核桃分心木单宁提取及其对羊毛的染色工艺

蒋红芝，覃 微，李海冬

(广西农业职业技术大学，广西 南宁 530007)

核桃分心木，别名胡桃夹，是指核桃内的木质隔膜，呈薄片状，表面淡棕色，略有光泽，质脆，易折断，味苦涩，性平，无毒。分心木可药食两用，常用于泡茶饮用，具有补肾，治疗尿频、腰酸等功效。分心木含有黄酮[1]、单宁等有效成分，有待进一步开发利用。

山核桃、茶油等植物的树皮、果皮中含有大量的单宁[2-4]，单宁是一种水溶性多酚类物质，具有苦涩味。单宁在染整加工中应用广泛，特别是可用作蚕丝、羊毛等蛋白质纤维染黑色的染料，其原理是单宁与铁盐络合[5-7]。目前，对核桃壳研究较多，对核桃分心木有效成分的提取与染色方面的研究报道很少。在前期研究[8]的基础上，本文以核桃分心木为原料，比较纯化水、乙醇2种溶剂对单宁的提取率的影响；采用单因素试验及正交试验确定最佳提取工艺；采用浓缩液对羊毛进行同浴媒染，研究染色温度、染色时间、料液比、染浴pH值、媒染剂用量5个因素对羊毛染色的影响，以期为核桃分心木提取液用于蛋白质(含白发)染色提供参考。

1 试 验

1.1 试验材料

原材料：核桃分心木，产自新疆；纯羊毛线(纱线线密度113.6 tex×4，恒源祥(集团)有限公司)。

试剂：丹宁酸对照品(纯度≥98%，上海源叶生物科技有限公司)；无水乙醇、硫酸亚铁、盐酸、乙醇胺等，均为分析纯。

仪器：Heratherm OMS180电热恒温鼓风干燥机(塞默飞科技有限公司)；RRH-00型高速多功能粉碎机(上海缘沃工贸有限公司)；AS 220 R2电子分析天平(苏州培科试验仪器科技有限公司)；SB-5200D超声波清洗机(功率200 W，宁波新艺超声设备有限公司)；SHB-Ⅲ循环水式多用真空泵(郑州长城科工贸有限公司)；TU-1901双光束紫外-可见分光光度计(北京普析通用仪器有限公司)；RE-3000A旋转蒸发仪器(上海亚荣生化仪器厂)；HH-6数显恒温水浴锅(国华(常州)仪器制造有限公司)；Color Reader CR-10 色差仪(日本柯尼卡美能达有限公司)。

1.2 试验方法

1.2.1 标准曲线的制作

准确称取0.020 5 g丹宁酸对照品置于50 mL容量瓶中，加纯化水溶解并定容至刻度，摇匀，即制得0.410 mg/mL(410 μg/mL)单宁标准溶液。

准确移取0、0.25、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50 mL单宁标准溶液分别加入50 mL容量瓶中，加纯化水稀释至刻度，摇匀。取2.0 mL稀释至50 mL 的溶液，在200～400 nm波长范围内进行光谱扫描，确定最大吸收波长。在最大吸收波长275 nm处测定标准系列的吸光度A，绘制c-A标准曲线，得方程c=26.530 35A+0.009 32，R=0.999 7。其中：c为单宁质量浓度，μg/mL；A为吸光度。

1.2.2 核桃分心木单宁的提取及含量测定

将核桃分心木在50 ℃下干燥，粉碎，过250 μm(60目)标准筛，备用。

溶剂选择：准确称取0.50 g核桃分心木粉末2份，分别置于100 mL具塞锥形瓶中，1份加50 mL纯化水、另1份加50%乙醇水溶液，于50 ℃超声波提取30 min，冷却，真空抽滤，定容至100 mL。取2.0 mL稀释至50 mL 的溶液，在200～400 nm波长范围内进行光谱扫描，测定最大吸收波长275 nm处的吸光度，比较提取率。经测试，水提、醇提(乙醇体积分数50%)提取率分别为1.30%、3.65%。故选择乙醇溶液作为提取剂。

单宁的提取及含量测定：准确称量0.250 0 g核桃分心木粉末，放入100 mL具塞锥形瓶中，加入一定量的乙醇，按规定时间在超声波清洗机中提取，提取完成后冷却，真空抽滤，得单宁粗提取液，用纯化水定容至50 mL。再准确量取0.5 mL或1.5 mL稀释至50 mL的溶液，测定吸光度，计算提取率。平行测试3次，取平均值。

