提取方法對石榴皮色素染色性能及抗氧化活性的影響

（青島科技大學化工學院，山東青島266042）

天然色素是指從植物、礦物等天然物質中提取得到的色素。大多數天然色素對環(huán)境無污染、對皮膚無刺激，還普遍具有抗菌、抗氧化等生理活性，因而備受人們青睞。如在日本對天然色素的使用已遠超合成色素，其使用量約為合成色素的10倍。

石榴皮色素是一種從石榴皮中提取的黃色素，主要以食品加工廢棄物為原料，具有來源廣、成本低的特點［1］。目前，對石榴皮色素的研究主要集中在優(yōu)化提取工藝、考察色素性質等［2－3］方面，而有關提取方法對石榴皮色素染色性能及抗氧化活性影響的研究少有報道［4］。因此，作者分別采用超聲和微波提取法提取石榴皮色素，并與傳統(tǒng)水煎煮法和加熱回流法進行比較，考察不同提取方法對色素染色性能及抗氧化活性的影響，以期為石榴皮色素提取方法的選擇提供依據。

1 實驗

1.1 材料、試劑與儀器

石榴皮，購于山東棗莊。

DPPH 自由基，美國Sigma公司；硫酸鋅，天津廣成化學試劑有限公司；其它試劑均為分析純。

T6－新世紀紫外可見分光光度計，北京萊伯泰科儀器有限責任公司；SHB－Ⅲ型循環(huán)水式多用真空泵，鄭州長城科工貿有限公司；202－2AB型電熱恒溫干燥箱、Q6J3－W1000A 型高速萬能粉碎機，天津泰斯特儀器有限公司；KH－250DB型數控超聲波清洗器，昆山合創(chuàng)超聲儀器有限公司；RE－52型旋轉式蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠；P7021TP－6型微波爐，格蘭仕公司。

1.2 石榴皮色素的提取

采用水煎煮、加熱回流、超聲提取、微波提取等4種方法提取石榴皮色素。其中：水煎煮提取以去離子水為溶劑，在100 ℃恒溫水浴中浸提1h；加熱回流提取以60%乙醇為溶劑，在恒溫水浴中保持溶劑微沸狀態(tài)，回流提取1h；超聲提取以60%乙醇為溶劑，在超聲頻率70Hz、超聲功率100 W、60 ℃下提取30min；微波提取以60%乙醇為溶劑，在微波功率300 W 條件下，中高火間歇提取10min。

提取過程：取干燥的石榴皮，粉碎，過45目篩，稱取石榴皮細粉5g，加入溶劑100mL，采用不同方法進行提取，提取完成后，提取液過濾，減壓回收溶劑，浸膏在50 ℃烘箱中烘干，得干浸膏。按式（1）計算石榴皮色素提取率：

式中：m為干浸膏的質量；M為干燥石榴皮的質量。

1.3 石榴皮色素的染色性能考察

1.3.1 染液濃度對石榴皮色素染色效果的影響

在常溫不加媒染劑的條件下進行染色效果考察。將上述4 種提取方法所得干浸膏加適量去離子水溶解，分別配成濃度為20%、30%、40%、50%、60%的染液對棉布進行染色，染液pH 值3.5，染色時間60 min。用紫外可見分光光度計測定染色前后染液在370nm 處的吸光度［5］。按式（2）計算不同染液濃度下的石榴皮色素上染率：

式中：m、n分別為染色前、后染液稀釋的倍數；A0、A1分別為染色前、后染液在370nm 處的吸光度。

1.3.2 直染時pH 值對石榴皮色素染色效果的影響

將4種提取方法所得干浸膏用去離子水溶解并稀釋至適當濃度，分別用1%HCl或4%NaOH 調節(jié)染液pH 值為2、3、4、5、7、9，放入棉布染色60min，用紫外可見分光光度計測定染色前后染液在370nm 處的吸光度，計算并比較上染率。

1.3.3 同浴媒染時pH 值對石榴皮色素染色效果的影響

將4種提取方法所得干浸膏用去離子水溶解并稀釋至適當濃度，分別用1%HCl或4%NaOH 調節(jié)染液pH 值為2、3、4、5、7、9，放入棉布染色1h后加入媒染劑硫酸鋅，使其濃度達到20%，同浴下繼續(xù)染色0.5h，測定染色前后染液在370nm 處的吸光度，計算并比較上染率。

