嚴　猛，胡　維，陳麗燦，唐志榮，周文龍

(浙江理工大學, a.材料與紡織學院; b.先進紡織材料與制備技術教育部重點實驗室, 杭州 310018)

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天然棕色棉色素多組分特性的研究

嚴猛a，胡維a，陳麗燦a，唐志榮b，周文龍b

(浙江理工大學, a.材料與紡織學院; b.先進紡織材料與制備技術教育部重點實驗室, 杭州 310018)

為了確認天然棕色棉色素的組分特性，采用反相C18層析柱對天然棕色棉色素提取粗品進行分離，通過高效液相色譜和紫外-可見光譜法進行研究。色素提取粗品的液相色譜表明，在保留時間3 min以內(nèi)有分離度較好的組分但數(shù)量少，絕大部分組分處在保留時間為7～17 min范圍但分離度不好，呈正態(tài)分布峰形形態(tài)(饅頭峰)，這兩部分均為有色物質(zhì)。采用不同濃度的甲醇水溶液(極性不同)為流動相進行梯度淋洗，能夠?qū)⒈Ａ魰r間為7～17 min色素組分一定程度分離，但被分離色素組分的液相色譜圖并不是單一尖銳的峰形。色素液相色譜表明，5%的甲醇溶液可以將保留時間為3 min以下的色素物質(zhì)進行富集，30%甲醇溶液可以對保留時間為13.5 min的黃色色素物質(zhì)進行富集。不同梯度淋洗得到的色素混合物質(zhì)盡管極性有差異，但紫外-可見光譜非常相似，說明天然棕色棉的色素的確是由極性略有不同但結(jié)構非常類似的物質(zhì)組成的混合物。

天然棕色棉； 色素；反相C18層析柱；高效液相色譜；紫外-可見吸收光譜

0　引　言

目前得到商業(yè)化應用的天然彩色棉僅有棕色和綠色兩大色系[1]，其顏色主要來源于纖維生長過程中色素在棉纖維中腔及次生層堆積的結(jié)果[2-3]。天然彩色棉色譜不全和色澤不穩(wěn)定依然是主要不足，目前還沒有得到有效解決。研究天然彩色棉色素的組分和結(jié)構，明了天然彩色棉色素的化學及物理特性，可以為天然彩色棉的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)提供針對性的指導，也可以為天然彩色棉色澤創(chuàng)新培育提供借鑒，因而一直受到關注。目前已有一些學者[4-6]進行了棕色棉色素結(jié)構與組分的探索性研究，獲得了一些非常有益的研究結(jié)果。趙向前等[4]在常溫下用純甲醇提取棕棉色素，通過顯色反應和紫外檢測認為棕棉色素含有黃酮類；馬明波[7]用70%的乙醇水溶液提取棕棉色素，通過顯色反應和質(zhì)譜檢測表明棕棉色素中含有縮合單寧；胡超等[8]采用純乙醇對棕棉纖維進行色素提取，分析研究表明棕棉色素中含有縮合單寧氧化成的醌類物質(zhì)。黃酮類、縮合單寧、縮合單寧氧化成的醌類等都在天然棕色棉色素研究中被證實存在。不同的研究結(jié)論可能是不同的學者采用的提取方法、鑒定方法以及纖維的來源不同所致。目前，對于天然棕色棉色素的分析已經(jīng)作了大量的研究[4-10]，但對天然棕色棉纖維色素的結(jié)構和組分還不能確定。鑒于反相C18層析柱對親水性溶質(zhì)分離效果比較好，羅少宏研究結(jié)果表明選用30%乙醇水溶液作為提取液可以獲得較多的棕色棉色素提取組分[11]。本文采用30%乙醇水溶液提取天然棕色棉色素，反相C18層析柱對天然棕色棉色素提取物進行不同極性洗脫液的梯度淋洗分離，對洗脫液進行高效液相色譜(HPLC)和紫外-可見光譜分析，為天然棕色棉色素的分離提供借鑒。

1　實驗部分

1.1材料與試劑

材料：天然淺棕色棉(浙江省農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所培育并提供)；YMC*GEL反相C18硅膠鍵合填料(北京慧得易科技有限責任公司)；乙醇、甲醇分析純和色譜級(杭州高晶精細化工有限公司)。

1.2實驗方法

1.2.1色素的提取

將天然淺棕色棉纖維粉碎至150目，稱取40.0 g纖維粉末放入1 L燒杯中，按料液比為1∶25(m/v)加入30%乙醇水溶液，置于超聲清洗機(深圳市潔盟清洗設備有限公司)內(nèi)，55 ℃，300 W超聲輔助萃取3 h，抽濾，殘余纖維粉末再萃取，抽濾，合并兩次濾液，于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(上海亞榮生化儀器廠)上55 ℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至膏狀，將膏狀濃縮色素移入一次性塑料培養(yǎng)皿中，于真空冷凍干燥機(美國LABCONCO Free Zone公司)-80℃冷凍干燥，得色素粗品粉末，放入干燥皿中保存。

