Оценка экологической токсичности водных растворов натуральных красителей, применяемых в технологии крашения текстильных материалов

DOI:

В последние годы рынок натуральных красителей испытывает повышенный интерес, вызванный растущим спросом на экологически чистые и устойчивые альтернативы для синтетических красителей (Elsahida et al., 2020). Это обусловлено сочетанием меняющихся нормативных требований к производителю в отношении экологического законодательства и осознанного подхода потребителя к своему здоровью (NDMО1). В частности, запреты на определенные химические вещества и требования к снижению загрязнения водных объектов (регламент REACH (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals), международный стандарт органического текстиля (Global Organic Textile Standard, GOTS) и стандарт OEKO-TEX® Standard 100) заставляют производителей искать безопасные альтернативы в технологии крашения текстильных материалов (RRND2).

Помимо экологических и нормативных аспектов, на масштабы и устойчивость загрязнения красителями решающее влияние оказывают социально-экономические факторы. Стремительная глобализация и модель «быстрой моды» усилили производственную нагрузку, вынуждая производителей отдавать предпочтение экономической эффективности, а не защите окружающей среды. Однако не все производители остаются в стороне, например, дизайнеры международных модных брендов, таких как Nike, Toms, Reebok, Quiksilver, MUD Jeans и Patagonia, выпустили ограниченные коллекции одежды и обуви, окрашенные натуральными красителями, что свидетельствует об их поддержке новых экологических требований по снижению химического воздействия индустрии моды на водные ресурсы и почву (Titisari and Sinha, 2025).

Экологические проблемы в технологии крашения текстильных материалов обусловлены большим количеством сбрасываемых в водные системы сточных вод содержащих красители: по международным данным ежегодно попадает от 40 000 до 50 000 тонн красителей (Kavitha, Govindhan and Premkumar, 2025). Особую опасность представляют синтетические красители, которые обладают высокой устойчивостью к биологическому разложению, обладают способностью к биоаккумуляции, токсичны, мутагенны и канцерогенны (Lellis et al., 2019; Tkaczyk, Mitrowska and Posyniak, 2020), оказывают существенное влияние на водные экосистемы, снижая проникновение солнечного света, повышая биохимическую потребность в кислороде (БПК) и химическую потребность в кислороде (ХПК), а также подавляя фотосинтез (Soni, Bhatt and Tailor, 2025). Из-за своей токсичности некоторые синтетические красители были запрещены во многих странах, что побудило производителей искать более безопасные пути, к которым относится применение натуральных красителей, получаемых из наземных и подземных частей растений, их соцветий, плодов, из грибов и лишайников (Atav et al., 2020). Главным экологическим преимуществом натуральных красителей является их биоразлагаемость и низкая токсичность по сравнению с синтетическими [de Farias en al., 2023; Shams-Nateri, 2011).

В связи с этим, целью настоящей работы стала оценка экотоксичности водных красильных растворов, полученных из различных видов растительного и грибного сырья, применяемых для окрашивания текстильных материалов.

Объекты и методы исследований

В качестве объектов исследований выбраны водные красильные растворы, полученные из различных видов высушенных растений и грибов, отличающихся высокой степенью закрепления красителя на волокне без применения протрав: луковая шелуха, кора дуба, цветы бархатцев, корень лапчатки, листья яблони, трутовик окайм- ленный (Скобова, Ясинская и Кузнецова, 2022).

Красильный раствор подготавливали по разработанной авторами технологии с применением ультразвуковой обработки дробленого сырья (Скобова, Кириллова и Шитикова, 2025). Такой подход образует потенциал для извлечения физиологически активных функциональных веществ в рабочий раствор красильной ванны для интенсификации последующего процесса крашения без применения протрав. Повышение эффективности экстракции при использовании ультразвука в основном объясняется эффектом акустической кавитации, возникающей в растворителе при прохождении ультразвуковой волны (Mahfud, 2018). Ультразвук также оказывает механическое воздействие, способствуя более глубокому проникновению растворителя в матрицу образца, увеличивая площадь контакта между твердой и жидкой фазами и, как следствие, ускоряя диффузию растворенного вещества из твердой фазы в растворитель. В качестве растворителя использовалась дистиллированная вода. Измельченное растительное сырье после озвучивания экстрагировали при температуре 95 °C в течение 60 минут с последующей фильтрацией и охлаждением до температуры окружающей среды. В результате получен исходный экстракт, принимаемый за 100 % концентрацию.

