CN106498767A - 一种天然蓝色素对织物染色的方法 - Google Patents

一种天然蓝色素对织物染色的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种天然蓝色素对织物染色的方法，包括以下步骤：用菌种发酵蓝色素，得到发酵液，然后提取蓝色素，得到蓝色素粉剂；将蓝色素粉剂和水配制成染液，将染液升温至35～45℃，将织物置于染液中保持10～20min，之后加入氯化钠保持10～20min，再以0.5～5℃升温至75～85℃，加入纯碱，在75～85℃保温30～60min，然后降温，通过冷水洗和烘干后，完成织物的染色。本发明中提取蓝色素，蓝色素作为微生物发酵产生的天然色素，在染色的同时又赋予了纯棉织物抗菌性能，色泽明亮鲜艳，具有良好的耐摩擦色牢度。本发明染色方法，易于操作和实施，易于工业化生产，具备广阔的应用前景。

Description

一种天然蓝色素对织物染色的方法
技术领域
本发明涉及天然蓝色素提取和染色领域，具体涉及一种天然蓝色素对织物染色的方法。
背景技术
近年来，由于环境问题和能源问题的影响，人们趋于追求可持续的、环境友好的和对人类健康有利的方法来制取染料。开发天然染料是世界应用染料发展的总趋势，天然染料是指从植物、动物或矿产资源中获得的、很少或没有经过化学加工的染料，很多天然染料具有安全可靠、色调自然、接近天然物质等优点。
随着经济的发展和社会的进步，人们对健康生活的要求也逐渐提高，使得利用天然色素代替人工合成色素已经成为食品、化妆品行业的发展趋势，因此，从自然资源中筛选出可以生产天然染料的微生物，进而开发新品种的天然染料，尤其是具有功能性的天然染料，具有广阔的前景。
近年来，随着生物技术的发展，对天然染料的研究也越来越深入，其在纺织行业中(特别是印染方面)也占据着越来越重要的位置。现在研究的结果大多是红色素和黄色素，鲜有天然蓝色素的踪迹，而天然蓝色素是天然色素家族中重要的一类，属于三原色之一，可以与红、黄两类色素相互搭配呈现出丰富色调，因此具有极高的应用价值。国内外印染行业对其需求都在不断地增长，无纺布是一种新起的人造面料，发展正在不断的壮大，所以对天然蓝色素染色性能的研究就有十分的必要性。
以往在动植物提取色素一直存在着一定的局限性，然而目前，随着大量产蓝色素微生物的发现和对微生物遗传育种研究的不断深入，解决了生物学中一直困扰学者的各种困难，但还是有很多难题任未解决，需要进一步的研究和发现。因而研究微生物来源的蓝色素性质及其提取方法就刻不容缓。
天然蓝色素的提取来源有植物细胞、动物细胞以及微生物细胞，目前主要采用植物细胞和微生物细胞来提取蓝色素。紫甘蓝、栀子、螺旋藻、麦冬果实、绿变大蒜等植物各自都能产生不同的蓝色素。链霉菌、假单胞菌、假交替单胞菌、杜檊氏菌等可利用培养基质在生长过程中产生各不相同的蓝色素，另有一些基因工程菌株可以产生靛蓝色素。
微生物产的蓝色素是一种易溶于碱水，含水乙醇，含水丙二醇等亲水性溶剂，不溶于有机溶剂的色素。这对于提取该色素有至关重要的影响，我们只能使用极性大的溶剂，不能使用极性小的有机溶剂。对于微生物胞内产蓝色素，我们要得到蓝色素的途径有如下几种：一、破坏其细胞膜或者改变其细胞膜的通透性，二、提高色素在溶剂中的溶解度，三、菌体细胞自我溶解从而让胞内的蓝色素分泌到胞外。
发明内容
本发明提供了一种天然蓝色素对织物染色的方法，能够较好地提取蓝色素以及较好地染色。
一种天然蓝色素对织物染色的方法，包括以下步骤：
1)用菌种发酵蓝色素，得到发酵液，然后提取蓝色素，得到蓝色素粉剂；
2)将蓝色素粉剂和水配制成染液，将染液升温至35℃～45℃，将织物置于染液中保持10min～20min，之后加入氯化钠保持10min～20min，再以0.5～5℃升温至75℃～85℃，加入纯碱，在75℃～85℃保温30min～60min，然后降温，通过冷水洗和烘干后，完成织物的染色。
以下作为本发明的优选技术方案：
步骤1)中，所述的菌种可采用现有技术，可采用申请公布号为CN103602615A(申请号为201310562683.5)的中国专利申请公开的浅青紫链霉菌，保藏编号为CGMCC No.8083，可天然产蓝色素。