1.2.2色素的初步分離

取1.0 g色素粉末，溶解于15 mL去離子水中，經(jīng)4.5 μm微孔濾膜過濾后，將色素溶液沿著(2.6×40 cm)層析柱壁加入到C18層析柱(上海五相儀器儀表有限公司)，待色素吸附達到平衡，分別用不同甲醇濃度水溶液作為流動相梯次沖洗。得到分段富集組分，分別于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上55 ℃濃縮至大約10 mL，裝入20 mL樣品瓶中，放入冷凍柜中保存，高效液相色譜檢測備用。

1.2.3HPLC檢測

采用Agilent-1260高效液相色譜儀(美國安捷倫科技有限公司)進行HPLC檢測。HPLC檢測條件：色譜柱：Agilent ZORBAX Eclipse XDB-C18，4.6×150 nm，3.5 μm，柱溫30 ℃，流速1 mL/min，進樣量20 μL，檢測波長分別為280、400 nm和500 nm。流動相為甲醇(A相)、10 mmol/L甲酸水溶液(B相)，梯度洗脫條件：0～3 min，4 %A；3～20 min，4～100 %A；20～30 min，100%A。

1.2.4紫外-可見分光光度計檢測

采用TU-1950雙光束紫外-可見分光光度計(北京普析通用儀器有限公司)進行光譜檢測，分別移取一定色素溶液，用適當?shù)娜ルx子水稀釋，參比液為相應的溶劑(去離子水)，檢測波長190～500 nm。

2　結(jié)果與討論

2.1棕棉色素提取物的反相C18高效液相色譜

圖1為粗提色素及不同濃度甲醇溶液梯次洗脫出的色素提取物的高效液相色譜圖。由圖1可見，粗品中，前3 min沖出的色素組分，峰形相對較尖銳，特別是在保留時間1.4 min時出現(xiàn)一個非常尖銳、強度很大的吸收峰。但在7～17 min洗脫出來的色素組分呈現(xiàn)正態(tài)分布的峰形(為了敘述方便，稱為“饅頭峰”)，這與馬明波等[7,9]、羅少宏[11]實驗結(jié)果基本一致。對于前3 min沖洗出來的色素提取物，由于分離度較好，可以考慮進一步進行富集、分離得到較純的組分，并進行結(jié)構與性能的研究。對于“饅頭峰”位置的色素組分，推測可能是極性非常相近的多酚類物質(zhì)，以至反相C18層析柱不能分開。粗提色素7～17 min的洗脫物(饅頭峰)是色素提取物的主體部分，因而對“饅頭峰”色素洗脫物組分和性能的研究非常有意義。本文采用不同極性洗脫液(不同濃度甲醇溶液)進行梯次淋洗，并對洗脫物的液相色譜進行研究。從圖1中可以看出，隨著流動相中甲醇比例的提高(極性降低)，沖出組分的保留時間會逐漸延長。說明“饅頭峰”物質(zhì)可以按極性由大到小依次被洗脫下來，“饅頭峰”被梯次剖開。5%甲醇溶液沖洗時，沖出物幾乎不含“饅頭峰”物質(zhì)，主要洗脫成分為保留時間小于3 min的物質(zhì)。因而5%甲醇洗脫液可以用于保留時間小于3 min物質(zhì)的富集分離；隨后用10%甲醇洗脫液洗脫時僅得到一個與色素粗品相比略小的“饅頭峰”，沒有保留時間小于3 min的物質(zhì)被沖出，這進一步說明了5%的甲醇溶液已經(jīng)將保留時間小于3 min的物質(zhì)完全洗脫分離；繼續(xù)用極性更低的洗脫液(甲醇濃度逐步增加)梯次洗脫，可分別得到大小不同，但洗脫時間逐漸增加的“饅頭峰”物質(zhì)。當洗脫溶液的甲醇濃度提高到70%以上后，洗脫物減少，在色譜圖上出現(xiàn)了比較尖銳的峰，其中80%甲醇溶液洗脫物在保留時間為21.3 min處出現(xiàn)了一個明顯的銳峰，說明可以得到較純的物質(zhì)用于富集研究。這種不同極性洗脫液梯次洗脫將“饅頭峰”剖開的特性，說明色素粗品的“饅頭峰”物質(zhì)是由極性不同的物質(zhì)組成。從峰形可以看出，不同極性洗脫液洗脫得到的仍然是一種混合物質(zhì)。這是因為一是不同極性洗脫液沖出物質(zhì)的液相色譜在保留時間上有重疊，二是沖出物的液相色譜仍然是“饅頭峰”形態(tài)，只是在峰形大小以及中位保留時間有差異。因而要進一步精細分離粗品中的“饅頭峰”物質(zhì)，用本文的洗脫條件還不能完成，需要尋找更加合適的分離(洗脫)方法。

圖1　不同甲醇濃度溶液梯次洗脫出棕棉色素提取物的高效液相色譜(檢測波長280 nm)

