藏药小檗皮染料的提取及其对棉织物的染色

段黎昊，利毛才让，华旦才让，看太才让

(青海师范大学 民族师范学院，青海 西宁 810000)

天然染料，尤其是植物染料的使用在我国具有非常悠久的历史[1-3]，由于其无毒、无害，且含有中药材特有的有效成分[4-5]而倍受人们的青睐。虽然合成色素比天然染料染色性能更好、色彩更鲜艳齐全、价格更低[6-8]，但由于合成色素主要是利用人工化学合成的方法从石油、煤焦油及其副产品中分离出来的苯胺染料为原料而制得的有机色素，因此具有一定的毒性[9-11]。基于人们对绿色环保与人类健康的重视与日俱增，随着医学的发展和人们对健康意识的加强，天然染料的开发与利用显得尤为重要[12-13]。

藏药小檗皮为小檗科植物直穗小檗(Berberis dasystachya Maxim)及小檗(Berberis vulgari L)等茎或根的内皮，具清热解毒、燥湿之功[14]。为藏医常用药之一，是复方藏成药十八味诃子利尿丸、四味姜黄汤散等成方制剂的重要组成药味[15]。小檗皮含有小檗碱等多种生物碱成分[16]，可作为黄色系天然染料原料[17-18]，在染色过程中，其药性、香味与色素一起被织物吸收，使得染色后的织物对人体有特殊的药物保健功能，还可抑菌、防蛀[19-20]。为了扩充天然植物染料的来源，丰富植物染料的色相，本文将探讨从藏药小檗皮中提取天然染料的工艺，优化小檗皮天然染料对纯棉织物染色的工艺，并评价其染色效果。

1 试验部分

1.1 材料与仪器

材料：纯棉府绸(经退浆、煮练、漂白和丝光处理，河北石家庄永盛棉织厂)，纱线线密度 19.7 tex, 经纬向密度均为268 根/(10 cm)，面密度140 g/m2。

仪器：TYSP-1450A型高速多功能粉碎机(浙江省永康市红太阳机电有限公司)，BS124S型电子天平(北京泽祥永兴科技公司)，KQ-450DE型数控超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司)，RE-52AA旋转蒸发器(上海亚荣生化仪器厂)，HH-2数显恒温水浴锅(常州国华电器有限公司)，T6新世纪紫外可见分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司)，MDZK-K210B型真空干燥箱(北京明杰蓝天科技有限公司)，SHB-ll型l循环水式多用真空泵(郑州长城仪器有限公司)，SF600X 型电脑测色配色仪(美国Data Color 公司)，ZQ-006型手动干湿摩擦色牢度测试仪(东莞智取精密仪器有限公司)，SW-12 A耐洗色牢度试验机(温州方圆仪器有限公司)。

试剂：无水乙醇(天津市风船化学试剂科技有限公司)，柠檬酸(天津市恒兴化学试剂制造有限公司)，磷酸氢二钠，氢氧化钠(天津市恒兴化学试剂制造有限公司)，CuSO4(天津市科密欧化学试剂有限公司)，以上试剂均为分析纯；小檗皮(市售)。

1.2 小檗皮染料提取

准确称取5.0 g藏药小檗皮粉末，用体积分数80%的乙醇超声提取，改变提取条件(提取液pH值、提取温度、提取时间、料液比)，以最大波长208 nm波长下的吸光度值作为指标来确定小檗皮染料最佳提取工艺。

1.3 小檗皮染料的制备

取上述最佳提取工艺下所得藏药小檗皮提取液，用旋转蒸发仪进行浓缩，浓缩到原提取液体积的1/10时，进行真空干燥，得褐色固体，即为藏药小檗皮染料。称取此染料溶于纯水中，得到10 g/L藏药小檗皮染液。

1.4 小檗皮染料对棉织物染色工艺研究

1.4.1 直接染色法

将纯棉织物裁取为8 cm×8 cm，投入小檗皮染液中进行煎煮染色，染色过程中不断搅拌。染色完成后降温、水洗、烘干，通过改变染色条件(浴比、染色温度、染色时间、pH 值和染液质量浓度)，研究小檗皮染料上染纯棉织物的最佳工艺。