所述的用菌种发酵蓝色素包括：先将菌种用活化培养基活化，然后在发酵培养基中发酵。
所述的活化的条件为：在35～39℃活化3～5天，进一步优选，在37℃活化3～5天。
所述的活化培养基，以1L计，由以下质量组分组成：
该活化培养基配制完成后，用酸碱调pH至7.1～7.5。
进一步优选，所述的活化培养基，以1L计，由以下质量组分组成：
该活化培养基配制完成后，用酸碱调pH至7.2～7.4。
所述的发酵的条件为：置于摇床中26～30℃，150～250r/min振荡培养8-16d。进一步优选，置于摇床中28℃，200r/min振荡培养8-14d。
所述的发酵培养基，以1L计，由以下质量组分组成：
该发酵培养基配制完成后，用酸碱调pH至pH 7.1～7.5。
进一步优选，所述的发酵培养基，以1L计，由以下质量组分组成：
该发酵培养基配制完成后，用酸碱调pH至pH 7.2～7.4。
所述的提取蓝色素包括：将发酵液调至pH＝10，先进行超声波破碎，破碎完成后，得到混合液，将混合液调pH至12，通过8000r/min离心20min，取上清液，沉淀为破碎的菌体；再将上清液pH调至1-2，离心，弃上清液，沉淀物经真空干燥，得到蓝色素粗品，将获得的蓝色素粗品放入恒温干燥箱中进行烘干，得到蓝色素粉(粉剂)，即蓝色素粉剂。
所述的超声波破碎的条件为：超声波的功率为400W，超声频率为超声15秒停15秒，超声次数为30次。该超声波破碎条件能够最大限度地将蓝色素从细胞中提取出来。
步骤2)中，将蓝色素粉剂和水配制成染液，将染液升温至40℃，将织物置于染液中保持15min，之后加入氯化钠保持15min，再以1～2℃升温至80℃，加入纯碱，在80℃保温45min，然后降温，通过冷水洗和烘干后，完成织物的染色。
所述的织物为纯棉织物，本发明通过菌种发酵蓝色素得到的染液，对纯棉织物的染色效果较好，织物染色很均匀，看不见细小的颗粒物质。
所述的染液中蓝色素粉的浓度为0.5～0.7g/L，进一步优选为0.6g/L。
浴比为1:45～55，进一步优选，浴比为1:50，即所述的织物的质量与染液的体积之比为1kg：50L。
染液中加入氯化钠后，染液中氯化钠的浓度为35～45g/L，进一步优选为40g/L。
染液中加入纯碱后，染液中纯碱的浓度为8～12g/L，进一步优选为10g/L。
蓝色素粉剂和水配制成染液，配制后染液的pH为6.5～7.5，进一步优选为7。蓝色素染液的初始pH越趋向于中性，效果越好，过酸可能会降低蓝色素的溶解性，碱性过大在染色过程中可能会破坏蓝色素的结构。因此，初始蓝色素染液pH＝7时染色效果最佳。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明中，用菌种发酵蓝色素，得到发酵液，然后提取蓝色素，经处理得到蓝色素，提供很好的条件使得菌种更够发酵出更多的蓝色素，同时，也采用特定的方法尽可能地将细胞中的蓝色素提取出来。
本发明中，蓝色素作为微生物发酵产生的天然色素，在染色的同时又赋予了纯棉无纺布抗菌性能，色泽明亮鲜艳，具有良好的耐摩擦色牢度。天然蓝色素是一种可持续发展的资源，可在装饰用品、日用纺织品、玩具布偶、可水洗颜料等领域中拥有较为广阔的发展前景，巨大的商业潜力等。
本发明天然蓝色素对织物染色的方法，易于操作和实施，易于工业化生产，具备广阔的应用前景。
具体实施方式
实施例1
一、天然蓝色素对织物染色
1、培养基
活化培养基：可溶性淀粉20g，NaCl 0.5g，KNO3 1g，K2HPO4 0.5g，FeSO4 0.01g，MgSO4 0.5g，琼脂20g，加水配制成1000ml，调pH 7.2～7.4。
发酵培养基：可溶性淀粉20g，NaCl 0.5g，KNO3 1g，K2HPO4 0.5g，FeSO4 0.01g，MgSO4 0.5g，琼脂20g，加水配制成1000ml，调pH 7.2～7.4。
2、放线菌的培养
