植物染缸論化學 劉曉倩 國立彰化高級中學教育部高中化學學科中心 torrina01092002@yahoo.com.tw n  前言 藍染產業是臺灣早期很重要的傳統產業，由文獻中得知，除了梔子、茜草、薑黃、鬱金等曾經種植為經濟作物的染料外，相思樹、薯榔、檳榔、艾草等也都曾是常用的染料植物。但是這些珍貴的歷史文化資產，隨著時代演變，化學染料的興起，步驟繁複的天然植物藍染已經被化學染料及工業技術所取代。化學染料雖然具有較好的色牢度與耐久性，但是卻有毒性與環境污染的隱憂。近幾年來世界環保意識抬頭，具有健康、安全及獨特性等特點的植物染料重新引起大家的注意，我們可以藉由植物染應用在教學實作上，讓學生對植物在生活應用上有了更深層的認識，並且瞭解植物種類及特性，引導學生了解植物染裡的化學變化及如何結合美學創作讓自己的作品更具有藝術性，同時藉由推廣植物染瞭解植物的種源及種植過程，尊重傳統文化裡先民的智慧。 n  家庭廚房開染房－黑豆染汁染 染布前先將布的素材精煉漂白，一般纖維在紡成纖維時會上漿料用樹脂包住纖維，讓纖維不會毛羽過長方便織布，而退漿就是將包住纖維的樹脂退掉，讓我們後面的印花加工和柔軟加工能深入纖維裡面去。 一般去漿方式是將棉布放入重量百分率2~3%的苛性鈉（氫氧化納，NaOH）來精煉，處理方式如下： 1.將棉布放入不銹鋼鍋中充分浸水。 2.以少量水溶解氫氧化鈉，再將其倒入步驟1的不銹鋼鍋中攪拌。 3.開火煮沸後，再加熱30~60分鐘，靜置放涼再以清水充分清洗。 在家庭廚房中多半是以熬煮的方式萃取色素，煮的時間就得憑自己的經驗，煮得太短，無法萃取出顏色，但是煮得太久，顏色會變得很混濁。使用的鍋具及刀刃務必使用不銹鋼，避免刀刃釋放出鐵離子，使染料變得很混濁。 熬煮萃取出來的色素可以將染布直接浸泡，或者也可以使用酸液或鹼液等使染汁呈現不同的的色彩。為使染料與布料充分結合，可以加入媒染劑，廚房裡最好使用明礬當作媒染劑，除了操作安全以外，也不會有重金屬離子的汙染。   黑豆染汁的化學原理 筆者示範的是黑豆汁染布，黑豆含豐富的營養素及礦物質，具有健脾利水、消腫下氣、滋腎陰、潤肺燥、止盜汗，烏髮黑髮以及延年益壽的功能。現代藥理研究證實，黑豆除含有豐富的蛋白質、卵磷脂，脂肪及維生素外，尚含黑色素及菸酸。熬煮黑豆後除了可將黑豆煮熟食用以外，所剩的汁液含有花青素，可以用酸液及鹼液調整染液的顏色變化。 黑豆皮含有豐富的花青素，而花青素（anthocyanins）是一種常見的植物色素，自然界有超過500種不同的花青素。花青素是由花青素配質（anthocyanidin）和一個或多個葡萄糖或半乳糖等所組成，存在於細胞漿中。黑豆皮所含的花青素主要是以飛燕草色素（delchindin）、錦葵花色素（malvidin）及芍藥花色素（peonidin）三種為主。這三種色素也是紫色高麗菜、紅蔥頭及藍莓的色素主要成分， 花青素的主結構如圖1所示，在不同位置接上數目不等的取代基而造成不同種類的花青素，其中R3’、R4’、R5’、R3、R5、R6和R7為−H、−OH或−OCH3。   圖1：花青素的主結構 花青素與食品化學息息相關，通常花青素很耐高溫，且在不同的酸鹼度下，會轉變不同的結構，並呈現不同的顏色，可以做為酸鹼指示劑使用。黑豆煮汁在加入醋酸後呈現粉紅色，應該也與黑豆含有花青素有關，其他例如紫色高麗菜中的花青素在酸中呈紅色，在中性呈紫色，在鹼中則呈黃綠色。   媒染劑在植物染上的作用   媒染劑的主要作用是做為衣料纖維與染料之間的媒介，使染布效果更明顯。原因是當纖維缺乏與染料之間的親和力時，染色效果會不明顯，此時需要用媒染劑，以達到染色的目的。常用的媒染劑分為天然的和合成化學的兩種，天然媒染劑如鐵銹、烏梅、稻草灰、木灰、茶花…等，化學媒染劑如醋酸酮、醋酸鋁、醋酸鐵、明礬等。當衣料纖維上的花青素與媒染劑的鋁離子發生配位共價作用時，就會形成金屬錯合物，如圖2所示。此金屬離子錯合物吸收光線並反射時，會使顏色變得更加鮮艷（因為光譜變得尖銳 且吸收的光更多）。此外明礬除了會使布的顏色更加鮮艷以外，染料的附著力也會更加穩固。   圖2：媒染劑的功能是作為花青素與衣料纖維的媒介 M：媒染劑；Cell：衣服纖維 一、需要的材料             1.去漿棉布250克（可裁成多塊正方形，做染色比較） 2.黑豆1公斤（棉布重量的4~5倍重） 3.明礬（KAl(SO4)2．12H2O）20克（棉布重的8%） 4.食用醋140毫升（約黑豆染汁的2%） 二、黑豆染布過程 1.約7升的水（棉布重量的30倍）放入生黑豆浸泡一晚【生黑豆易發芽，久浸後會在液面產生氣泡，所以須儘快處理，避免發臭】 2.隔天將黑豆煮沸，須注意過度沸騰，產生大量氣泡造成湯汁外溢，所以一旦沸騰時，須迅速將瓦斯轉成小火續煮20~30分鐘，如圖3所示。   圖3：煮沸後續以小火煮的黑豆汁   3.等鍋子放冷後，以濾袋過濾煮汁做為染液，黑豆可以放入乾淨的鍋子內，以新水續煮熟食用，如圖4所示。 圖4：將黑豆汁以豆漿濾網過濾   4.將準備好的棉布放入溫水中先浸泡潤濕。 5.將明礬媒染液加入約400毫升水中（重量百分濃度5%溶液）溶解。 6.先將浸濕的棉布放入媒染液中加熱，煮沸後轉小火續煮20~30分鐘。熄火後至水溫降至30~40℃時，再以溫水清洗二至三次脫水。 7.將煮好放涼的黑豆過濾液分成兩鍋，一鍋放入食用醋，一鍋則是純黑豆汁液，觀察兩鍋染液顏色的變化，如圖5所示。【黑豆原汁呈現灰黑色，加入食用醋後，黑豆汁液轉成深紅色】 8.將步驟6中浸泡過明礬的染布分成兩部分，分別放入步驟7的兩鍋黑豆煮汁內，煮沸後續轉小火煮30~60分鐘，熄火後等水溫降至30~40℃時，再以溫水充分清洗。   圖5：將食用醋加入黑豆汁汁液轉成暗紅色   9.將染好的棉布擰乾，續晾乾勿曝曬陽光，以免褪色，如圖6及圖7所示。 […]