專利名稱：天然植物染料的真空冷凍干燥提取法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由天然原料制備的天然來源的染料。其制備工藝中僅用水制成溶液，而后進(jìn)行干燥的方法提取粉末狀產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
天然植物染料無毒，生態(tài)，色澤柔和、自然而有特色，而且它具有良好的環(huán)境相容性和藥物保健性能，有著廣闊的發(fā)展前景。從目前天然植物染料的染色工藝來看，大部分通過水或溶劑經(jīng)過加熱萃取染料，而把染液直接用于紡織品的染色([1]賈吶，龔建培.常見植物染料黃色系的色素提取及染色，染整技術(shù)[J]，2006，第28卷(3)24-27；[2]中國發(fā)明專利公開號CN 1204667，一種毯類用天然植物正黃色素及其制備和使用方法)。此方法有如下缺點(diǎn)，①染料部分受熱分解，穩(wěn)定性差②天然植物染料的升華特性受到破壞③易腐爛，不宜儲存④染色重現(xiàn)性難以掌握([3]余靜，賈麗霞.天然染料應(yīng)用的現(xiàn)狀與發(fā)展，新紡織[J]，2005(4)26-28)。就拿黃柏來說，天然植物黃柏因受地理環(huán)境、氣候、季節(jié)等條件的影響，其樹皮中所含小檗堿的含量將有所不同，因而其色素含量也不同。植物染料色素含量的多少受上述因素影響非常大，這使得即使同一株植物因采摘時間不同植物中所含色素量也會不盡相同，用來染織物的重現(xiàn)性可想而知。再者，由于天然植物染料中有部分色素不穩(wěn)定，在不同的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行重復(fù)性實(shí)驗(yàn)時也有可能出現(xiàn)較明顯的色差，現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中基本上是每次都要重新萃取、過濾，而造成每次的色素含量不能量化，也就更是重現(xiàn)性難以實(shí)現(xiàn)了。
目前，缺乏成熟的提取天然植物染料的方法和質(zhì)量穩(wěn)定、性能優(yōu)良的天然植物染料產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明旨在提供一種有效、易行的提取天然植物染料的方法，且所得到的天然植物染料質(zhì)量穩(wěn)定、性能優(yōu)良。
許多天然植物含有色素，可以利用其作為染料。本發(fā)明所述的天然植物染料從包括所有的含有染料的植物的葉、花、果實(shí)、莖、桿、枝、根、種子、皮等、天然植物部分組合或全枝中提取的染料。例如黃柏、榿?zhàn)印⑽灞蹲?、紅花、茜草、蘇木、紫草、靛藍(lán)等天然植物染料都是從這類植物的不同部位提取出來的。
本發(fā)明的技術(shù)方案是以水萃取含有天然植物染料的植物，所得的溶液進(jìn)行冷凍、真空冷凍干燥而得到粉末狀的天然植物染料。植物染料因其水溶性、穩(wěn)定性、與植物結(jié)合的緊密度等因素的不同其提取工藝條件會有所差異?？偟膩碚f具體的提取方法和工藝條件為(1)萃取用水萃取，水與天然植物的重量比為1∶5～15；萃取溫度40～90℃；萃取時間20～60min；萃取次數(shù)1～3次，萃取液合并待用。
(2)預(yù)冷凍冷凍溫度-20～-50℃；冷凍時間1～5h。
(3)真空冷凍干燥冷凍溫度-45～-55℃；真空度10～20Pa；時間15～25h。
經(jīng)過上述方法操作，得到粉末狀的植物染料。
在實(shí)踐中，如下的提取工藝條件效果比較好(1)萃取水與天然植物的重量比為1∶9～11；萃取溫度55～75℃；萃取時間30～50min；萃取次數(shù)2次；(2)預(yù)冷凍冷凍溫度-35～-45℃；冷凍時間2～3h；(3)真空冷凍干燥冷凍溫度-45～-50℃；真空度18～20Pa；時間18～20h。
預(yù)冷凍后提取物最好盡快地進(jìn)行真空冷凍干燥。
本發(fā)明將制得的天然植物染料進(jìn)行了如下的測試和實(shí)驗(yàn)，并得出結(jié)論I.粉末染料的溶解性將制得的天然植物染料進(jìn)行在20℃，30℃，40℃，50℃，60℃等不同溫度條件下的溶解性試驗(yàn)。其結(jié)果是所有測試染料都溶解于水，而且隨著溫度的升高，其溶解性越來越好。
