天然绿色棉色素绿色组分的分离及其紫外可见光吸收光谱特性

胡志华，陈丽灿，何 肖，鲁 庚，周文龙

(浙江理工大学材料与纺织学院，浙江 杭州 310018)

天然彩色棉是天然有色的棉花，在加工使用过程中不需要漂白和染色，因而在降低生产成本的同时也避免了对环境的污染［1］。因为天然彩色棉对病虫害有较强的抵抗能力，还具有较好的耐干旱及耐贫瘠能力［2－3］。这意味着天然彩色棉纺织品具有“种植→纺织→印染”3个环节的生态化特征［4］。彩色棉产品穿着舒适，经济效益高，因而受到高度重视，目前世界上已有20多个国家投入到这项研究中［5］。然而，天然彩色棉织物尤其是绿棉织物的颜色稳定性较差，受温度、pH值、光照、金属离子等条件的影响很大［6－8］，极大地限制了天然绿色棉纤维在纺织领域的应用。

天然绿色棉色素的具体成分还未明确，其绿色组分受紫外线照射的影响也无文献报道。为此，本文采用柱层析的方法对绿色棉色素进行富集分离，并利用紫外-可见分光光度计研究富集到的黄绿色组分的紫外可见光吸收光谱特性。

1 实验部分

1.1 实验材料与仪器

材料:天然绿色棉纤维，浙江省农业科学院。

化学药品和试剂:柱层析用硅胶，100～200目，青岛海洋化工厂;二氯甲烷、甲醇和乙醇均为AR级，杭州高精精细化工有限公司。

仪器:TU-1950双光束紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限公司;ZF-7型暗箱式三用紫外线分析仪，上海嘉鹏科技有限公司;Agilent-1200高效液相色谱仪，美国安捷伦科技有限公司;WATO-53958液相色谱仪，美国沃特斯公司。

1.2 实验方法

1.2.1 色素的组分分离

先将绿色棉纤维粉碎，然后以体积比为50∶50的二氯甲烷/乙醇混合液为提取剂，浴比为1∶50，超声提取2 h。提取液经抽滤后使用旋转蒸发仪将溶剂蒸干，获得粗提色素，备用。分别采用正相与反相色谱系统检测分析粗提色素的成分，正相色谱检测条件:流动相 A为 CH2Cl2，流动相 B为体积比为100∶15∶0.6 的CH2Cl2、CH3OH 和CH3COOH 混合溶液，色谱柱为 Agilent Zorbax Rx-Sil(4.6mm×250mm，5 μm)，流速为 0.8 mL/min，进样量为10 μL，检测波长为320 nm，梯度洗脱条件为:0～15 min，20% ～60%B;15 ～25 min，60% ～70%B;25～30 min，70% ～100%B;30 ～35 min，100% ～0%B。反相色谱检测条件:流动相A为甲醇，流动相B为0.03%TFA，色谱柱为Agilent Zorbax Edipse XDB-C18(4.6mm × 150mm，3.5 μm)，流速为0.8 mL/min，进样量为10 μL，检测波长为 320 nm，梯度洗脱条件为:0～12 min;60～100%A;12～22 min，100%A，22～26 min，100% ～60%A。

1.2.2 绿色棉色素的富集

将正相硅胶于110℃烘箱中烘1.5 h，然后缓慢倒入正己烷中，搅拌混合均匀后填入装有少量正己烷的层析柱中。在保证液面高于填料的前提下，用正己烷冲洗柱子，使填料填实。采用干法上样:色素粉末与适量硅胶混合，利用二氯甲烷/乙醇溶液溶解，然后将溶剂蒸干，缓慢加在层析柱中。洗脱剂采用二氯甲烷与甲醇的混合溶液，依次为100%二氯甲烷、10%甲醇、30%甲醇、60%甲醇和100%甲醇(均为体积百分比)。利用1.2.1的正相色谱检测条件检测富集组分。

1.2.3 紫外线照射对绿色棉色素富集组分的影响

将1.2.2中富集的色素组分放置在暗箱式三用紫外线分析仪中，在254 nm的紫外线下照射，每隔15 min取出，在紫外-可见分光光度计上测定可见波段(380～800 nm)的吸光度。

1.2.4 绿色组分的进一步分离检测

由于色素的绿色组分不是单一的物质，所以利用半制备型液相色谱对其进行检测，检测条件为:色谱柱 YMC-Pack SIL(10mm ×250mm，5 μm)，流速2.5 mL/min，进样量30 μL，检测波长 660 nm，等度洗脱，0～20 min，100%二氯甲烷。

2 结果与讨论

2.1 绿色棉色素的高效液相色谱分析

天然绿色棉色素由多组分组成，图1示出分别采用正相柱和反相柱进行天然绿色棉色素组分的分离结果。采用反相柱对天然绿色棉色素分离已经有研究者［10］做过探索，其分离结果和本文一致。用正相色谱柱进行天然绿色棉组分的分离此前还未见报道。从图1可看出，采用正相色谱柱能分离检测到更多的色素组分。其中正相柱分离保留时间为22.5～24.0 min的组分和反相色谱柱分离的组分一致，而保留时间在12.0～22.0 min的一系列组分，并不能在反相色谱柱分离条件下得到有效分离，因而正相柱可以更有效地对天然绿色棉色素组分实施分离。本文采用正相柱层析法来分段富集绿色棉色素。

