第３８卷第１期 ２０１７年１月 纺织 学 报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｅｘｔｉｌｅ Ｒｅｓｅａｒｅｈ Ｖｏ１．３８．Ｎｏ．１
Ｊａｎ．，２０１７
ＤＯＩ：１０．１３４７５／ｊ．ｆｚｘｂ．２０１６０２０３７０６ 纺织品染色用微生物色素的研究进展
任燕飞 ，巩继贤 ，张健飞 ，李 政 ，李秋瑾 ，李辉芹 （１．天津工业大学纺织学院，天津３００３８７；２．天津工业大学先进纺织复合材料教育部重点实验室，天津３００３８７）
摘 要为实现环保染色，以近年来国内外对微生物色素的研究为基础，总结了可应用于纺织品染色的微生物色 素。按照染料的三原色（红色、黄色、蓝色）进行分类，叙述了微生物色素的菌种来源、色素结构及性质，重点分析了 它们对纺织品的染色性能及染色效果。结果表明：微生物色素可较好地实现对纺织品染色，部分主要色牢度满足 服用要求，但染色织物的日晒牢度差已成为亟待解决的问题。微生物色素应用于纺织品染色需要重点加强对培养 基的廉价化、色素提取的高效化和优质菌株的筛选等方面的研究。 关键词微生物色素；纺织品；染色；天然染料 中图分类号：ＴＳ １９３．６ 文献标志码：Ａ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｐｉｇｍｅｎｔｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｅｘｔｉｌｅ ｄｙｅｉｎｇ ＲＥＮ Ｙａｎｆｅｉ ，ＧＯＮＧ Ｊｉｘｉａｎ ，ＺＨＡＮＧ Ｊｉａｎｆｅｉ ，ＬＩ Ｚｈｅｎｇ 一，ＬＩ Ｑｉｕｊｉｎ 一，ＬＩ Ｈｕｉｑｉｎ ， （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｔｅｘｔｉｌｅｓ，Ｔｉａ ｉｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００３８７，Ｃｈｉｎａ；２．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｅｘｔｉｌｅ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｔｉａｎｊｉｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａ ｉｎ ３００３８７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｄｙｅｉｎｇ，ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｐｉｇｍｅｎｔｓ ｕｓｅｄ ａｓ ｔｅｘｔｉｌｅ ｄｙｅｓｔｕｆｆ ｗｅｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｒｅｃｅｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ．Ｔｈｅ ｓｏｕｒｃｅｓ ｏｆ ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓ，ｐｉｇｍｅｎｔ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｄｙｅｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｓ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｒｅｅ ｐｒｉｍａｒｙ ｃｏｌｏｒｓ（ｒｅｄ，ｙｅｌｌｏｗ ａｎｄ ｂｌｕｅ）．