式中：c为单宁质量浓度，μg/mL；V为提取液定容的体积，mL；n为稀释倍数；m为分心木质量，g。

1.2.3 单因素试验

选取乙醇体积分数、超声波处理时间、料液比、提取温度进行单因素试验。分析4个因素对单宁提取率的影响，选取最佳提取条件。

1.2.4 正交试验设计

以单因素试验结果为基础，核桃分心木单宁提取率为指标，乙醇体积分数A、超声波处理时间B、料液比C、提取温度D为影响因素，设计L9(34)正交试验。

1.2.5 核桃分心木浓缩液羊毛染色试验

采用减压浓缩核桃分心木提取液，回收乙醇、浓缩液备用。以浓缩液加纯化水1∶1的比例作为染液(500 mL/L)。改变染色条件(染色温度、染色时间、料液比、pH值、媒染剂硫酸亚铁质量浓度)，采用同浴媒染法对羊毛进行染色，染色结束后水洗和烘干。测定不同条件下染色羊毛的色度值，即L*、a*、b*值[9]，选取最佳染色工艺。

染色工艺流程：染液→室温入染→加媒染剂→加乙酸或乙醇胺调节pH值→升温至染色温度(3 ℃/min)→保温至染色时间→降温→水洗→晾干。

染色工艺曲线[10]如图1所示。

图1 染色工艺曲线Fig.1 Dyeing process curve

2 结果与分析

2.1 核桃分心木单宁提取率的影响因素

2.1.1 乙醇体积分数对单宁提取率的影响

固定超声波功率200 W，料液比1∶200、提取温度50 ℃、超声波处理时间30 min，不同乙醇体积分数的单宁提取率测试结果如图2所示。可见，单宁提取率随乙醇体积分数增加呈现先增后减再增趋势。乙醇体积分数为50%时达到最高提取率6.09%，故选取体积分数50%为最佳提取乙醇体积分数。

图2 乙醇体积分数对单宁提取率的影响Fig.2 Effect of ethanol volume fraction on tannin extraction rate

2.1.2 超声波处理时间对单宁提取率的影响

固定超声波功率200 W，乙醇体积分数50%、料液比1∶200，提取温度50 ℃，超声波处理时间对单宁提取率的影响如图3所示。可见，单宁提取率随着超声波处理时间的增加而增高，至45 min的峰值后提取率下降。这是时间太长导致提取出的单宁与空气接触氧化所致[3]，故选取45 min为最佳超声波处理时间。

图3 超声波处理时间对单宁提取率的影响Fig.3 Effect of ultrasonic treatment time on tannin extraction rate

2.1.3 料液比对单宁提取率的影响

固定超声波功率200 W，乙醇体积分数50%，超声波处理时间45 min，提取温度50 ℃，不同料液比的单宁提取率如图4所示。可见，料液比在1∶80时，核桃分心木单宁提取率最高，达6.01%。故选取1∶80为最佳料液比。

图4 料液比对单宁提取率的影响Fig.4 Effect of material liquid ratio on tannin extraction rate

2.1.4 提取温度对单宁提取率的影响

固定超声波功率200 W，乙醇体积分数50%，料液比1∶80,超声波处理时间45 min，不同提取温度的单宁提取率如图5所示。可见，单宁提取率随温度的增高而提高，当提取温度高于50 ℃时，分心木单宁提取率反而下降。这可能是因为温度过高导致多酚类单宁物质氧化或变性[4]，故选取50 ℃为最佳提取温度。

图5 提取温度对单宁提取率的影响Fig.5 Effect of extraction temperature on tannin extraction rate

2.2 正交试验结果与分析

以核桃分心木的提取率为考察指标，设计L9(34)正交试验，试验结果见表1。由表可知，影响核桃分心木单宁提取率的各因素，主次顺序为提取温度D>料液比C>超声波处理时间B>乙醇体积分数A，核桃分心木单宁的最优提取工艺为A2B1C2D3，即乙醇体积分数50%、超声波处理时间40 min、料液比1∶80、提取温度55 ℃。试验验证最佳组合，分心木单宁提取率为6.73%，与最优提取工艺试验4结果相接近，表明该组数据的真实性。

表1 正交试验结果Tab.1 Results of orthogonal test

2.3 羊毛染色结果分析

染色结果以目视比色、色差仪测定的明度值L*、红绿色彩指数a*、黄蓝色彩指数b*作为考察指标，比较羊毛上染情况。本文试验目的是羊毛染黑，故比较以L*值为主。L*值越小，颜色越接近黑色。

2.3.1 染色温度对羊毛染色的影响

固定料液比1∶300，硫酸亚铁质量浓度2 g/L，pH值10，恒温水浴染色30 min，考察染色温度对羊毛染色效果。通过目视比色看出，80 ℃上染羊毛的颜色最深。色度值测定结果见表2。可见，随着温度提高，明度值L*下降，80 ℃时达到最低值35.2。因为随温度升高，羊毛表面的鳞片层张开，且色素分子活性增加，有利于色素分子扩散并上染羊毛[6]。综合2项分析，选取80 ℃为羊毛染色的水浴温度。