2.2 淋洗溶剂对色素组分的富集效果

图1 绿色棉色素的高效液相色图谱Fig.1 Chromatograms of pigment in green colored cotton.(a)Reverse phase chromatogram;(b)Normal phase chromatogram

分别采用二氯甲烷、10%甲醇、30%甲醇、60%甲醇、纯甲醇等不同极性的溶剂，对吸附在层析柱上的绿色棉色素进行淋洗富集。图2示出各富集组分的高效液相色谱(HPLC)图。从相应的HPLC图谱可见，纯二氯甲烷富集的组分比较单一，随着富集溶剂极性的增加，10%甲醇、30%甲醇和60%甲醇富集组分所含的成分增多。纯甲醇的富集组分同样较为单一。而比较富集组分的颜色，发现纯二氯甲烷富集组分为黄绿色，纯甲醇富集组分为黄色，目前关于绿色棉色素的文献中，绿色棉色素中的黄绿色组分还是首次分离获得，故本文主要对纯二氯甲烷富集组分的相关性质进行研究，对纯甲醇富集的组分将另行研究。

2.3 绿色组分的紫外-可见光吸收图

图3示出绿色棉色素及二氯甲烷富集组分的紫外-可见吸收谱。粗提色素的最大吸收峰在228、242、293、327 nm处，与咖啡酸紫外吸收曲线类似［9］，推测绿色棉色素中可能含有咖啡酸的衍生物，与杨永林［10］的研究结果相吻合。绿色棉色素及二氯甲烷富集组分在紫外光区的摩尔吸光系数远大于可见光区的摩尔吸光系数。适当浓缩，测得其可见光区的吸收谱图在665 nm左右，绿色棉粗提色素及二氯甲烷富集组分都出现1个吸收峰，说明二氯甲烷富集组分具有蓝绿光显色特性［11］。由于该组分在400 nm左右具有强的吸收，其吸收形式不是锐峰而是肩峰形式，因而该色素的显色也有黄光的组分。

图2 各淋洗溶剂富集组分的高效液相色谱Fig.2 Chromatograms of enrichment fractions eluted with different elution solvents.(a)CH2Cl2;(b)10%CH3OH;(c)30%CH3OH;(d)60%CH3OH;(e)CH3OH

图3 绿色棉色素及CH2Cl2富集组分的紫外-可见谱图Fig.3 UV-Vis spectra of pigment in green colored cotton and enrichment fraction eluted with CH2Cl2.(a)Ultraviolet absorption spectra;(b)Visible absorption spectra

2.4 紫外线照射对绿色棉色素显色的影响

图4示出紫外线照射对绿色棉色素显色的影响。由图可见紫外线照射15 min，绿色组分在663 nm处的吸收峰消失，同时在400 nm左右的吸光度也明显下降。这说明紫外线的照射会使绿色组分的结构发生改变，这与实际生产和应用中绿色棉纤维及其织物经过阳光的长时间照射后逐渐褪色变黄现象相吻合。

2.5 绿色组分的进一步分离

选用660 nm可见光作为检测波长，获得二氯甲烷富集组分(绿色组分)的HPLC图谱，如图5所示。可见选用660 nm的检测波长进行检测，检测到的成分比用320 nm作为检测波长检测到的成分多，表明该富集组分中含有的绿色成分较多，在保留时间为10.8、11.7、15.8 min时都出现了可以明显吸收660 nm可见光的物质。

图4 紫外线照射对绿色棉黄绿色组分可见吸光度的影响Fig.4 Influence of ultraviolet irradiation on visible absorption spectra of yellowish green fraction in green colored cotton

图5 黄绿色组分的HPLC图谱Fig.5 Chromatogram of yellowish green fraction

进一步检测其中各成分的紫外-可见吸收谱图，发现保留时间为10.8、11.7、15.8 min所对应的物质在660 nm左右均有吸收峰，即这些成分的显色有蓝绿光组分，见图6。从可见光区的光谱吸收可见，这3种物质在400 nm左右也有明显的锐锋吸收，说明这3种物质显示黄绿光［11］。因而，本文富集得到的绿色棉色素是一种黄绿色素。这和天然绿色棉绿色不纯、不艳，带有黄色光泽的实际情况相符。

图6 黄绿色组分中3种有色成分的紫外-可见吸收谱图Fig.6 UV-Vis spectra of three colored compositions in yellowish green fraction

3 结论

利用正相色谱能更有效地检测分离天然绿色棉色素成分，二氯甲烷能对其中的绿色组分进行有效的富集。天然绿色棉色素的绿色组分较多，本文分离得到至少3种绿色组分。这3种组分在660 nm和400 nm附近都有明显的锐锋吸收，说明3种组分的显色具有绿光和黄光的性质，其主体色泽显示为黄绿色，这和天然绿色棉的实际显色相一致。经过紫外线照射后，分离得到的黄绿色组分在665 nm处的吸收峰消失，说明经过紫外光照射后，显示绿光的组分结构发生变性，和绿色棉经过长时间太阳光照射后发生黄变现象一致。

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