配置活化培养基，灭菌后倒平板及试管，取实验室保存的菌种，划线，放置于恒温培养箱中，37℃活化4d，得到活化后的菌种。菌种采用天然产蓝色素放线菌(Jx-blue1)，具体采用申请公布号为CN103602615A(申请号为201310562683.5)的中国专利申请公开的浅青紫链霉菌，保藏编号为CGMCC No.8083，可天然产蓝色素。
3、蓝色素发酵
准备灭好菌的发酵培养基(每个摇瓶100ml)，取出之前活化好的平板，在超净台中进行接种，完成后置于摇床中28℃，200r/min振荡培养10d，得到发酵液。
4、蓝色素的提取
将获得的发酵液调pH＝10先进行超声波破碎，因为表面增加碱溶液浓度可以增加蓝色素的溶解性，使得胞内蓝色素与菌体彻底分离，而过高浓度的碱溶液会破坏蓝色素，降低蓝色素溶液的OD值。因此选择条件为pH＝10，由此使得胞外和胞内的蓝色素充分混合。超声波破碎的条件为：超声波的功率为400W，超声频率为超声15秒停15秒，超声次数为30次。破碎完成后，得到混合液，选择使用可行性较强的碱提法来提取蓝色素，先将所得的混合液调pH＝12，通过8000r/min离心20min，取上清液，沉淀为破碎的菌体。再将上清液pH调至1-2，离心，弃上清液，沉淀物经真空干燥，得色素粗品，该品为紫红色粉末。该法反复三次提取效果好。将获得的蓝色素放入恒温干燥箱中进行烘干，得到粉剂，即蓝色素粉。
5、织物前处理
染色前先对织物进行处理，除去织物表面的灰尘以及其他成分。选择普通的洗衣液对织物进行浸泡清洗，洗净后烘干即可。织物采用纯棉的无纺布。
6、染色
将蓝色素粉剂和水配制成染液，配制后染液的pH为7，将染液升温至40℃，将洗净的织物置于染液中保持15min，之后加入氯化钠保持15min，再以1～2℃升温至80℃，加入纯碱，在80℃保温45min，然后降温，通过冷水洗和烘干后，完成织物的染色。染液中蓝色素粉的浓度为0.6g/L，浴比为1:50。染液中加入氯化钠后，染液中氯化钠的浓度为40g/L。染液中加入纯碱后，染液中纯碱的浓度为10g/L。
二、染色性能测试方法
1、测定蓝色素染色后布料的K/S值。
染色织物一般以织物表面得色的高低来衡量其上色效果。织物表面得色深度K/S值是一个常数，K表示色料吸收系数，S表示色料散射系数。可采用分光光度计来测定表面的K/S值。根据库贝尔卡—蒙克(Kubelka-Munk)定律：
式中：K—吸收系数；
S—散色系数；
R—光未投射时，在最大吸收波长下的反射率。
2、测定蓝色素染色后布料的日晒色牢度
参考国家标准GB/T 8426-1998，试样：尺寸为50mm×100mm的染色布块，正面朝上，用不透光硬硬卡遮住一半，紧附于硬卡上并固定在测试板上。
仪器：日晒色牢度检测仪
曝晒8h，试验结束取出试样，用变色用灰色样卡(GB 250)评定试样的变色，用沾色用灰色样卡(GB 251)评定贴衬织物的沾色。
3、测定蓝色素染色后布料的耐洗色牢度
参考国家标准GB/T 3921-2008，试样：尺寸为40mm×100mm，贴衬织物尺寸与试样相同，可以是两块规定的单纤维贴衬织物或一块多纤维贴衬织物，与试样沿短边缝合，形成一个组合试样。仪器：多个直径75mm、高125mm的密封容器，密封容器能沿半径为45mm、转速为40r/min进行转动，并能保持在规定的温度和时间下进行机械搅拌。试验条件：50℃，45min。洗涤试液：试液由5g/L皂片和2g/L无水碳酸钠。试验：将组合试样放入规定的密封容器，容器内放入与组合样质量比为50：1的洗涤试验液。将密封容器沿半径为45mm、转速为40r/min进行转动，在规定的温度和时间下进行机械搅拌。试验结束取出试样，用冷三级水清洗两次，然后在流动冷水中冲洗10min，挤去水分。展开组合试样，使试样和贴衬仅由一条缝线连接，悬挂在不高于60℃的环境里干燥。用变色用灰色样卡(GB 250)评定试样的变色，用沾色用灰色样卡(GB 251)评定贴衬织物的沾色。
4、测定蓝色素染色后布料的耐摩擦色牢度。