表2 染色温度对色度值的影响Tab.2 Effect of dyeing temperature on color difference

2.3.2 染色时间对羊毛染色的影响

固定料液比1∶300，硫酸亚铁质量浓度2 g/L，pH值10，染色温度80 ℃，考察染色时间对色度值的影响，结果见表3。可见，时间到达40 min时，羊毛的明度值L*最低，为37.5。随着时间的增加，单宁提取液的色素分子与羊毛中的纤维相结合，使得羊毛上染出较深的颜色，故选取40 min为羊毛染色时间。

表3 染色时间对色度值的影响Tab.3 Effect of dyeing time on color difference

2.3.3 料液比对羊毛染色的影响

在硫酸亚铁质量浓度2 g/L，pH值10的条件下恒温80 ℃染色40 min，考察料液比对色度值的影响，结果见4。可见，当料液比为1∶100时，明度值L*达到最低36.0。随着羊毛质量的增加，羊毛与浸提液接触面积增大，羊毛吸附色素量多，羊毛上色较深。当料液比达1∶75时，羊毛明度值L*变化不明显，吸附已达饱和，故选择料液比1∶100进行染色。

表4 料液比对色度值的影响Tab.4 Effect of material-liquid ratio on color difference

2.3.4 pH值对羊毛染色的影响

固定料液比1∶100，硫酸亚铁质量浓度2 g/L，改变染浴pH值，恒温80 ℃染色40 min，考察pH值对色度值的影响，结果见表5。可见，pH值为6时，明度值L*达46.6，羊毛上染的颜色较深，表明在弱酸性条件下，羊毛染黑效果较好。当溶液pH值为3时，羊毛明度值L*为53.5，黄蓝色彩指数b*值由+11.0增加至+12.3，样品偏黄。因为酸性条件不利于铁离子与单宁结合，羊毛上色较浅[6]。溶液pH值小于羊毛等电点(pH值4.8)时，羊毛带正电，与SO42+结合的机会多[11]。羊毛在碱性条件下鳞片容易受损伤，故选择羊毛染黑色的最佳pH值为6。

表5 pH值对色度值的影响Tab.5 Effect of pH value on color difference

2.3.5 媒染剂质量浓度对羊毛染色的影响

固定料液比1∶100，pH值6，恒温80 ℃染色40 min，考察媒染剂质量浓度对羊毛染色效果的影响，结果见表6。可见，媒染剂质量浓度为3 g/L时，明度值L*最低至38.2，羊毛染出较深的颜色。媒染时，铁离子与羊毛纤维配位基发生反应，增加用量有利于配合物的形成[12]。当媒染剂质量浓度为4 g/L时，明度值L*反而增大，这可能是因为媒染剂质量浓度增加，媒染剂与羊毛及单宁的结合达到饱和状态。当媒染剂过量时与染液结合，减弱了染料分子与羊毛之间的亲和力，导致上染百分率降低[13]，羊毛上染颜色变浅，故选择媒染剂质量浓度3 g/L进行羊毛染色。

表6 媒染剂质量浓度对色度值的影响Tab.6 Effect of mordant concentration on color difference

2.4 羊毛染色验证试验结果分析

在羊毛染色单因素试验结果的基础上，得出羊毛的最佳染色工艺为：料液比1∶100、硫酸亚铁质量浓度3 g/L、pH值6、染色温度80 ℃、染色时间40 min，在此条件下进行羊毛染色试验验证，染出的羊毛L*为36.2，a*为+4.1、b*为+3.8，表明最佳染色工艺对羊毛上色效果较好。验证试验中加入的白发也能上色。同时最佳染色工艺条件下，不加媒染剂硫酸亚铁也能上染羊毛，染出的羊毛L*为46.4，a*为+12.6，b*为+15.5。

3 结 论

以乙醇为溶剂、采用超声波辅助提取核桃分心木中的单宁，并用浓缩液对羊毛染色，得到以下结论：

①以乙醇为溶剂，超声波辅助提取单宁，具有高效、安全的特点，且提取液易保存、易浓缩。

②优化的核桃分心木单宁提取工艺为：超声波功率200 W，乙醇体积分数50%、料液比1∶80、提取温度55 ℃、超声波处理时间40 min，单宁提取率达6.73%。

③用浓缩液对羊毛进行同浴媒染，染深色的最佳工艺为：料液比1∶100、硫酸亚铁质量浓度3 g/L、pH值6、染色温度80 ℃、染色时间40 min。