漆酶催化食用色素对羊绒染色

2021-07-09瞿建刚胡啸林

染整技术 2021年6期

李瑶，刘欢，瞿建刚，，胡啸林

（1.南通大学纺织服装学院，江苏南通 226019；2.鄂尔多斯羊绒制品股份有限公司，鄂尔多斯 017000）

羊绒是一种由大量氨基和羧基组成的蛋白质纤维。与羊毛相比，羊绒制品更轻盈、柔顺，且具有良好的吸湿排汗功能，可以主动调节到适合人体的温度［1］。由于羊绒在染色方面的性能与羊毛类似，故可将用于羊毛染色的染料用于羊绒染色，主要有酸性染料、酸性媒介染料、金属络合染料、活性染料［2］，但这些染料绝大部分难以降解、结构繁杂，部分还有毒性。近年来，使用天然染料对羊毛及羊绒进行染色成为研究热点。Adeel 等［3］使用从椰壳中提取的物质，配合相思树、指甲花、姜黄和石榴对羊毛进行超声波染色。苗爽等［4］以姜黄色素为染料，辅以海藻酸钠作为稳定剂、十二烷基硫酸钠作为发泡剂，采用泡沫染色法对羊毛进行染色。李志刚等［5］从紫甘蓝中提取染料并使用同浴媒染法对羊绒纤维染色。部分学者采用食用色素对羊绒纤维进行染色探究。王静等［6］用茶多酚对羊绒进行后媒染色，并优化了染色工艺。武守营等［7］优化了胭脂红、柠檬黄和亮蓝3 种合成食用色素对羊绒的染色工艺。

漆酶可催化的底物范围广、易于获取且有利于环境保护，是目前最具有应用前景的一种生物酶［8-12］。本实验用茶多酚、胭脂红、柠檬黄和亮蓝4 种食用色素对羊绒纤维进行染色，然后用漆酶处理染色纤维。茶多酚是一种天然食用色素，主要成分是儿茶素，胭脂红、柠檬黄和亮蓝均为合成食用色素，结构如下所示：

1 实验

1.1 材料和仪器

织物：羊绒纤维（单根纤维平均1.5 dtex，强力5.87 cN，鄂尔多斯羊绒制品股份有限公司）。

试剂：氢氧化钠，乙酸，乙酸钠，标准皂片，漆酶1号（来源于曲霉属菌种，酶活大于等于100 U/g，合肥博美生物科技有限责任公司），漆酶2 号（来源于曲霉属菌种，酶活大于等于10 U/mg，安徽酷尔生物工程有限公司），茶多酚（98%，南京草本源生物科技有限公司），胭脂红、柠檬黄、亮蓝食用色素（上海染料研究所有限公司）。

仪器：Datacolor 650 电脑测色配色仪（德塔颜色商贸有限公司），PHS-3C 精密pH 计（上海仪电科学仪器有限公司），YB517Ⅱ预置式染色牢度摩擦仪、YG（B）611-Ⅲ型日晒气候试验机（温州大荣纺织标准仪器厂），GYROWAH4/5 水洗/干洗色牢度试验机（英国James H Heal 公司），DHG-9423A 电热恒温鼓风干燥机（上海精宏实验设备有限公司），HH-S21-4电热恒温水浴锅（上海华联环境试验设备有限公司恒昌仪器厂）。

1.2 染色工艺

取茶多酚6%(omf)、胭脂红1%(omf)、柠檬黄1%(omf)和亮蓝0.5%(omf)分别溶于25 mL 水中，调节溶液pH 为4.5，升温至50 ℃，加入润湿的0.5 g（干重）羊绒（浴比为50∶1），以1～2 ℃/min 升至95 ℃，保温50 min。染色结束后先温水洗再冷水洗，最后烘干。

取漆酶0.2 g 溶于25 mL pH 为5 的0.2 mol/L 醋酸-醋酸钠缓冲溶液，将已染色的羊绒润湿加入溶液中，50 ℃反应4 h。反应结束后以1～2 ℃/min 升至95 ℃煮30 min，使漆酶失活。