1.4.2 媒浴染色法

采用同浴媒染法，媒染剂CuSO4质量浓度为3%(owf)，其他条件与上述直接染色法中的染色条件相同，染色后纯棉织物取出水洗，自然晾干[21]。

1.5 性能测试

1.5.1 吸光度测试

将小檗皮染料提取液1 mL稀释至100 mL，并在208 nm波长处测定其吸光度值。

1.5.2K/S值测定

采用电脑测色配色仪测定织物的K/S值，D65光源，10°视角，试样折叠3层，测定10次，取其平均值[22]。

1.5.3 织物色牢度测定

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 392—2008《纺织品 色牢度试验 耐皂洗色牢度》测定。

2 结果与讨论

2.1 小檗皮染料提取液吸收波长的测定

藏药小檗皮提取液的吸收光谱图如图1所示。可见在208 nm处达到最大吸收。因此，本文采用208 nm处提取液的吸光度值为指标，对不同提取方法下的提取效果进行讨论。

图1 提取液吸收光谱图

2.2 小檗皮染料提取条件单因素分析

2.2.1 提取方法对提取效果的影响

小檗皮粉末5 g 与50 mL体积分数75%的乙醇溶液混合，在60 ℃下分别用浸提法、超声提取法、回流提取法提取20 min，提取液稀释后在208 nm处测定其吸光度值。不同提取方法所得提取液的吸光度值分别为浸提法0.996，超声提取法1.483，回流提取法1.274。可知，在其他条件相同时，超声提取的效率最高。这是因为超声波具有频率高、方向性好、穿透力强、能量集中等特点，使溶剂渗透到小檗皮细胞中，从而使染料成分在较短时间、较低温度下溶解[23-24]。本文采用超声波提取法对藏药小檗皮进行提取。

2.2.2 乙醇体积分数对提取效果的影响

小檗皮粉末5 g与不同体积分数的乙醇溶液50 mL混合，在60 ℃下超声提取20 min，提取液稀释后在208 nm处测定其吸光度值，乙醇体积分数对提取液吸光度影响结果见图2。可见，提取液吸光度值随乙醇体积分数升高而增大，因为藏药小檗皮中含有丰富的生物碱成分，在乙醇溶液中溶解度相对较大，但乙醇体积分数在80%～100%范围内，提取液吸光度值变化不大，以减少有机溶剂用量为原则，本文采用体积分数80%的乙醇对藏药小檗皮进行提取。

图2 乙醇体积分数对提取液吸光度值的影响

2.2.3 料液比对提取效果的选择

取小檗皮粉末5 g 与不同体积的体积分数为80%的乙醇溶液混合，于60 ℃超声提取20 min，提取结束后稀释，并在208 nm处测定其吸光度值，料液比对提取液吸光度值影响结果见图3。可见，料液比的增加使小檗皮中色素成分与溶剂的接触更充分，为了快速高效提取色素，减少提取次数，本文采用料液比为1∶10条件下进行藏药小檗皮染液的提取。

图3 料液比对提取液吸光度值的影响

2.2.4 小檗皮染液提取工艺优化

取小檗皮粉末5 g 与50 mL体积分数 80%的乙醇溶液混合并超声提取，采用L9(33)正交试验对提取温度、提取时间、溶液pH值(溶液pH值用柠檬酸、磷酸二氢钠以及氢氧化钠进行调节)进行分析，因素水平见表1，实验结果见表2。

表1 染色提取因素水平表

表2 提取因素正交试验结果

由表2可知，影响小檗皮染液提取效果的最大因素是溶液pH值，因为藏药小檗皮中含有大量的生物碱成分，生物碱在碱性介质中会增加其溶解性。其次是提取温度，提取温度越高，吸光度值越大，因为温度越高，分子热运动越剧烈，生物碱成分在溶液中的溶解度越大，但是温度过高，会使生物碱成分变性，这也是本文采用超声提取法的一个重要原因，因为超声提取法能够在较低温度下有效的提高提取效率。影响最小的是提取时间，提取时间越长，小檗皮色素成分与溶液的浸润时间越长，也就越易溶于溶剂，结合节能方面的考虑，本文采用超声提取时间为20 min。