Экотоксикологическая оценка красильных растворов из растительного и грибного сырья проводилась с применением стандартизированной методики согласно ИСО 6341:2012 «Вода. Определение токсичности по выживаемости пресноводных ракообразных Daphnia magna Straus», метод В. Исследование экотоксичности полученных растворов оценивали по серии проб с различной степенью разбавлений исходного экстракта отстоянной в течение 2 сут. в открытых сосудах водопроводной водой.

Согласно методике для каждого вида красильного раствора подготовлены: серия из 5 опытных вариантов красильных растворов с разным шагом разбавления (таблица 1) и контрольный тест-образец – отстоянная водопроводная вода 100 см3 в емкости вместимостью 150 см3 с размещенными тест-организмами. В каждую колбу помещали 10 особей Daphnia magna Straus в возрасте до 24 часов. Учёт смертности (иммобилизации) проводили через 24 и 48 часов экспозиции при температуре 20±1 °C.

Токсичность анализируемых проб (À, %) определяют по гибели тест-организмов для каждого заданного разбавления (концентрации) анализируемой пробы относительно контрольной пробы (матричный тест-раствор) после 48 ч тестирования и рассчитывают по формуле л=^н , (1) ^о где Xo – среднеарифметическое значение количества выживших тест-организмов (дафний) в контрольной пробе (матричный раствор), шт; Õан – среднеарифметическое значение количества выживших тест-организ-мов для каждого заданного разбавления (концентрации) анализируемой пробы, шт.

Если значение токсичности анализируемых проб, рассчитанное по формуле (1), составляет не более 10 %, то эффективную кратность разбавления анализируемой пробы, при которой выживаемость тест-орга-низмов снизилась относительно контрольной пробы не более чем на 10 % за 48 ч тестирования, относят к безвредной концентрации.

Таблица 1 – Схема концентраций водных экстрактов растений и грибов

Table 1 – Scheme of concentrations of aqueous extracts of plants and mushrooms

№	Концентрация экстракта	Соотношение (экстракт : вода)	Объём экстракта (мл)	Объём воды (мл)
1	100 %	1:0	250	0
2	50 %	1:1	125	125
3	25 %	1:4	62,5	187,5
4	12,5 %	1:8	31,25	218,75
5	6,25 %	1:16	15,625	234,375
6	0 % (контрольная проба)	0:1	0	250

Результаты исследований

Оценка жизнеспособности и активности рачков проводилась после их размещения в контрольных и анализируемых средах в течении 24 ч, из которых 16 ч – световой день, 8 ч – темное время суток, и по истечении 48 ч проводили подсчет особей в каждой колбе, по три повторности в каждой серии (рисунок 1). Средние значения выживших с расчетом процента гибели представлены в таблице 2.

Анализ результатов

Анализ токсичности полученных растворов показал, что высокотоксичными для тест-организмов являются раствор луковой шелухи, причем процент разбавления не оказал никакого влияния на степень токсичности, происходит 100 % гибель всех особей даже при малых концентрациях (соотношение 1:16).

В шелухе лука содержатся биологически активные соединения, которые являются частью защитной системы растения. К ним относятся флавоноиды и фенольные соединения, например, кверцетин. Эти вещества обладают антимикробными и антиоксидантными свойствами, но для водных организмов могут быть чужеродными и токсичными. В работе (Pino-Otín et al., 2022) авторы исследования подтверждают, что такие соединения, содержащиеся в гидролате другого вида растений (Satureja montana), могут быть высокотоксичны для D. magna: например, концентрация содержащего фенола (карвакрол и тимол) в количестве менее 1 % вызвала гибель 50 % тест-организмов (LC50).

Также шелуха лука содержит сульфиды и другие серосодержащие вещества, которые в растворенном виде могут воздействовать на ферментные системы и дыхание рачков.

