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        天然染料香蕉皮色素提取工藝的優(yōu)化

        2020-05-08 10:22:54孔方圓王碧嶠彭雪梅高圓圓
        山東紡織科技 2020年2期
        關(guān)鍵詞:實驗

        孔方圓,王碧嶠,彭雪梅,高圓圓

        (德州學(xué)院,山東 德州 253023)

        香蕉皮占整個香蕉質(zhì)量的35%~40%[1],其中含有油脂類、酚類、縮合鞣質(zhì)、有機酸、糖類、色素等成分[2]。目前國內(nèi)外關(guān)于香蕉皮的研究較少,鮮見提取其色素作為紡織染料的研究[3]。本文采用浸提法通過改變料液比、乙醇濃度、提取時間、溫度和pH值優(yōu)化香蕉皮色素提取工藝,并研究了香蕉皮色素染色棉織物的色牢度。

        1 實驗

        1.1 材料與設(shè)備

        原料:香蕉皮、純棉白坯布50 g。試劑:無水乙醇、檸檬酸、鹽酸、碳酸鈉、氫氧化鈉、十二水硫酸鋁鉀等(均為分析純)。設(shè)備:JT502N型電子天平、756型紫外可見分光光度計、HH-6D數(shù)顯電熱恒溫水浴鍋、SK8200LHC型超聲波清洗器、SW-8A型耐洗色牢度試驗機、Y571W紡織品摩擦色牢度儀。

        1.2 實驗方法

        1.2.1香蕉皮色素吸收波譜測定

        稱取2份4 g褐變干燥的香蕉皮,加入20 mL無水乙醇,1份在常溫下浸泡60 min;1份放入水浴鍋中,在40℃下浸泡60 min,用分光光度計分別測定提取色素280 nm~480 nm之間的吸光度,確定其最大吸收波長。

        1.2.2香蕉皮色素提取單因素實驗

        提取溶劑:丙酮、乙醚和乙醇等都可作為提取香蕉皮色素的試劑且效果均佳[4],但考慮到環(huán)保無毒的因素,本文選用無水乙醇作為提取溶劑[5]。

        料液比:各稱取2份4 g香蕉皮分別加入無水乙醇20 mL、40 mL、60 mL、80 mL,加入少量檸檬酸,使其料液比分別為1∶5、1∶10、1∶15和1∶20,用40℃的恒溫水浴鍋提取1 h,觀察其色澤,過濾之后分別測其吸光度。

        乙醇體積分數(shù):按照1∶10的料液比,各稱取2份4 g香蕉皮分別加入體積分數(shù)60%、70%、80%、90%、100%的40 mL乙醇溶液中,加入少量檸檬酸,在40℃下用水浴鍋提取1 h,觀察其色澤,過濾后分別測其吸光度。

        提取時間:各稱取2份4 g香蕉皮放入40 mL、80%的乙醇溶液中,加入少量檸檬酸,分別用40℃的水浴鍋提取0.5 h、1.5 h、2 h、2.5 h、3 h并觀察其色澤,過濾后分別測其吸光度。

        提取溫度:各稱取2份4 g香蕉皮加入40 mL 80%的乙醇溶液中,加入少量檸檬酸,分別在30℃、40℃、50℃、60℃、70℃的水浴鍋中進行色素提取,觀察其色澤,過濾后分別測其吸光度。

        pH值:各稱取2份4 g香蕉皮分別放入40 mL、80%的乙醇溶液中,加入少量檸檬酸,再分別加入適量鹽酸,直到pH值達到1、2、3、4后用60℃的水浴鍋提取,觀察其色澤,過濾后分別測其吸光度。

        1.2.3香蕉皮色素提取正交實驗

        如表1所示,通過以上5個單因素的實驗,可以確定正交實驗中各個因素的水平范圍,因?qū)嶒炛衟H值難以準(zhǔn)確控制,所以固定提取pH值為1,以提取時間、提取溫度、乙醇體積分數(shù)、料液比作為影響因素進行L9(3^4)正交實驗[6],研究提取香蕉皮色素的最佳工藝方案。

        表1 香蕉皮色素提取工藝正交實驗設(shè)計

        1.2.4香蕉皮色素染色棉織物實驗

        在6 g/L的媒染劑(硫酸鋁鉀溶液)[7]中放置濕潤的棉織物,在50℃恒溫水浴的超聲波清洗儀中浸染30 min后取出,再放入香蕉皮色素提取液中,置于50℃恒溫水浴的超聲波清洗儀中浸染30 min,浴比1∶50,水洗,避光晾干。