1.3.4 石榴皮色素的染色牢度評價

稱取10g中性皂粉溶解于200mL 去離子水中，分成2份，其中一份水浴加熱至40 ℃，將石榴皮色素染色后已干燥的棉布放入皂洗10min后取出；另一份加熱至沸騰，將石榴皮色素染色后已干燥的棉布放入皂煮10min后取出，對比棉布顏色變化情況。

1.4 石榴皮色素的抗氧化活性測試

精密稱取不同方法提取的干浸膏3mg，加適量甲醇溶解，定容至100mL，制成30μg·mL－1樣品溶液。

取配制好的5×10－5mol·L－1DPPH 自由基溶液2.5mL，加入1.5 mL 樣品溶液搖勻，室溫下放置30min，用甲醇作參比溶液，測定517nm 處吸光度Ai；取5×10－5mol·L－1DPPH 溶液2.5 mL，加入1.5mL甲醇，混勻后室溫放置30min，同法測定吸光度Ac；再取2.5mL樣品溶液與1.5mL 甲醇混勻后，同法測定吸光度Aj。按式（3）計算樣品對DPPH 自由基的清除率：

2 結果與討論

2.1 提取方法對石榴皮色素提取率及性狀的影響（表1）

表1 提取方法對石榴皮色素提取率及性狀的影響Tab.1 Effect of extraction methods on extraction rate and characteristics of pigment from pomegranate peel

從表1可以看出，4種提取方法所得色素的最大吸收波長均在370nm 左右，與文獻報道相符［5］。盡管水煎煮法所得色素顏色較深，但其最大吸收波長沒有發(fā)生明顯變化，說明高溫煎煮沒有破壞色素成分，顏色較深可能是提取物中含有較多雜質，這會增加后續(xù)處理的成本。為減少雜質含量，同時考慮到石榴皮色素主要成分為多酚類，在加熱回流提取、超聲提取和微波提取時，提取溶劑選用60%乙醇。從表1還可以看出，以60%乙醇為溶劑時，微波提取的提取率最高，提取的色素為黃色，沒有褐色的雜質，因此石榴皮色素可以60%乙醇為溶劑、采用微波法提取。

2.2 石榴皮色素染色性能考察

2.2.1 染液濃度對石榴皮色素上染率的影響（圖1）

圖1 染液濃度對石榴皮色素上染率的影響Fig.1 Effect of concentration of pigment from pomegranate peel on dye－uptake rate

由圖1可知，4種方法所得石榴皮色素的上染率均隨著染液濃度的增大先上升后下降。其中加熱回流提取和水煎煮提取色素的染液濃度在50%時，上染率最高，而微波和超聲提取色素的染液濃度在30%時，上染率最高。這可能是由于微波和超聲的提取效率高，提取物雜質含量少，因此石榴皮色素在浸膏中純度高，配成染液后有效濃度大，上染率相應較高。另外，微波和超聲提取色素的上染率在所考察的濃度范圍內均比水煎煮和加熱回流高，這可能是由于超聲或微波的能量雖然不能破壞色素成分結構中的共價鍵，但對氫鍵、范德華力、疏水相互作用、鹽鍵等次級鍵有一定的破壞和削弱作用［6］，減小了色素分子間的相互作用，使色素附著在布料纖維上的能力增強，上染率相應較高。

2.2.2 直染時pH 值對石榴皮色素上染率的影響（圖2）

圖2 直染時pH 值對石榴皮色素上染率的影響Fig.2 Effect of pH value on dye－uptake rate of pigment from pomegranate peel with direct dyeing

由圖2可知，采用直染法染色時，上染率隨著pH值不同有很大變化。在偏酸性條件下，當pH＝3時，上染率較高，此時棉布染色為淺黃色；隨著pH 值的增大，上染率有所下降，在pH＝5時達到最低，然后上染率又逐漸升高，棉布顏色也由淺黃逐漸變成比較亮麗的明黃色；在偏堿性條件下，上染率較高，當pH＝9時，棉布染色呈暗棕黃色，上染率達到最高，并且還有繼續(xù)升高的趨勢，而棉布染色也逐漸加深。這可能是因為，石榴皮色素主要為鞣花酸類物質，含有較多酚羥基，呈弱酸性，在酸性條件下主要以氫鍵與棉布纖維結合，屬于弱鍵固著；在堿性條件下，酚羥基帶負電荷，與棉纖維分子之間以離子鍵（靜電引力）結合為主，因而上染率升高。隨pH 值的增大，棉布顏色由淺黃變成棕黃，也是因為石榴皮色素隨著堿性的增強，其解離度逐漸增大，成鹽后使色素分子中的共軛體系增長，因而顏色逐漸加深。另外在不同pH 值下，超聲和微波法提取的色素均比水煎煮和加熱回流提取的色素上染率高，從染色效果也可以看出，超聲和微波提取方法具有很大優(yōu)勢。

