天然染料紫草素的提取及染色性能

王国宇 张凤琦 李臖懿 谷伯都 潘 硕 姜 健

（辽东学院化工与机械学院，辽宁 丹东 118003）

从人类社会产生的那一刻起，人们就懂得从大自然的植物中得到各种各样的颜色来美化生活。人们从野草或者树枝中挤出汁液，将获得的色彩用于染色或者绘画。随着工业革命和科学技术的发展，植物染料逐渐被化学合成的染料代替。在19世纪以前，纺织印染的染料大多是植物染料，自1856年第一个合成染料苯胺紫诞生后，合成染料由于其色彩缤纷、色谱齐全、染色牢度好且价格便宜等特点，逐渐取代了植物染料在印染界中的地位。大小染坊开始使用化学染料对织物进行染色，只有在偏远的少数民族地区还在继续使用植物染料染色，植物染料慢慢的退出了其历史舞台。

但近年来，随着环保、健康、生态意识的增强，在日益增长的环境和健康问题面前，绿色环保的染整理念又重新回到人们的视野，天然染料又逐渐受到人们的关注和重视。开发植物染料已成为国际上的热点研究方向。

天然染料普遍具有色泽柔和、比较容易自然降解、毒性低等特点，与环境有较好的相容性，有的天然染料还具有一定的保健功能，如紫草素、茜草素、苏木色素、石榴皮色素、姜黄素等，还具有抗菌、抗氧化和抗紫外等性能，应用于纺织品染色可开发出既具有天然染料色彩，又具有一定功能的绿色生态纺织产品。

紫草是中国药典收录的一种草药，别名：硬紫草、软紫草。英文名为Radix Arnebiae，Radix Lithospermi。目前，国内外对紫草素的大量研究多集中在医学领域，如抑菌、抗炎、抗病毒、保肝、抗氧化、抗肿瘤和免疫调节作用等。天然紫草素类化合物及其衍生物具有不同程度的细胞毒作用和抗肿瘤作用。紫草素类化合物及其衍生物能诱导肿瘤细胞凋亡，阻碍肿瘤细胞的生长。紫草素作为天然紫色素，用于织物染色具有悠久的历史，从商周时代便已开始应用。多用于天然纤维的染色，如棉、丝绸、羊毛等。

一、提取工艺

1.溶液浸提法。该方法是天然色素传统的提取方法，有机溶剂主要用乙醇、甲醇、乙醚等。本法主要用于提取脂溶性基团占优势的物质，蒋丹[5]等人采用100%乙醇为提取液，料液比为1：6，采用超声提取的方式，得到紫草中紫草素的含量为9.2mg/g。油浸法是对紫草外用制剂常有的提取方法，张继平等采用正交设计确定紫草油的最佳提取工艺：加4倍花生油浸泡12h后再煮1h，油温不超过150℃，紫草粉末度为1cm小段。

2.超声提取法。关奕等得到超声提取新疆紫草色素的优化工艺参数为：80目新疆紫草粉末，液固比为12mg/L，在50℃水浴中超声处理25min，超声波功率1800W，提取率可达到87%。

3.超临界CO2萃取法。马丽萍等对紫草进行了超临界CO2萃取紫草素，结果表明，采用等温变压二级分离，在萃取压力为20MPa，萃取温度为32℃为最佳条件，紫草素的提取率为1.82%，所需时长为2.5 h-3h。CO2超临界萃取法提取的紫草素杂质少、含量高、所需时间少，且能够避免有机溶剂污染的问题。

4.微波提取法。微波提取法是利用微波能来提高萃取率的一种新技术。兰卫等利用温度可控型连续微波反应器，研究得到紫草微波提取最佳工艺为功率700W，温度55℃，时间45min。

二、紫草色素染色性能

1.紫草素的组成及结构

紫草根主要含有色素成分和脂肪酸。目前已从紫草中分离鉴定出多种萘醌、多糖、酚酸和脂类等化学成分。

其中色素成分为萘醌衍生物，如紫草素、乙酰紫草素、去氧紫草素、异丁基紫草素、异戊酰紫草素、β，β-二甲基丙烯酰紫草素、β-羟基-异戊酰紫草素等。其中的色素成分统称为紫草素。脂肪酸主要为软脂酸、油酸及亚油酸等。

紫草素不溶于水，易溶于碱水，具有一定的抗菌性、抗紫外性。主要结构见图1。

紫草素具有多种药理活性，同时作为一种天然色素，具有良好的紫外吸收性能、抗紫外性能、对微生物的抑制作用以及良好的稳定性，可以用于纺织印染领域。

2.紫草素染料对纺织品的染色

陆振翔探讨了媒染剂的种类、浓度，染液pH、浓度及染色后织物性能变化，研究表明：用铝盐作为媒染剂时，紫草素染色真丝织物的明度随pH的增大而增大，铜盐和锡盐作为媒染剂时，染色布样的明度随pH增大而增大，同时染色后的织物具有良好的耐摩擦牢度和耐水洗牢度。

吕丽华等研究了紫草素染色柞蚕丝织物，并对织物进行了耐水洗牢度和耐摩擦系数测定，紫草素上染柞蚕丝织物的耐水洗牢度和耐摩擦牢度优良，直接染色和媒染均达到三级以上。

余志成等用无水乙醇提取紫草素，对其稳定性及在羊毛织物上染色性能进行了研究，研究发现，紫草素具有良好的热稳定性及耐弱酸稳定性，在较高的染色温度和弱酸性条件下有利于提高染色羊毛织物的上染率，同时，加入媒染剂也可呈现出不同的颜色特征值。

贾丽霞采用乙醇和正己烷为溶液提取紫草素，并对紫草素进行磺化处理，以增强染料的水溶性并对紫草素上染羊毛织物进行了研究，研究表明：pH在3.5-4.5，温度在82-91℃时，羊毛织物的K/S值较高，染色效果较好。

紫草素在丝织物、棉织物和再生纤维织物上的应用广泛，对其进行染色可以提高织物的性能，更加适合人们需求。同时，在染色过程中，顺应绿色环保发展的理念，开发绿色无污染的媒染剂，减少对环境的影响至关重要。

三、结论和展望

天然染料本身具有一定的抑菌、抗炎、抗癌、抗氧化、抗紫外线功能，可以使染色织物具有一定的抗氧化性、抗菌和紫外防护性能。但天然染料普遍存在抗紫外性不足、抗菌性差、上染率和染色牢度低等问题。现代染整工艺中，往往通过后期的抗紫外、抗菌整理等手段来提高织物的性能，采用媒染等方法提高上染率和染色牢度。这种方法存在着增加工序、成本，媒染剂及媒染助剂污染环境等问题。

通过采用反应性的抗菌剂、抗紫外剂对天然染料进行接枝，在分子中增加抗菌性、抗紫外性等基团，有望提高染料的抗菌及抗紫外性能。可进行同浴染整，减少染色工序，降低污水排放，实现绿色染整。由于接枝后染料分子体积的增加，还可增加染料分子与织物的范德华力和氢键力，有望提高天然染料的染色牢度。