[01360834]洋葱皮天然色素应用于棉纤维制品染色机理和产品生物功能特性研究

一、课题来源与背景 近年来,关于洋葱表皮色素作为食用色、化妆品色和医药方面的天然色素,其提取方法和技术、色素稳定性,及其抗氧化活性、抑菌性等方面的报道较多,而作为天然染料在纺织品印染领域的染色机理、染色工艺以及染色产品的生物功能特性方面的研究却未见报道。洋葱虽为我国广泛种植的蔬菜,但目前除了直接食用尚有大量洋葱的价值没有得到挖掘和发挥。历年来,我国洋葱的种植面积和产量均名列世界第一,而且我国每年加工数以千吨计的速冻洋葱出口。以甘肃省为例,酒泉、嘉峪关、武山等市县种植的洋葱,品种好、质地优,深受国内外客商的欢迎。仅酒泉市洋葱种植面积就达到了0.33万平方米,年加工鲜洋葱20万吨。其主要的加工形式是做成脱水蔬菜,加工过程的下脚料洋葱鳞茎外皮（洋葱皮）数量相当可观,但一直未能加工利用而被废弃。除了蔬菜用的葱球而外,洋葱采收之后,必须逐步地清除外表鳞片（皮膜）,而后在盘商或菜贩贩卖的过程中,也会再适当地清除部份皮膜,这些作为垃圾的洋葱皮却十分不好处理。如果不彻底干燥的话烧也烧不掉,直接埋入地下,又会因为洋葱皮的杀菌力太强而导致土壤被破坏,而这些皮膜中含有很丰富的天然色素--花色苷类色素物质,对洋葱皮进行综合利用,从其中提取安全性高的天然色素,具有一定的经济价值和社会效益。 二、研究目的与意义 通过分析洋葱皮色素组成和大分子结构,继而进行染色试验和分析,揭示洋葱皮色素染色棉纤维制品的染色机理,优化染色工艺参数,并通过性能测试分析,研究其染色棉纤维制品的生物功能特性。本项目研究成果对充分利用西北地区的洋葱资源,为充分利用和处理好西部地区乃至我省洋葱加工的下脚料,从而变废为宝提供理论基础和技术指导;为改善棉纤维制品的服用性能和质量,增加产品的附加值开辟新的领域。 三、主要论点与论据 洋葱皮属菜市场和田间地头的废弃物,而洋葱皮膜中含有很丰富的色素,可以通过提取洋葱皮中的色素应用于棉纤维制品染色,染色试样色泽均匀,具有自然、朴素、雅致的色彩效果。既可废物利用,降低原料成本,避免破坏土壤和污染环境,又可获得绿色健康的染色制品,发展前景良好。洋葱皮色素是一种性能良好的植物性染料,其色素分子热水中溶解性较好,温度升高则色素分子水溶性增强,因其色素的成分是黄酮类化合物和黄酮醇类化合物,属于酚类色素,染料与所染纤维之间以分子间吸引力结合的可能性较大,具体原理有待进一步探讨。采用微波法提取洋葱皮色素最优工艺参数为：微波功率为700w、洋葱皮粉末与水的比例为1:50、加热5min;各因素主次顺序为：微波功率影响最大,其次是料液比,影响最小的是微波处理时间。棉纤维采用阳离子改性剂改性,其优化的工艺参数为：改性时间50 min、改性温度50℃、改性剂用量15 g/L、纯碱用量15 g/L;各因素主次顺序为：改性剂用量影响最大,其次是改性时间,纯碱用量再次之,改性温度影响最小。洋葱皮色素染色改性棉纤维的最优工艺参数为：染色时间60min,染色温度40℃,染液pH7,染料用量60%;四因素中,染料用量影响最显著,其他依次是染色温度、染色pH值和染色时间。 四、创见与创新 本研究尝试采用微波法提取洋葱皮色素染色浓液,并获得成功,该方法简便易行,使得色素提取时间缩短到5分钟,大大提高了色素的提取效率,节约了色素提取成本;尝试应用洋葱皮色素对阳离子改性后的棉纤维进行染色,一方面,使得纤维细的结构发生变化,大分子排列疏松,结晶度减小、氢键无法重新缔合,因此避免了纤维素分子的重结晶;另一方面,改性后纤维呈现正电性,羟基被封闭,从而削弱了纤维负电性,可以更好和生产负电性中间产物的活性染料反应,使得纤维的上染率提高,获得了较好的得色量和较浓艳的色泽;尝试使用新型媒染固色剂稀土离子氯化镧对洋葱皮色素染色的改性棉纤维进行媒染固色,使得染料的吸收波长变大,上染率提高,染色产品颜色加深,颜色鲜艳度也有所提高;与包含Fe2+和Cr6+的媒染剂相比,稀土离子媒染固色剂大大降低了天然色素染色中所使用的金属离子浓度,减轻了染色废水的污染,保证了天然色素染色产品的绿色环保性能。 五、社会经济效益,存在的问题 本项目研究成果对充分利用西北地区的洋葱资源,为充分利用和处理好西部地区乃至我省洋葱加工的下脚料,从而变废为宝提供理论基础和技术指导;为改善棉纤维制品的服用性能和质量,增加产品的附加值增加产品的附加值的应用和研究开辟新的领域,对提高和推广我国纺织印染行业对天然色素应用技术和领域,缩小同国外产品的差距,增强竞争力,开发低耗环保、有益健康的绿色纺织品具有较高的经济和社会意义。本项目采用的洋葱皮色素为天然有机高分子属性,是将废弃在田间地头和菜市场的洋葱皮变废为宝,提取素色进行染色,既保护了土壤和环境,又得到了益于消费者身体健康的绿色纺织产品。 对于染色制品于自然环境中的色光稳定性限于现有的实验条件限制,无法准确测定和判断。