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｈｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｐｉｇｍｅｎｔｓ ｃｏｕｌｄ ｄｙｅ ｔｅｘｔｉｌｅｓ ｗｉｔｈ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｇｏｏｄ ｅｆｆｅｃｔｓ，ａｎｄ ｓｏｍｅ ｍａｉｎ ｃｏｌｏｒ ｆａｓｔｎｅｓｓ ｃｏｕｌｄ ｓａｔｉｓｆｙ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｗｅａｒａｂｉｌｉｔｙ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｐｏｏｒ ｓｕｎｌｉｇｈｔ ｆａｓｔｎｅｓｓ ｈａｄ ｂｅｃｏｍｅ ａ ｂｕｒｎｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ ｔｈａｔ ｍｏｒｅ ｗｏｒｋ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｄｏｎｅ ｏｎ ｔｈｅ ｃｕｈｕｒｅ ｍｅｄｉｕｍ Ｓ ｄｅｆｌａｔｉｏｎａｒｙ ｆｏｒｃｅ，ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｐｉｇｍｅｎｔ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ ｏｆ ｈｉｇｈ ｑｕａｌｉｔｙ ｓｔｒａｉｎｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｐｉｇｍｅｎｔ；ｔｅｘｔｉｌｅ；ｄｙｅｉｎｇ；ｎａｔｕｒａｌ ｄｙｅ
近年来，随着人们对化学合成色素研究的进一 步深入，相当一部分色素对人体的致癌性和其他毒 害作用日益显现。用于纺织品染色的染料同样存在 安全性、健康性、环保性等方面的问题。纺织工业每 年生产和使用大量染料、颜料和染料前体，几乎都是 人工合成色素与染料，且生产、加工以及染色废液的 排放对环境造成危害…。 随着人们对色素质量、安全性和环保性的要求 越来越高，天然色素以安全性高，具有良好的环境相 容性和生物降解性而受到广泛关注，成为研究热 点 。其中微生物色素的生产具有不受季节、气 候和地域限制，生产周期短，条件易于控制，产量大， 种类丰富等优点，被开发利用的潜力巨大；同时保护 了环境和生态平衡，解决了资源短缺的矛盾，具有可
收稿日期：２０１６—０２—０８ 修回日期：２０１６—０８—２７ 基金项目：国家自然科学基金项目（３１２００７１９，５１４０３１５２，５１４７３１２２）；天津市应用基础及前沿研究计划项目 （１５ＪＣＹＢＪＣ１８０００）；应用化学与生态染整工程浙江省重中之重学科开放基金项目（ＹＲ２０１２０１４）；生态纺织（江南大 学）教育部重点实验室开放基金项目（ＫＬＥＴ１１０１） 作者简介：任燕飞（１９８９一），男，博士生。研究方向为生物质染料用于纺织品染色。张健飞，通信作者，Ｅ．ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｊｉａｎｆｅｉ１９６０＠ １２６．ｃｏｒｎ。 ・１６４・ 纺织学报 第３８卷 持续开发利用的优势 。 。利用微生物生产天然色 素可解决天然色素原料稀少，成本高昂等诸多问题， 更有利于工业化生产。因此，微生物色素将逐渐成 为天然色素来源的主流 。 微生物色素色彩丰富，有红、橙、黄、绿、青、蓝、 紫、褐、黑以及介于它们之间的各种颜色。能够产生 色素的微生物种类非常广泛，包括细菌、放线菌、真 菌、藻类、酵母菌等¨ 。 。尽管产色素的微生物数 量甚多，但由于天然色素稳定性差、分离纯化困难、 价格昂贵等限制因素，使得应用于纺织品染色的微 生物色素少之又少¨ 。