参考国家标准GB/T 3920-2008，用白色的衬布剪成50mm×50mm方块。试样：剪取面积不少于200mm×50mm染好的布块，因无纺布没有经纬向，所以只需准备一块试样进行干湿摩擦色牢度测试，每块试样一边为干磨擦用，另一边为湿磨擦用。将试样平放在磨擦色牢度试验机测试台的衬垫物上，两端以夹持器固定(以磨擦时试样不松动为准)，然后将干的白色衬布固定在磨擦头上作为摩擦布，推紧套圈夹牢试布，使磨擦布的经、纬纱方向相交成45℃。磨擦头在试样上沿着100mm长的轨迹作往复直线自动磨擦10次，每往复一次时间为1s。若进行湿磨擦试验时，将摩擦布用蒸馏水或纯净水湿透，然后把试样放在压轮和滚轮之间压出来。即可照以上步骤试验。
5、测定蓝色素染色后布料的抑菌性能。
确定最佳染色工艺条件后，可对用蓝色素染色的棉无纺布进行抗菌性能测试，主要步骤为：取实验室保藏的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌菌种，接种到50mL的液体培养基中，37℃恒温振荡培养12h以上，将活化后的菌液加无菌水稀释若干倍，用移液枪吹打菌体，移取100μL菌悬液在固体培养基平板上涂布，然后将染好色的无纺棉布剪成直径为1cm的小圆布，放在涂布好的平板上，并与没染过的布做对照，每块小圆布做两组供平行试验，倒置培养24h后观察结果。
三、不同条件对染色效果的影响。
1、蓝色素浓度对染色效果的影响
参照实施例1，决定改变蓝色素染料的浓度，做了5组梯度：0.15g/L，0.3g/L，0.45g/L，0.6g/L，1g/L，其中一组0.6g/L即为实施例1，即染液中蓝色素粉的浓度为0.6g/L，其余对比例中，染液中蓝色素粉的浓度分别为0.15g/L，0.3g/L，0.45g/L，1g/L，其他条件同实施例1。并且测定其K/S值、彩度、颜色色度以及明度，选择最适宜的染色浓度。
K/S值是一个常数，K表示色料吸收系数，S表示色料散射系数，这个比值与染色深度C呈线性关系(非直线)，匀染剂K/S值(织物表面得色深度)K/S在低浓度时是直线但是浓度很高时就不是线性。实验结果见表1。
表1不同浓度蓝色素染色的K/S值
由上表结果显示，选择蓝色素浓度为0.6g/l时效果佳，且符合经济效益最大化。
2、温度对染色效果的影响
参照实施例1，对比例1在25℃完成染色，温度没有变化。实验结果见表2。
表2不同浓度染色温度下的染色效果
由上表结果可以得出，在实施例1的染色条件下，蓝色素的染色效果最好。
3、染料初始pH对染色效果影响
先将已经称量好的无纺棉布样投入到不同的pH值的染液中(pH值取2，4，7，10，12)，即pH值取7为实施例，即将蓝色素粉剂和水配制成染液，配制后染液的pH为7，其他作为对比例，配制后染液的pH分别为2，4，10，12，对比例的其他条件与实施例1相同。
取前做的最适温度和最适蓝色素浓度进行染色，取出观察各布样颜色变化，然后60℃烘干，测其参数值。实验结果见表3。
表3棉布在不同初始pH下的染液染色后的K/S值
pH K/S值(λmax＝580nm) 彩度(C*) 颜色色度(H) 明度(L*)
2 1.09 11.15 258.09 62.49
4 0.94 10.14 261.77 64.18
7 2.73 20.93 267.93 50.41
10 1.52 14.42 264.29 58.09
12 0.95 9.46 260.46 63.72
由上表结果可以得出，，蓝色素染液的初始pH越趋向于中性，效果越好，过酸可能会降低蓝色素的溶解性，碱性过大在染色过程中可能会破坏蓝色素的结构。因此，初始蓝色素染液pH＝7时染色效果最佳。
总而言之，从以上数据中我们可以得出下面这个结论：首先，蓝色素的浓度在一定程度上决定染色的上染率和K/S值的大小，由数据可得蓝色素在0.6g/L的时候其染色效果最佳并且经济效益比较好；其次，蓝色素的染色效果在初始染液pH等于7的时候最好。
4、测定蓝色素染色后布料的耐摩擦色牢度
将衬布剪成5cm×5cm的方块。试样：剪取面积不少于20cm×5cm的试样一块，试样一边为干磨擦用，另一边为湿磨擦用。蓝色素的摩擦色牢度较好，基本沾色灰色样卡维持在4-5，其中干摩擦色牢度为5，湿摩擦色牢度为4-5。
5、经染色整理后的织物其抗菌性能研究