2.2.3 同浴媒染時pH 值對石榴皮色素上染率的影響（圖3）

由圖3 可知，同浴媒染時，石榴皮色素上染率隨pH 值的變化趨勢與直染法基本相同，但其上染率均明顯大于直染法。這是因為，加入的金屬離子Zn2＋絡合在棉纖維上，使棉纖維帶正電荷，增強了與帶負電荷的石榴皮色素之間的靜電引力，因此上染率會顯著提高。

圖3 同浴媒染時pH 值對石榴皮色素上染率的影響Fig.3 Effect of pH value on dye－uptake rate of pigment from pomegranate peel with mordant dyeing

圖3 同浴媒染時pH 值對石榴皮色素上染率的影響Fig.3 Effect of pH value on dye－uptake rate of pigment from pomegranate peel with mordant dyeing

2.2.4 染色牢度

對上述經直染和同浴媒染后的棉布進行染色牢度檢測。直染棉布40℃皂洗后幾乎不褪色，而皂煮后褪色非常嚴重，接近無色；同浴媒染棉布在相同情況下比直染棉布褪色程度輕，即使經高溫皂煮后顏色仍呈淺黃色。表明經石榴皮色素染色的棉布，低溫時水洗牢度好，高溫時水洗牢度較差。這可能是因為，Zn2＋作為媒染劑，在棉纖維中和色素分子結合生成不溶性沉淀或色淀，能顯著提高色素在織物上的染色牢度。

2.3 不同方法提取的石榴皮色素的抗氧化活性

實現發(fā)現，采用水煎煮法、回流提取法、超聲提取法、微波提取法提取的石榴皮色素對DPPH 自由基清除率分別為92.09%、92.85%、94.01%、94.07%。表明，不同方法提取的石榴皮色素均具有顯著的DPPH自由基清除活性，且DPPH 自由基清除率相差不大，說明從石榴皮中提取的天然色素具有很高的抗氧化活性。

3 結論

采用4種不同的提取方法提取石榴皮色素，其中微波法的提取率最高，其染色效果和抗氧化活性也最好，超聲法提取的色素與之性質相近，因此提取石榴皮色素時，可以考慮選用先進的超聲和微波提取技術；石榴皮色素對pH 值變化較敏感，在酸性條件下，顏色為淺黃色，在中性條件下，顏色為鮮黃色，但上染率較低，在堿性條件下，隨pH 值增大，上染率升高，而棉布顏色也逐漸加深，變成較暗的棕黃色；使用媒染劑后，色素的上染率及染色牢度均有較大提高。4種提取方法所得石榴皮色素對DPPH 自由基的清除率均在90%以上，具有很強的抗氧化活性，因此石榴皮色素作為功能性色素在紡織、食品及化妝品等行業(yè)具有廣闊的應用前景。

［1］張惠芳，惠晶，徐紅.兩種天然植物染料的應用現狀及發(fā)展前景［J］.紡織科技進展，2013，（3）：5－7.

［2］賈維妮，張瑞萍，乙永飛，等.石榴皮染料的提取及其在真絲綢染色中的應用［J］.針織工業(yè)，2009，（9）：48－51.

［3］王靜靜.石榴皮色素的提取及其在羊毛纖維染色中的應用［J］.染整技術，2011，33（2）：40－43.

［4］TIWARI H C，SINGH P，MISHRA P K，et al.Evaluation of various techniques for extraction of natural colorants from pomegranate rind－ultrasound and enzyme assisted extraction［J］.Indian Journal of Fibre ＆Textile Research，2010，35（3）：272－276.

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［6］李巧玲.微波萃取技術在天然食用色素提取上的應用［J］.食品科技，2003，（10）：60－61，64.