天然棕色棉纤维色素光谱学特性及其化学结构初步推断

在纯化棕色棉纤维色素的基础上,测定了天然棕色棉纤维色素的紫外-可见光谱(UV光谱)、红外光谱(IR光谱)以及分析了pH值、浓度、诊断试剂对天然棕色棉纤维色素UV光谱的影响,发现天然棕色棉纤维色素UV光谱随着pH值和浓度不同而变化,诊断试剂对纤维色素UV光谱也有影响,但并不符合黄酮类化合物对诊断试剂的反应规律,红外光谱的主要吸收波数是3554、3477、3414、3289、1638、1618、1386、1073、617、478cm-1。结合化学性质鉴定,以及和已知的白色棉种皮色素比较,初步推断棕色棉色素的化学结构,认为棕色棉纤维中的色素是由单宁物质氧化形成的醌类化合物。最后解释了棕色棉纤维具有颜色是因为棉纤维发育后期缩合单宁接触空气后氧化的结果。

天然棕色棉色素分布规律及色素合成与纤维发育的关系

通过对三个颜色深浅不同的棕色棉品系纤维的观察,发现中棕色棉色素分布较为典型,按照颜色的深浅不同,可以分为4条带纹;在此基础上,对各发育时期棉铃中纤维颜色的观察、蒸馏水洗脱棉纤维试验、棉子壳和棉纤维中棕色素含量的测定,分析色素在纤维上的分布规律与色素合成、纤维发育的关系,由此推断种皮合成无色的色素前体运输到纤维中,无色的前体在纤维中生成棕色素,按照色素与纤维结合的牢固性,色素与纤维素的结合方式可以分为两种,本试验结果支持纤维扩散生长理论,同时推断纤维的扩散生长不是均匀的;最后通过相关性分析,纤维中的色素含量与单铃重和纤维长度负相关性达到显著水平。

天然棕色棉色素提取、纯化及其UV光谱研究

选用16种溶剂对天然棕色棉色素进行溶解性试验,发现蒸馏水和pH=9的氢氧化钠溶液是最为经济有效的色素提取溶剂(60℃)。在此基础上,对棕色素进行粗提、纯化、UV光谱测定和化学性质初步鉴定,其中5种纯化方法效果显著,分别是:乙醇沉淀法、重结晶法、铅盐法或铜盐法、纸层析法和柱层析法,并设计了几种纯化方法综合应用的工艺流程。对色素进行UV光谱检测,以218nm附近强吸收、264nm附近弱吸收。根据溶解性试验和化学性质鉴定,推断棕色素化学结构含有双键和酚羟基的存在。

天然棕色棉色素与白色棉棉籽壳色素成分的比较

采用诊断试剂、紫外光谱、红外光谱对棕色棉色素和白棉棉籽壳色素的化学成分进行对比分析发现:棕色棉色素和白色棉棉籽壳色素为同一类物质,均为缩合单宁类化合物;2种色素的主要成分均含有邻二酚羟基结构,白色棉棉籽壳色素的主要成分还含有间苯三酚结构,而棕色棉色素中含间苯三酚结构的成分含量很低。另外,2种色素的高效液相色谱分离结果表明,白色棉棉籽壳色素提取物所含组分较多,而棕色棉色素主要有4种组分,2种色素并无分子结构完全一致的组分。

缩合单宁与天然棕色棉纤维色素合成的关系

以白色棉为对照,采用香草醛法测定了4种天然棕色棉种皮细胞和棉纤维细胞发育过程中缩合单宁含量的变化规律。结果表明,各发育时期棕色棉纤维中缩合单宁的平均含量是白色棉的4.35倍,在4个棕色棉品种中,棕色棉成熟纤维色素与发育过程中棉纤维中缩合单宁的含量呈现正相关;各发育阶段棕色棉种皮中缩合单宁平均含量是白色棉的1.44倍,且在棕色棉品种中,颜色越深,种皮中缩合单宁的含量越高;不论是棕色棉还是白色棉,种皮中的缩合单宁含量都大于相应的棉纤维细胞中的缩合单宁的含量。成熟纤维中色素的含量与20-25DPA棉纤维中缩合单宁的含量、棉纤维中缩合单宁总平均含量极显著相关。

羧基化改性静电纺天然棕色棉纤维素膜的金属铜离子吸附性能

为探究静电纺纤维素膜对重金属离子的吸附性能,在用静电纺成功制备天然棕色棉纤维素膜的基础上,进行了Cu^(2+)吸附性能的研究。结果表明:静电纺纤维素膜材料和原棉纤维相比具有很高的Cu^(2+)吸附能力,在不同p H值条件下可分别达到原棉的3~5倍;静电纺纤维素膜经羧基化改性后,可极大提高Cu^(2+)的吸附容量,在此条件下静电纺纤维素膜吸附量可高达约250 mg/g;羧基化改性静电纺纤维素膜对Cu^(2+)的吸附具有快速性,80%以上的吸附量可在16 s左右完成;羧基化改性静电纺纤维素膜对Cu^(2+)的吸附具有饱和性和单分子层吸附特性;制备的羧基化静电纺纤维素膜的理论单层饱和吸附量为526.3 mg/g,Langmuir特征常数为7.133×10^(-6)L/mg。

