柳成航,徐增萊,李冬玲,鄭玉紅,汪 瓊,①,儲(chǔ)力群
〔1.江蘇省中國科學(xué)院植物研究所(南京中山植物園),江蘇 南京 210014;2.常州云卿生物科技有限公司,江蘇 常州 213004〕
隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng),植物染料因無毒無害、環(huán)保綠色的優(yōu)點(diǎn)再次回到人們的視野中,尤其是植物靛藍(lán)的研究和應(yīng)用逐漸豐富起來。靛藍(lán)是一種歷史悠久的藍(lán)色染料,與常用中藥青黛為同一植物來源,收載于《中國藥典》[1]。在中國貴州和云南等省的山村地區(qū),產(chǎn)靛植物的種植以及制靛染色行業(yè)已成為當(dāng)?shù)氐奶厣a(chǎn)業(yè)[2]。然而,當(dāng)前中國植物靛藍(lán)行業(yè)仍處于傳統(tǒng)的粗放生產(chǎn)經(jīng)營狀態(tài),往往以農(nóng)戶為經(jīng)營單位,種植規(guī)模小,制靛技術(shù)水平較低,產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊。靛藍(lán)質(zhì)量全憑主觀經(jīng)驗(yàn)判斷,其真實(shí)含量無法有效檢測,產(chǎn)品質(zhì)量不能與價(jià)格相關(guān)聯(lián),嚴(yán)重制約行業(yè)的健康發(fā)展。
近年來,靛藍(lán)含量的檢測方法包括高效液相色譜(HPLC)法[3,4]、液質(zhì)聯(lián)用法[5]和定量核磁共振氫譜法[6]等,其中廣泛使用的HPLC法具有測量準(zhǔn)確、分離度好、消耗樣品量少等優(yōu)點(diǎn),但也存在著測試成本高昂、溶劑消耗量大、測試時(shí)間偏長、設(shè)備價(jià)格較高等問題。由于產(chǎn)靛植物種植地區(qū)往往經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá),直接面向種植與靛藍(lán)初加工的企業(yè)均為涉農(nóng)小微企業(yè),經(jīng)營規(guī)模較小,技術(shù)水平較低,因此,開發(fā)一種廉價(jià)快速、高效準(zhǔn)確的檢測植物靛藍(lán)樣品中靛藍(lán)含量的方法很有必要。
本研究使用分光光度法對(duì)收集的32個(gè)靛藍(lán)樣品進(jìn)行了靛藍(lán)含量測定,將該方法與HPLC法和高錳酸鉀滴定法進(jìn)行對(duì)比,并對(duì)32個(gè)樣品中的靛藍(lán)含量及其與產(chǎn)靛植物的種類和制備工藝等因子的關(guān)系進(jìn)行了分析。以期提供一種操作簡便、成本低廉、結(jié)果準(zhǔn)確的靛藍(lán)含量測定和評(píng)價(jià)方法,進(jìn)一步提升山村地區(qū)植物靛藍(lán)行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量,推動(dòng)行業(yè)良性健康發(fā)展。
于2018年至2021年收集植物靛藍(lán)樣品,樣品的詳細(xì)信息見表1。樣品為膏狀半固體,冷凍干燥后粉碎過40目篩,置于避光陰涼處保存、備用。
主要儀器:UV-8000紫外-可見分光光度計(jì)(上海元析儀器有限公司)和Agilent1100高效液相色譜儀(美國Agilent公司)。主要試劑:靛藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)品(純度99.6%,上海詩丹德標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)有限公司)、甲醇(色譜純,美國Tedia公司)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF,分析純,廣東光華科技股份有限公司)、2,6-二叔丁基對(duì)甲基苯酚(BHT,分析純,國藥集團(tuán))。
1.2.1 分光光度法標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制 精密稱取1.1 mg靛藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)品,置于50 mL容量瓶。用含質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)0.5%BHT的DMF溶液溶解并定容,得到22.00 mg·L-1的靛藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)品母液。將配制好的靛藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)品母液用含質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)0.5%BHT的DMF溶液稀釋,得到1.38~14.67 mg·L-1的系列靛藍(lán)溶液。以含質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)0.5%BHT的DMF溶液作為空白對(duì)照,于波長610 nm處測定不同濃度的靛藍(lán)溶液的吸光度。以吸光度為縱坐標(biāo)(y)、靛藍(lán)濃度為橫坐標(biāo)(x)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線?;貧w方程為y=0.077 54x+0.013 08(r2=0.999 6),在1.38~14.67 mg·L-1范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。