        1.2.5香蕉皮色素染色牢度測試

        按照GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗 耐皂洗色牢度》測定耐皂洗色牢度測定;按照GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》測定耐摩擦色牢度測定。

        2 實驗結(jié)果分析

        2.1 香蕉皮色素提取單因素實驗結(jié)果分析

        如圖1所示,料液比低于1∶10時,乙醇溶液不足以將香蕉皮完全浸透,故提取的香蕉皮色素濃度較低,吸光度值較低。由于香蕉皮中色素的溶出量基本不變,料液比高于1∶10后,乙醇溶液占比過大,使得色素濃度相應(yīng)地降低。在料液比為1∶10時,色素濃度最大,吸光度值最高。

        圖1 不同料液比提取的香蕉皮色素的吸光度

        如圖2所示,隨著乙醇濃度值的增加,吸光度值也增加,說明溶出的色素增多。這是因為高濃度的乙醇會使得色素溶出率增大[8]。

        圖2 不同提取液濃度提取的香蕉皮色素的吸光度

        如圖3所示,隨著時間的增加,吸光度值逐漸增大,但增加幅度逐漸減小,這是因為香蕉皮中的色素是在乙醇中緩慢溶出,需要一定的時間,而隨著色素的逐步溶出,香蕉皮內(nèi)所含的色素濃度下降,因此雖然繼續(xù)有色素溶出,但是溶出速度變慢,使得吸光度的增長變緩。

        圖3 不同時間提取的香蕉皮色素的吸光度

        如圖4所示,吸光度值在60℃之前逐步增大,隨之迅速降低,這是由于溫度升高,色素分子的運動速度增加,有利于色素的溶出,因此在溫度較低的情況下,提高溫度可以促進色素的溶出,但色素不耐高溫,超過60℃后,色素被破壞,造成吸光度下降,所以提取色素應(yīng)在60℃進行。

        圖4 不同溫度提取的香蕉皮色素的吸光度

        如圖5所示,pH值越大吸光度值越小,當(dāng)pH值調(diào)到1時,吸光度值最大,這表明酸性的環(huán)境有利于色素的溶出。這可能是因為強酸能破壞細胞壁,使細胞中的色素分子更容易被釋放。

        圖5 不同pH值提取的香蕉皮色素的吸光度

        2.2 香蕉皮色素提取正交實驗結(jié)果與分析

        由表2分析可知,RC>RB>RD>RA,所以4個影響要素中提取時間對香蕉皮色素提取效果的影響最小,2 h的時間足夠溶出大量色素,從提高效率的角度,選擇2 h為最佳色素提取時間。料液比對提取效果影響較小,1∶10的料液比足以將大量香蕉皮色素溶出。乙醇體積分數(shù)對提取效果影響較大,盡管乙醇濃度越高越有利于色素溶出,但乙醇體積分數(shù)達到80%以上色素溶出量變化不大,從降低成本出發(fā)選取80%的乙醇體積分數(shù)作為最佳提取劑濃度。溫度對提取效果影響也較大,但由于溫度過高會破壞色素,因此最優(yōu)色素提取溫度應(yīng)為60℃。綜合以上分析可得出最優(yōu)香蕉皮色素提取工藝為提取時間2 h、提取料液比1∶10、提取劑濃度(乙醇體積分數(shù))80%、提取溫度60℃。

        表2 香蕉皮色素提取工藝正交實驗結(jié)果

        2.3 染色牢度結(jié)果與分析

        表3為香蕉皮染色棉織物的耐皂洗色牢度和耐摩擦色牢度測試結(jié)果。結(jié)果表明香蕉皮色素可以較牢固地附著在棉織物上,染色棉織物耐皂洗色和耐摩擦色牢度較好。這是由于硫酸鋁鉀溶液先電離出金屬離子與織物絡(luò)合,織物浸入染液后絡(luò)合了織物的金屬離子又和染液中的染料發(fā)生絡(luò)合,使染料固著到織物上,增加了色素分子與織物的結(jié)合牢度。

        表3 香蕉皮色素染色棉織物的色牢度

        3 結(jié)語

        使用恒溫水浴鍋浸提法提取香蕉皮色素,根據(jù)提取液的吸光度值,最終確定香蕉皮色素提取的最佳工藝為提取時間2 h、提取料液比1∶10、提取劑濃度(乙醇體積分數(shù))80%、提取溫度60℃,pH值為1。經(jīng)該工藝提取的香蕉皮色素染色棉織物能夠取得較好的色牢度。

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