综上所述，最终确定小檗皮染料的最佳提取工艺为：采用体积分数80%的乙醇溶液为提取剂，料液比1：10，超声波提取，提取温度60 ℃，提取时间20 min，pH值9。

2.3 小檗皮染料对纯棉织物染色工艺研究

2.3.1 染色工艺正交分析试验

采用直接染色法，提取液用量50%(owf)，对染色温度、染色时间、溶液pH值进行L9(33)正交试验分析，染色因素水平见表3，用碳酸钠和磷酸氢二钠调节溶液pH值，染色时用水浴加热，染色因素正交试验结果见表4。

表4 染色因素正交试验结果

由表3可知，小檗皮染料对纯棉织物染色的最大影响因素是pH值，因为小檗碱属于带正电荷的阳离子染料，所以在酸性条件下，染料与纤维间存在较强的电荷排斥力，不利于染料的上染。随着染液酸性减弱，纤维表面的负电荷增加，从而能吸附更多的染料，织物的颜色深度增加。而当染液为碱性时，由于小檗皮中色素成分主要为生物碱类物质，在碱性条件下会以游离形式存在于溶液中，不利于染色，在pH值为7的染液中，纯棉织物染色效果最好。其次是温度，温度升高，纤维的膨化程度提高，色素分子的聚集度降低，色素分子能更好地扩散进入纤维内部。考虑到天然色素的成分复杂，温度过高易导致染料分解变质，因此确定最佳染色温度为65 ℃。影响最小是时间，染色时间越长，织物颜色越深，但是从表5可以看出，上染时间40 min和60 min对上染效果影响不大，考虑到节能，选择上染时间为40 min。综上所述，藏药小檗皮染液对纯棉织物直接染色的最佳工艺为：染液pH值7，染液升温至65 ℃后入染，恒温下染色40 min。

表3 染色因素水平表

2.3.2 染色方法选择

采用同浴媒染法，CuSO4用量为3%(owf)，其他条件与上述优化染色条件相同，染色后取出水洗，自然晾干，进行色牢度分析，结果见表5。

表5 染色方法对色牢度的影响 级

从表5可知，同浴媒染法可以提高藏药小檗皮染料上染后棉织物的色牢度，这是因为，藏药小檗皮中的色素成分多为生物碱类物质，能够与Cu2+离子发生络合反应，从而将染料分子与纤维联系在一起，改善了染色牢度，因此本文采用同浴媒染法用藏药小檗皮染液对棉织物进行染色。

2.4 浴比的选择

采用同浴媒染法，以不同浴比对纯棉织物进行染色，其他条件同上述优化染色工艺，染色后取出水洗，自然晾干测定织物的K/S值，结果见图4。可见，随着浴比的增加，棉织物与藏药小檗皮色素分子的接触机会变少，因此，本文采用浴比1∶20进行染色。

图4 浴比对织物K/S值的影响

3 结 论

本文分别对藏药小檗皮染料提取工艺以及藏药小檗皮染液对纯棉织物的染色工艺进行探讨，采用单因素分析以及正交试验分析，对提取工艺和染色工艺进行了深入的研究，试验结果显示，藏药小檗皮染料最佳提取条件为：体积分数80%乙醇为溶剂，料液比1∶10，超声提取温度60 ℃，提取时间20 min，提取液pH值9；小檗皮染液以CuSO4用量为 3%(owf)为媒染剂，采用同浴媒染法，对纯棉织物进行染色的最佳条件为：提取液用量50%(owf)，pH值为7，染色温度65 ℃，染色时间40 min。该工艺所得染色纯棉织物色彩鲜艳，色牢度均在3级以上。