本文根据微生物色素的 颜色分类，综述了可用于纺织品染色的微生物色素 的种类、性质、微生物来源，及其对纺织品染色的研 究现状，以期为微生物色素在纺织品染色方面的应 用发展提供参考。 １微生物红色素 １－１ 灵茵红素 灵菌红素是一种暗红色色素，具有三吡咯环结 构，是灵菌红素族中的一种，其名称为２一甲基 ３－戊 基一６一甲氧基三聚吡咯，分子式为ｃ∞Ｈ： Ｎ ０。灵菌 红素是脂溶性色素，易溶于甲醇、氯仿和苯，几乎不 溶于水，在极性较强的酸性和碱性水溶液中微溶，在 大部分极性较弱的有机溶剂中微溶或不溶 。 灵菌红素是放线菌、细菌等微生物产生的次级代谢 产物，现今已知的可以合成灵菌红素的微生物包括 沙雷氏菌属３９００６、黏质沙雷氏菌、普城沙雷菌、产 气弧菌以及一些放线菌 。 Ｆａｒｚａｎｅｈ Ａｌｉｈｏｓｓｅｉｎｉ等 从产气弧菌中提取分 离得到灵菌红素，将提取得到的色素溶解在甲醇的 水溶液中，然后在ｐＨ值为４．５的条件下对多纤维 织物进行染色，染色温度为８０℃。染色后用１％的 洗涤液去除物理吸附于织物表面上的色素。研究结 果表明，毛、丝、锦纶、腈纶和改性腈纶织物颜色很 深，而使用相同的染色方法，此色素只能在棉、粘胶、 涤纶和丙纶织物上沾色。 为测试灵菌红素的结构特点，在将其加入分散 剂的条件下直接作为分散性染料对多纤维织物进行 染色。在此条件下，聚酯纤维比其他绝大多数纤维 的颜色深。然而，整体染色性能低于酸性条件，表明 灵菌红素的特征更类似于离子染料。考虑到一ＮＨ 官能团的存在，灵菌红素在酸性条件下可能表现为 阳离子染料，可对腈纶、羊毛、锦纶织物进行染色。 Ａｈｍａｄ等 直接使用黏质沙雷氏菌菌液对织 物进行沸煮染色，并测试染色后织物的耐皂洗色牢 度。结果表明，腈纶织物皂洗色牢度为５级，棉织物 皂洗色牢度最差，仅为１级。使用灵菌红素染色后 的腈纶织物其耐日晒牢度较好，为３级。其他织物 的耐日晒牢度较差，均为１级。微生物色素和其他 天然色素对光稳定性差的缺点Ｅｔ益成为制约天然色 素用作纺织品染料的关键因素。 韦凤等 将黏质沙雷氏菌进行高速匀浆破碎， 使用６０％的乙醇提取其色素，将提取得到的红色素 进行多次柱层析，对分离得到的组分进行质谱分析， 其中一种组分被确定为灵菌红素。Ｋｉｓｈｏｒ等 从 沙雷氏菌中提取得到灵菌红素染料，分别使用 ３％（Ｏ．Ｗ．ｆ）的硫酸铝铵、硫酸铜、硫酸亚铁、单宁 酸和氯化钠溶液作为媒染剂，对棉织物和羊毛织物 进行染色。结果表明，使用单宁酸和氯化钠作为媒 染剂，染料的上染率有明显提高。染色后棉织物和 羊毛织物的水洗色牢度很好，但日晒牢度较差。 １．２ 红曲色素 红曲色素，又名红曲红，是红曲霉的次级代谢产 物。红曲色素是多种色素的混合物，主要包括红色 系和黄色系２类色素，均属于聚酮类化合物，其中黄 色素成分含量较低，约占色素总量的５％，所以红曲 色素呈现红色。红曲色素的主要成分包括红曲素、 红曲玉红素、红斑红曲素、红曲玉红胺、红斑红曲胺、 安卡红曲黄素。这６种色素均为醇溶性色素，能溶 于乙醚、氯仿、乙醇、醋酸、正己烷等溶剂 。 徐莹莹等 引用红曲霉菌液对蚕丝织物染色，在 ３０℃下浸染３ ｈ，再经水洗烘干。织物１所用染液 为经６层纱布过滤得到的红曲霉菌液的滤液。织 物２所用染液为红曲霉菌液，做如下处理：在捣碎机 中以８ ０００ ｒ／ｍｉｎ维持５ ｍｉｎ，将菌丝体捣碎，静置 １２ ｈ后用６层纱布过滤。结果表明，织物１颜色较 浅，织物２颜色较深。这是由于将菌丝体打碎后胞 内色素释放出来，染液中色素含量增加导致织物染 色深度变深。 １．３镰孢菌素 镰孢菌素是一种红色色素，名称为２－乙基－ ３，５，８一三羟基 ．甲氧基一７．甲基－１，４一萘醌，分子式 为ｃ Ｈ ０ 。该红色素为脂溶性色素，可溶于甲醇、 乙醇、乙酸乙酯、正己烷、甲苯、石油醚等有机溶剂， 极易溶于氯仿、二氯甲烷、丙酮等有机溶剂。刘小娟 等 。。” 使用体积比为２：１的二氯甲烷／丙酮溶液从 串珠镰刀菌中提取得到红色素，经鉴定此化合物为