最后取出羊绒，先温水洗再冷水洗，50 ℃烘干。

1.3 测试

1.3.1 K/S值

用测色配色仪测量漆酶染色后羊绒纤维的L*值、a*值、b*值及K/S值，测4 次，在误差小于0.5 的情况下取平均值。

1.3.2 耐摩擦色牢度

根据GB/T 3920—2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》进行测试。

1.3.3 耐皂洗色牢度

根据GB/T 3921—2008《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》进行测试。

1.3.4 耐日晒色牢度

根据GB/T 8427—2008《纺织品色牢度试验耐人造光色牢度：氙弧》进行测试。

2 结果与讨论

2.1 漆酶对茶多酚染色效果的影响

茶多酚直接对羊绒染色，不加漆酶及添加漆酶1号、2 号，羊绒染色效果如表1 所示。由表1 可知，加入漆酶后，K/S值明显增大，说明经漆酶处理后纤维表面得色变深，表明漆酶对茶多酚染色有促染作用。由于茶多酚的主要成分为儿茶素，儿茶素中含有邻苯二酚与间苯二酚，在漆酶作用下发生催化氧化，生成醌类中间体，使得K/S值增大；酚类结构在漆酶的作用下形成自由基，接着和漆酶分子中的4 个铜离子相互作用，最后完成催化氧化过程。在这个过程中，4 个铜离子在氧气和酸性环境中失去电子，转化为原来的价态，所以这是一个只产生水的反应［9］。两种漆酶均能促染，漆酶1 号的促染效果比漆酶2 号更好。L*值变化不大，表示明度相差不大；a*值变小，表示经漆酶处理后的羊绒纤维红光减少；b*值变化不大，即黄、蓝光变化不大。茶多酚染色后，羊绒纤维的染色牢度均较好；漆酶处理后，耐摩擦和耐皂洗色牢度依然能达到4～5级，耐日晒色牢度为4级。

表1 漆酶催化茶多酚对羊绒染色效果的影响

2.2 漆酶对胭脂红染色效果的影响

胭脂红染色羊绒纤维在不加漆酶及添加漆酶1号、2 号3 种不同情况下的染色效果如表2 所示。由表2 可知，加入漆酶后，K/S值明显减小，即漆酶对胭脂红有一定的褪色作用。胭脂红为偶氮染料，漆酶可对其进行催化而导致褪色。胭脂红结构中含有酚羟基，经过漆酶处理后可能生成醌类结构，但难与羊绒以氢键和范德华力结合。两种漆酶均会导致染色纤维褪色，效果相差不大。L*值变大，表示经漆酶处理后羊绒纤维变明；a*值变小，表示未经漆酶处理的羊绒纤维红光更多；b*值变小，即未经漆酶处理的羊绒纤维黄光更多，但漆酶处理后变化不大。胭脂红染色后，羊绒纤维的染色牢度均较好；漆酶处理后，耐摩擦和耐皂洗色牢度依然能达到4～5 级，耐日晒色牢度稍有下降，但仍能达到3级。

表2 漆酶催化胭脂红对羊绒染色效果的影响

2.3 漆酶对柠檬黄染色效果的影响

柠檬黄染色羊绒纤维在不加漆酶及添加漆酶1号、2 号3 种不同情况下的染色效果如表3 所示。由表3 可以看出，加入漆酶后，K/S值明显减小，即漆酶对柠檬黄有一定的褪色作用。漆酶可催化柠檬黄中的偶氮结构，破坏发色团从而导致羊绒褪色；且漆酶会催化柠檬黄结构中的羧基，从而导致羊绒褪色。两种漆酶均明显导致柠檬黄染色羊绒纤维褪色，效果相差不大。L*值变大，即羊绒纤维变明，但变化不大；a*值从正变为负，表示未经漆酶处理的羊绒纤维偏红光，而经过漆酶处理后，染色羊绒纤维偏绿光；b*值明显减小，说明经过漆酶处理后，纤维黄光明显减少。经过和未经过漆酶处理的柠檬黄染色羊绒纤维，耐摩擦和耐皂洗色牢度都能达到4～5 级，但经过漆酶处理的羊绒纤维耐日晒色牢度下降至3级。

表3 漆酶催化柠檬黄对羊绒染色效果的影响

2.4 漆酶对亮蓝染色效果的影响

亮蓝染色羊绒纤维在不加漆酶及添加漆酶1 号、2号3种不同情况下的染色效果如表4所示。由表4可以看出，加入漆酶后，K/S值变化不明显，漆酶虽然能够起到一定的促染作用，但由于亮蓝与纤维结合差，在漆酶处理过程中，处理液呈蓝色，导致漆酶处理后纤维K/S值变小。漆酶1 号处理后，羊绒纤维的K/S值减小，而漆酶2号处理后羊绒纤维的K/S值略微增大。L*值变大，即羊绒纤维变明，但变化不大；a*值变化也不大，即羊绒纤维绿光变化不大；b*值增大，纤维蓝光明显减少。经过亮蓝染色的羊绒纤维，耐摩擦和耐皂洗色牢度相对较差，但也能达到4 级或以上；经过漆酶处理后，染色羊绒纤维的各项色牢度变化不大。