗变色牢度、湿摩擦牢度、日晒牢度略差于40%乙醇提取。

(3)由于pH=5水提取成本更低，故水提取可在某些情况下替代乙醇提取，节约生产成本，对石榴皮染料大规模生产具有重要意义。