本实验以抑菌圈为考察指标，采用定性的方法测定经蓝色素染色后的织物对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抑制效果，分别比较其抗菌性能。
经过测量与计算平均值，得出结果见表4。
表4染色后织物对不同细菌的抑菌圈宽度
试样名称 菌种名称 抑菌圈宽度 贴样区培养基上
染色织物 大肠杆菌 0 无菌落生长
未染色织物 大肠杆菌 0 菌落生长
染色织物 金黄色葡萄球菌 3mm 无菌落生长
未染色织物 金黄色葡萄球菌 0 菌落生长
在染色织物周围均可以看到明显的抑菌圈，而未染色织物则无。由表4中抑菌圈宽度可知，经蓝色素染色整理后的织物对金黄色葡萄球菌表现出一定的抑制作用，并且抑菌效果明显，对大肠杆菌也有抑菌效果。

Claims (10)

1.一种天然蓝色素对织物染色的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)用菌种发酵蓝色素，得到发酵液，然后提取蓝色素，得到蓝色素粉剂；
2)将蓝色素粉剂和水配制成染液，将染液升温至35℃～45℃，将织物置于染液中保持10min～20min，之后加入氯化钠保持10min～20min，再以0.5～5℃升温至75℃～85℃，加入纯碱，在75℃～85℃保温30min～60min，然后降温，通过冷水洗和烘干后，完成织物的染色。
2.根据权利要求1所述的天然蓝色素对织物染色的方法，其特征在于，步骤1)中，所述的用菌种发酵蓝色素包括：先将菌种用活化培养基活化，然后在发酵培养基中发酵。
3.根据权利要求2所述的天然蓝色素对织物染色的方法，其特征在于，步骤1)中，所述的活化的条件为：在35～39℃活化3～5天。
4.根据权利要求2所述的天然蓝色素对织物染色的方法，其特征在于，步骤1)中，所述的活化培养基，以1L计，由以下质量组分组成：
该活化培养基配制完成后，用酸碱调pH至7.1～7.5。
5.根据权利要求2所述的天然蓝色素对织物染色的方法，其特征在于，步骤1)中，所述的发酵的条件为：置于摇床中26～30℃，150～250r/min振荡培养8-16d。
6.根据权利要求2所述的天然蓝色素对织物染色的方法，其特征在于，步骤1)中，所述的发酵培养基，以1L计，由以下质量组分组成：
该发酵培养基配制完成后，用酸碱调pH至pH 7.1～7.5。
7.根据权利要求1所述的天然蓝色素对织物染色的方法，其特征在于，步骤1)中，所述的提取蓝色素包括：将发酵液调至pH＝10，先进行超声波破碎，破碎完成后，得到混合液，将混合液调pH至12，通过8000r/min离心20min，取上清液，沉淀为破碎的菌体；再将上清液pH调至1-2，离心，弃上清液，沉淀物经真空干燥，得到蓝色素粗品，将获得的蓝色素粗品放入恒温干燥箱中进行烘干，得到蓝色素粉剂。
8.根据权利要求7所述的天然蓝色素对织物染色的方法，其特征在于，步骤1)中，所述的超声波破碎的条件为：超声波的功率为400W，超声频率为超声15秒停15秒，超声次数为30次。
9.根据权利要求1所述的天然蓝色素对织物染色的方法，其特征在于，步骤2)中，所述的织物为纯棉织物；
蓝色素粉剂和水配制成染液，配制后染液的pH为6.5～7.5；
所述的染液中蓝色素粉的浓度为0.5～0.7g/L；
浴比为1:45～55；
染液中加入氯化钠后，染液中氯化钠的浓度为35～45g/L；
染液中加入纯碱后，染液中纯碱的浓度为8～12g/L。
10.根据权利要求1所述的天然蓝色素对织物染色的方法，其特征在于，步骤2)中，将蓝色素粉剂和水配制成染液，将染液升温至40℃，将织物置于染液中保持15min，之后加入氯化钠保持15min，再以1～2℃升温至80℃，加入纯碱，在80℃保温45min，然后降温，通过冷水洗和烘干后，完成织物的染色；
蓝色素粉剂和水配制成染液，配制后染液的pH为7；
所述的染液中蓝色素粉的浓度为0.6g/L；
浴比为1:50；
染液中加入氯化钠后，染液中氯化钠的浓度为40g/L；
染液中加入纯碱后，染液中纯碱的浓度为10g/L。
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