天然棕色棉色素的液相色谱分离

为研究棕色棉色素的种类及其分子结构,采用聚酰胺柱层析、高效液相色谱(HPLC)、制备液相色谱对天然棕色棉色素进行分离。结果表明,聚酰胺柱可有效地将棕色棉色素分段富集,依据分段后色素的颜色、HPLC图可知棕色棉色素由2部分组成,利用反相C18制备柱反复分离得到了其中一部分色素混合物中的2种有色成分和1种无色成分,但是反相制备柱不能将另一部分色素有效分离,依据该部分色素的各种色谱保留行为可推测其可能由一系列结构十分相似的多酚类化合物组成。

ICP-OES和ICP-MS测定天然棕色棉和染色棕棉中24种元素含量

采用微波消解对天然棕色棉和染色棕棉样品进行处理,通过电感耦合等离子体发射光谱法和电感耦合等离子体质谱法测定其中B、Na、Mg、Al、P、K、Ca、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Se、Rb、Sr、Mo、Ag、Cs、Ba、U等24种元素的含量。结果表明,与染色棕棉相比,天然棕色棉中B、Mg、P、K、Ca、Ti、V、Mn、Rb、Mo等元素含量显著偏高(P<0.05),Na元素含量显著偏低(P<0.05),采用聚类分析(最短距离法)对样品中24种元素含量进行处理,可正确判断天然棕色棉和染色棕棉。

乙醇/水溶液对天然棕色棉色素提取的影响

为研究天然棕色棉色素的有效提取条件,对乙醇/水溶液体系提取天然棕色棉色素的组分进行了研究。不同浓度乙醇溶剂对棕色棉色素的提取组分有明显影响。研究表明：棕色棉色素提取物的有色成分分为较易分离（保留时间1-5 min）和难分离（保留时间7-17 min）2部分;棕色棉色素具有很强的亲水特性,体积分数为90%以上乙醇水溶液的提取效率很低,不适宜对棕色棉色素物质的提取;纯水溶液适合保留时间为1.4 min色素物质的提取;体积分数为30%乙醇/水溶液适合保留时间为1.7、2.2和9.6 min色素物质的提取;体积分数为50%乙醇/水溶液适合保留时间为14.9 min色素成分的提取。

天然棕色棉的抗菌性能

为探究天然棕色棉的抗菌特性,以金黄色葡萄球菌和大肠杆菌分别作为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的代表,通过平板菌落计数法和比浊法测试了棕色棉纤维的抗菌性能,并用晕圈法、荧光显微镜以及扫描电子显微镜分析了棕色棉色素提取物的抗菌活性及抗菌机制。结果表明:棕色棉纤维对2种细菌的生长繁殖都有良好的抑制作用,抗菌率分别为87.9%和79.5%;常规的碱精练和酶精练可在一定程度上提高棕色棉纤维的抗菌性能;棕色棉纤维的抗菌性能来源于其色素,色素可通过与细菌的细胞膜结构的结合来破坏细胞膜的转运能力,进而破坏细菌正常的生长和繁殖过程,达到杀死细菌的效果。

碱溶液对天然棕色棉色素提取效果及成分的影响

根据多酚类化合物易溶于碱的特点,结合超声波辅助萃取技术,采用不同pH值的碱溶液对天然棕色棉纤维色素进行提取。结果表明,碱溶液提取能力较好,pH值为14.1的氢氧化钠溶液能比较彻底地对色素进行提取。去离子水提取产物经过碱性条件处理后调回中性,UV吸收光谱发生变化,采用不同pH值溶液提取的产物HPLC分离结果也表明碱性环境下会使部分物质发生不可回复性改变,说明色素物质具有多组分性质和复杂性。碱溶液不能用于以结构鉴定为目的的色素物质提取。

天然棕色棉纤维在[BMIM]Cl离子液体中的溶解和再生性能研究

利用1-丁基-3-甲基咪唑氯化物([BMIM]Cl)离子液体溶解天然棕色棉纤维,制备棕棉再生纤维素;利用偏光显微镜观察溶解过程,采用黏度法、红外光谱、X射线衍射、热重、扫描电镜等对棕棉再生前后纤维素的结构进行表征。结果表明:离子液体可以溶解棕棉纤维素,先产生球形膨胀,然后溶解;溶解过程中,可以明显看到纤维中腔的色素沉积物;溶解后的再生纤维素聚合度下降,纤维的结晶结构被破坏,同时再生纤维素的热稳定性下降;再生纤维素截面结构均匀致密,内部不存在空隙结构,说明色素物质能够与纤维素很好地混合。