Аналогичная ситуация с тест-организмами в водных растворах коры дуба – высокая степень токсичности во всех пробах. Такая динамика обусловлена комплексом биологически активных веществ: дубильных вещества (пирогалловая группа), соединения взаимодействуют с белками и, как показывают исследования, токсичны для водных ракообразных (Alvarez et al., 2016). Танины нарушают двигательную активность рачков, что делает их неспособными к нормальной жизнедеятельности. Фенольные и полифенольные соединения являются естественными антимикробными агентами и, попадая в воду, воздействуют на водных беспозвоночных как высокотоксичные (Mendonсa et al, 2007).

Токсичность водных растворов корня лапчатки имеет высокие показатели на больших концентрациях растворов, однако при разбавлении 1:8 и более этот показатель снижается до среднетоксичного. При оценке зависимости «концентрация – эффект» установлена прямая сильная корреляционная связь между числом погибших тест-организмов и степенью разбавления (коэффициент корреляции 0,86).

Экстракт лапчатки отличается высоким содержанием полифенольных соединений – в первую очередь дубильных веществ (таннинов) и флавоноидов, а также присутствием галловой кислоты – одного из представи-

Рисунок 1 – Фотография особей Daphnia magna Straus в контрольной пробе Figure 1 – Photograph of Daphnia magna Straus specimens in a control sample

ВЕСТНИК Витебского государственного технологического университета, 2026, № 2 (56)

Таблица 2 – Результаты токсикологической оценки водных красильных растворов

Table 2 – Results of toxicological evaluation of aqueous dye solutions

Соотношение (экстракт : вода)	Среднеарифметическое значение выживших, шт, через 24/48 ч	Токсичность проб А , % через 24/48 ч
1	2	3
Контрольная проба	10/10	0
Водный раствор трутовика окаймленного
1:0	5/4	50/60
1:1	3/7	70/30
1:4	4/9	60/20
1:8	8/9	20/20
1:16	9/9	10/20
Водный раствор луковой шелухи
1:0	0/0	100/100
1:1	0/0	100/100
1:4	0/0	100/100
1:8	0/0	100/100
1:16	0/0	100/100
Водный раствор коры дуба
1:0	0/0	100/100
1:1	2/0	80/100
1:4	3/3	70/70
1:8	6/4	40/60
1:16	5/3	50/70
Водный раствор соцветий бархатцев
1:0	6/4	40/60
1:1	5/5	50/50
1:4	6/5	40/50
1:8	7/7	30/30
1:16	8/8	20/20
Водный раствор корня лапчатки
1:0	0/0	100/100
1:1	0/0	100/100
1:4	5/4	50/60
1:8	6/6	40/40
1:16	7/6	30/40

Окончание таблицы 2 – Результаты токсикологической оценки водных красильных растворов End of Table 2 – Results of toxicological evaluation of aqueous dye solutions

1	2	3
Водный раствор листьев яблони
1:0	5/4	50/60
1:1	6/6	40/40
1:4	7/6	30/40
1:8	8/7	20/30
1:16	10/10	0/0

Примечание:

Степень токсичности проб оценивается по шкале приводимой в ИСО 6341:2012: нетоксичная А = до 10 % включительно; не обладает острой токсичностью: слаботоксичная А = свыше 10 до 35 % включительно, среднетоксичная А = свыше 35 до 50 % включительно; обладает острой токсичностью: высокотоксичная А = свыше 50 до 100 % включительно.

низмов, за исключением раствора коры дуба. Разбавление исходных красильных растворов в соотношении 1:4 и более приводило к снижению токсичности, что указывает на возможность снижения экологической нагрузки на гидробионтов путем разбавления стоков.

Впервые для водного раствора трутовика окаймленного (Fomitopsis pinicola) зафиксирован нелинейный характер поведения тест-организмов: падение численности дафний в первые 24 часа сменялось ростом популяции к 48-му часу. Этот эффект объясняется, с одной

стороны, адаптацией выживших особей к токсической нагрузке, а с другой – использованием грибных частиц (спор и мицелиальных фрагментов) в качестве дополнительного питательного субстрата.

Полученные результаты исследований позволяют рекомендовать использование натуральных красителей в технологиях крашения при условии контроля кратности разбавления отработанных красильных ванн перед сбросом в системы водоотведения.