1.2.2 樣品溶液配制及檢測分析 稱取靛藍(lán)樣品約5 mg,置于25 mL容量瓶。加入15 mL含質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)0.5%BHT的DMF溶液,室溫下超聲(300 W,35 kHz)5 min促進(jìn)溶解,冷卻后用含質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)0.5%BHT的DMF溶液定容。重復(fù)取樣,同一樣品配置3個(gè)樣品溶液,按上述方法配制樣品溶液。分析前用尼龍微孔濾膜(孔徑0.45 μm)過濾。以含質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)0.5%BHT的DMF溶液為空白對(duì)照,于波長610 nm處測定樣品溶液的吸光度,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算樣品溶液濃度并計(jì)算樣品中的靛藍(lán)含量。
1.2.3 HPLC法和高錳酸鉀滴定法測定靛藍(lán)含量 參考董娟娥等[7]報(bào)道的色譜條件和分析方法對(duì)M1、M2、M3、M4、M12、M14、M16、M25和M27 9個(gè)植物靛藍(lán)樣品中的靛藍(lán)含量進(jìn)行測定。參考化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG/T 2750—2012《靛藍(lán)》中描述的高錳酸鉀滴定法,對(duì)植物靛藍(lán)樣品M14的靛藍(lán)含量進(jìn)行測定。
采用EXCEL 2019軟件對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和計(jì)算。
分光光度法的測定結(jié)果(表1)表明:32個(gè)樣品中的靛藍(lán)含量為0.34%~8.69%,均值為3.95%。靛藍(lán)含量最高的樣品為貴州三都的M25,含量最低的樣品為四川涼山的M1,前者為后者的25.6倍。濕法工藝下,8個(gè)來源于蓼藍(lán)〔Persicariatinctoria(Aiton)Spach〕的樣品M3至M10中靛藍(lán)含量為1.10%~7.99%,均值為4.05%;17個(gè)來源于板藍(lán)〔Strobilanthescusia(Nees)Kuntze〕的樣品M16至M32中靛藍(lán)含量為1.69%~8.69%,均值為4.16%;2個(gè)來源于菘藍(lán)(IsatistinctoriaLinn.)的樣品M11和M12中靛藍(lán)含量分別為1.93%和4.95%,均值為3.44%;2個(gè)來源于野青樹(IndigoferasuffruticosaMill.)的樣品M14和M15中靛藍(lán)含量分別為3.43%和7.31%,均值為5.37%;1個(gè)來源于木藍(lán)(IndigoferatinctoriaLinn.)的樣品M13中靛藍(lán)含量為4.65%。
表1 采用分光光度法測定不同來源的植物靛藍(lán)樣品中的靛藍(lán)含量(n=3)1)
HPLC法測定結(jié)果顯示:四川涼山的樣品M1,日本德島的樣品M2,江蘇南通的樣品M3、M4和M12,臺(tái)灣南投的樣品M14和M16,貴州三都的樣品M25和M27中靛藍(lán)含量分別為0.26%、0.53%、3.54%、2.61%、4.77%、2.97%、2.76%、8.33%和7.44%。HPLC法和分光光度法測得的靛藍(lán)含量接近,分光光度法的測量結(jié)果比高效液相色譜法高0.03%~0.52%。高錳酸鉀滴定法測定結(jié)果顯示:樣品M14中靛藍(lán)含量為2.81%,測定的結(jié)果與HPLC法接近。
溶液中和織物上的靛藍(lán)會(huì)被氧氣緩慢氧化,生成靛紅、鄰氨基苯甲酸和色胺酮等產(chǎn)物[8],導(dǎo)致靛藍(lán)溶液或織物褪色。為了抑制靛藍(lán)氧化,本研究在溶劑中加抗氧化劑BHT,少量BHT能有效抑制靛藍(lán)氧化,增加靛藍(lán)溶液穩(wěn)定性[9]。
本文中,分光光度法測得的靛藍(lán)含量比HPLC法的高0.03%~0.52%。這可能是由于分光光度法沒有選擇性,樣品中的少量伴生成分靛玉紅及其他雜質(zhì)對(duì)波長610 nm處的吸光度有一定貢獻(xiàn),造成分光光度法的測量結(jié)果偏高。但分光光度法操作簡單,儀器普及。高錳酸鉀滴定法的測定結(jié)果盡管與HPLC法接近,但其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差較大(SD=0.25%,RSD=8.88%,n=3)。這是由于天然靛藍(lán)樣品純度不高,成分復(fù)雜[10],其中存在的靛玉紅等色素成分影響高錳酸鉀滴定終點(diǎn)的顏色變化,導(dǎo)致滴定終點(diǎn)突躍不明顯,影響終點(diǎn)的判斷??傮w而言,高錳酸鉀滴定法僅適用于純度較高的合成靛藍(lán)樣品的含量測定。
植物靛藍(lán)的制備工藝分為干法和濕法,干法是將收割后的產(chǎn)靛植物進(jìn)行堆積發(fā)酵;濕法是將產(chǎn)靛植物體浸泡于水中任其發(fā)酵,發(fā)酵后加入石灰水并鼓入空氣進(jìn)行“打靛”[11]。本研究中采用干法制備的樣品M1和M2顏色灰暗,靛藍(lán)含量較低(低于1.0%)。而同樣源自蓼藍(lán),采用濕法工藝得到的樣品M3至M10的靛藍(lán)含量均高于1.0%,說明制備工藝對(duì)植物靛藍(lán)樣品中的靛藍(lán)含量有較大影響。此外,沉淀劑石灰的量也會(huì)影響靛藍(lán)含量。本研究收集的樣品M4、M3和M7在制靛時(shí)加入了相當(dāng)于蓼藍(lán)質(zhì)量2.5%、2.0%和0.8%的石灰,發(fā)現(xiàn)加入石灰的量越多,靛藍(lán)樣品中的靛藍(lán)含量越低。
植物靛藍(lán)樣品中靛藍(lán)含量與來源植物種類有關(guān)。濕法工藝下,來源于蓼藍(lán)、板藍(lán)、菘藍(lán)、野青樹和木藍(lán)的樣品中靛藍(lán)含量的均值分別為4.05%、4.16%、3.44%、5.37%和4.65%。不同植物靛藍(lán)樣品中靛藍(lán)含量從高至低依次為野青樹、木藍(lán)、馬藍(lán)、蓼藍(lán)、菘藍(lán)。
綜上所述,分光光度法測量快速、準(zhǔn)確,可用于染料、藥品等行業(yè)的快速檢測。采用濕法工藝得到的樣品中靛藍(lán)含量明顯高于干法工藝,樣品中靛藍(lán)含量與產(chǎn)靛植物種類有關(guān)。
致謝:江蘇南通水色染坊、臺(tái)灣南投自然色手作坊、貴州亙藍(lán)母圖民族布藝蠟染開發(fā)有限公司提供了部分樣品,謹(jǐn)致謝忱!