圖2為用400 nm和500 nm檢測波長獲得的不同甲醇濃度洗脫物的高效液相色譜圖。相應的曲線和圖1具有對應關系。目測表明，棕棉色素提取液通常呈黃色，并隨著濃度的提高，會略顯橙紅色，選用400 nm和500 nm這兩個可見光波長進行檢測是為了檢測黃色和紅色的色澤特性，表征的是洗脫物質(zhì)的有色程度。從圖2可以看出90%甲醇水溶液洗脫物和100%甲醇溶液的洗脫物應該是無色。80%甲醇濃度以下的洗脫物，均具有黃色和紅色色澤特性，這和圖3中的洗脫物目測是一致的。圖3中90%和100%甲醇溶液洗脫物由于疏水性較高，因而在水溶液中呈不透明狀態(tài)(乳濁液)。

圖2　不同甲醇濃度溶液梯次洗脫出棕棉色素提取物的高效液相色譜

另外，從圖2(a)可見，在保留時間為13.0min時，色素粗提物中有一明顯的黃色物質(zhì)存在(400 nm檢測)，該物質(zhì)可以被30%甲醇淋洗液有效沖出，因而30%甲醇溶液洗脫物可以作為進一步分離該黃色物質(zhì)的基礎物質(zhì)。但由于棕棉色素結(jié)構復雜，即使梯度淋洗得到的色素物質(zhì)也是混合物，是由一類極性不同的物質(zhì)組成的混合物。

圖3　不同甲醇濃度洗脫出的棕棉色素水溶液照片注：從左至右依次為色素粗品及5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%甲醇水溶液沖洗出色素組分，100%純甲醇沖洗出色素組分。

2.2棕棉色素各組分紫外-可見吸取光譜

從圖4可以看出，不同甲醇濃度洗脫液洗脫物質(zhì)的紫外-可見吸收光譜非常的相似。低于60%甲醇濃度洗脫液的洗脫物的紫外-可見吸收光譜的形狀幾乎和粗提色素一致，50%和60%甲醇溶液洗脫物在200～210 nm處的最大吸收峰有一定的藍移。70%以上甲醇溶液洗脫液的洗脫物在232 nm處有一明顯的肩峰出現(xiàn)。即使是90%和100%甲醇溶液的無色洗脫物，其結(jié)構也和有色物質(zhì)相似，說明這些不同極性的色素物質(zhì)應該具有非常相似的結(jié)構。

圖4　不同甲醇濃度溶液洗脫出組分的紫外-可見吸收光譜

3　結(jié)　論

用不同濃度甲醇水溶液為洗脫液能將棕棉色素高效液相色譜圖上保留時間為7～17 min的“饅頭峰”剖開，但是被剖開的各組分峰并不是單一尖銳的峰，因而仍然是混合物而不是單一組分，研究結(jié)果說明棕棉色素的確是由極性不同但又非常接近的一類物質(zhì)組成的混合物。不同極性(甲醇水溶液)的洗脫物具有極為相似的紫外-可見吸收光譜，說明這些不同極性的色素物質(zhì)應該具有非常相似的結(jié)構。

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[11] 羅少宏.天然棕色棉色素組分,結(jié)構及性能研究[D].杭州：浙江理工大學,2014.

(責任編輯： 許惠兒)

Research on Multicomponent Characteristics of Naturally Brown Cotton

YANMenga,HUWeia,CHENLicana,TANGZhirongb,ZHOUWenlongb

(a. College of Materials and Textiles; b.Key Laboratory of Advanced Textile Materials and Manufacturing Technology, Ministry of Education,Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China)

To research the multicomponent characteristics of naturally brown cotton pigments, reverse-C18chromatographic column was applied to separate the pigment of naturally brown cotton roughly and the research was conducted by HPLC and UV-visible spectrums. LC (Liquid Chromatogram) shows that there are few components with good degree of separation within 3 min retention time, and most components are within the retention time of 7～17 min, but the degree of separation is poor and presents normal distribution peak shape (steamed bun peak). The two parts are colored matters. Methanol solutions with different concentration (different polarity) were used as the mobile phase for gradient elution to separate pigment components with the retention time of 7～17 min to some extent, but liquid chromatogram of separated pigment components is not single keen-edged peak shape. Liquid chromatogram of pigment indicates that 5% methanol solution can collect the pigment components within 3 min retention time and 30% methanol solution can collect the yellow pigment whose retention time is 13.5 min. Although the pigment mixture gained from different gradient has different polarity, UV-visible spectrums are quite similar. This shows that pigments of naturally brown cotton are the mixture with different polarity and similar structure.

naturally brown cotton; pigment; reverse-C18chromatographic column; HPLC; UV-visible absorption spectrum

10.3969/j.issn.1673-3851.2016.09.003

2015-11-03

國家自然科學基金項目(51373156)

嚴猛(1989-)，男，湖北荊州人，碩士研究生，主要從事新型紡織材料與綠色紡織品方面的研究。

周文龍， E-mail：wzhou@zstu.edu.cn

TS 190.2

A

1673- 3851 (2016) 05- 0655- 04 引用頁碼： 090103