基于紫外-可见漫反射光谱的天然棕色棉/染色棕棉混纺比定量分析

为了建立一种便捷测定天然彩色棉和染色彩棉混纺比的方法,以天然棕色棉与染色棕棉为例,通过对不同比例混合的天然棕色棉及染色棕棉进行紫外-可见漫反射光谱测定,用导数法进行数据分析。结果表明:天然棕色棉与染色棕棉的紫外-可见漫反射光谱曲线有明显不同,不同混合比例的天然棕色棉与染色棕棉的光谱曲线根据混合比例呈规律性变化,对它们的紫外-可见漫反射光谱进行导数法处理并与色差法对比发现,661nm波长处混纺比与一阶导数值的拟合曲线相关性最好。同时,该拟合方程可用于快速定量测定天然棕色棉和染色棕棉的混纺比。

天然棕色棉色素多组分特性的研究

为了确认天然棕色棉色素的组分特性, 采用反相C18层析柱对天然棕色棉色素提取粗品进行分离, 通过高效液相色谱和紫外-可见光谱法进行研究.色素提取粗品的液相色谱表明, 在保留时间3min以内有分离度较好 的组分但数量少, 绝大部分组分处在保留时间为7-7min范围但分离度不好, 呈正态分布峰形形态（馒头峰）, 这两部分均为有色物质.采用不同浓度的甲醇水溶液（极性不同） 为流动相进行梯度淋洗, 能够将保留时间为7-7min 色素组分一定程度分离, 但被分离色素组分的液相色谱图并不是单一尖锐的峰形.色素液相色谱表明, 5% 的甲醇 溶液可以将保留时间为3min以下的色素物质进行富集,30%甲醇溶液可以对保留时间为13.5min的黄色色素物 质进行富集.不同梯度淋洗得到的色素混合物质尽管极性有差异,但紫外-可见光谱非常相似, 说明天然棕色棉的色 素的确是由极性略有不同但结构非常类似的物质组成的混合物.

荧光增白剂对天然棕色棉色泽的影响及作用机制

为了探究荧光增白剂(FWA)对天然棕色棉(NBC)色泽的影响,采用具有不同带电基团的双三嗪氨基二苯乙烯型荧光增白剂对天然棕色棉进行处理,通过对样品的相关颜色性能进行测试分析,并进一步研究荧光增白剂对棕色棉色素的作用机制。结果表明:末端带正电基团的双三嗪氨基二苯乙烯型荧光增白剂对NBC具有较好增深作用;FWA与NBC色素的作用反应并不是生成新物质的化学反应,而是在NBC上形成了物理吸附;静电作用力,范德华力和氢键等可以影响FWA对棕棉色素的物理作用。经过FWA处理过后的NBC颜色明显增深,色泽有明显改进,对天然棕色棉产品开发具有实用价值。

陆地棉棕色纤维色泽的遗传效应

以2个棕色和3个白色纤维陆地棉做完全双列杂交,分析陆地棉棕色纤维的遗传效应、长绒与短绒的遗传相关及F1的色泽差异。用扫描仪获取长绒和短绒图像,利用Photoshop 9.0获取图像RGB信息、量化纤维色泽。按照QGAStation软件中的ADM和AD模型,采用MINQUE法分析,调整无偏预测法(AUP)预测各遗传效应值。结果表明,棕色棉的长绒和短绒的遗传规律一致,其加性和显性遗传方差均极显著,其中,长绒的加性遗传方差比率为0.8501,约为显性遗传方差比率的6倍,短绒的加性遗传方差比率为0.8726,约为显性遗传方差比率的8倍;相关分析显示长绒和短绒的基因型和表现型均达显著相关,基因型相关系数达0.9935;5个亲本加性效应均不相同,但均达极显著水平,其中,棕色棉为正效应,白色棉为负效应。说明棕色纤维陆地棉的长绒和短绒色泽的遗传变异主要来自加性和显性效应,其中加性效应起主导作用;长绒和短绒的色泽遗传存在连锁和互作;因不同品种(系)的加性效应大小不同,造成不同F1纤维色泽的表现差异。

棕色棉纤维中酚类物质动态变化与色素合成的关系

以4种棕色棉和1种白色棉为试验材料，在定性鉴定不同发育阶段棉纤维中酚类物质存在的基础上，定量测定了棉纤维发育过程中酚类物质及与酚类物质代谢有关的多酚氧化酶、过氧化物酶活性的变化规律。发现在开花后40d之前棉纤维都存在着酚类物质。棕色棉各发育时期酚类物质含量均高于白色棉，开花后40d之后，白色棉纤维中的酚类物质含量迅速下降，而棕色棉纤维中的酚类物质含量却继续增加；白色棉和棕色棉各发育阶段棉纤维细胞内未检测到多酚氧化酶的活性；棕色棉含特有的甲基酚类化合物，很可能是棕色素的合成前体，在30～35DPA期间，棕色棉POD活性与色素的合成呈负相关。本试验结果有助于进一步探讨棉纤维中酚类物质代谢与棉纤维品质形成的关系。