II.染料的儲存性將同樣重量的用本發(fā)明所得天然植物染料和用傳統(tǒng)方法所得天然植物染料在同一條件下放置1個月，定期觀察其外觀變化。其結(jié)果是本發(fā)明所得天然植物染料沒有任何變化；而傳統(tǒng)法提取的染液，第五天就開始發(fā)霉且有異味，不利于儲存。
III.染色重現(xiàn)性在其它條件不變的前提下，調(diào)整染液濃度、染色溫度、處理時間以及浴比，對6塊重量相等、大小相同的棉針織布樣進(jìn)行了染色重現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)，重現(xiàn)率可達(dá)到100％；而傳統(tǒng)法提取的染液染色，其重現(xiàn)性較差，重現(xiàn)率不足85％。
真空冷凍干燥技術(shù)，屬升華干燥，是將含水物料預(yù)先凍結(jié)，然后使之在真空狀態(tài)下升華的一種方法。經(jīng)冷凍干燥的物品，其原有的生物、化學(xué)特性基本不變，易于長期保存，加水后能恢復(fù)到凍干前的形態(tài)，并且能保持原有的生化特性。利用此技術(shù)提取天然植物染料，可以解決傳統(tǒng)提取法遇到的諸多難以解決的問題。由于所提取的固態(tài)染料粉末易于量化使用，同時利于存儲，減少浪費(fèi)，因此它能使天然染料的染色工藝更加規(guī)范化、簡便化，以此大大提高染色重現(xiàn)性。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明突出的特點(diǎn)是1.可以制得粉末狀產(chǎn)品，且不破壞天然植物染料的原有生化性；2.解決了現(xiàn)有技術(shù)提取的天然植物染液染色重現(xiàn)性差的難題，提高植物染料染色重現(xiàn)性；3，解決了現(xiàn)有技術(shù)提取的天然植物染液無法保存的難題，使得天然植物染料可以長期保存。本發(fā)明使用上述法提取的黃柏染料粉末對棉織物進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，主要探討了染液濃度、上染溫度、處理時間，浴比等工藝參數(shù)對染色重現(xiàn)性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，該方法可大大提高植物染料的染色重現(xiàn)性。
以下用實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
具體實(shí)施例方式
實(shí)例一黃柏植物染料的提取及染色1.黃柏植物染料的提取1.1把100克黃柏染材放入盛有1000ml蒸餾水的燒杯內(nèi)，在70℃下萃取40分鐘后倒出染液，并重復(fù)萃取兩次。將上述液體收集混合并過濾兩次，濾液待用；1.2預(yù)冷凍把上述萃取染液置于DTY-1SL小型冷凍干燥機(jī)(北京德天佑科技發(fā)展有限公司)的物料托盤上，然后把它放入-40℃的低溫冰箱中預(yù)凍3小時；1.3真空冷凍干燥將預(yù)凍好的物料從低溫冰箱中取出，迅速裝上托盤架，放置好后，罩上有機(jī)玻璃罩，并連接真空態(tài)冷阱內(nèi)部開始凍干工作。此時真空度為20Pa，冷阱溫度為-45℃，經(jīng)過20小時得到3克染料粉末。
2黃柏染料的溶解性和儲存性2.1粉末染料的溶解性經(jīng)過對20℃，30℃，40℃，50℃，60℃等不同溫度進(jìn)行其溶解性試驗(yàn)結(jié)果，所有測試染料都溶解于水，而且隨著溫度的升高，其溶解性越來越好。表明通過真空冷凍干燥法提取的粉末染料其原有生化特性沒有改變，絲毫不影響染料的染色工藝。
2.2染料的儲存性把上述提取的2g粉末狀黃柏染料和傳統(tǒng)法萃取的50mL染液分別放入100mL燒杯內(nèi)，并放置1個月，定期觀察其外觀變化。
表1不同法提取的染料儲存性比較

從表1可看出，通過真空冷凍干燥法提取的染料隨放置時間的增加，沒有帶來任何變化；而傳統(tǒng)法提取的染液，第五天就開始發(fā)霉且有異味，不利于儲存。
3粉末狀黃柏染料的染色與傳統(tǒng)萃取法染色工藝效果的對比3.1配制染液稱取不同質(zhì)量的黃柏染料粉末分別加入等量蒸餾水中，配制成不同濃度的待用染液。
3.2染色工藝3.2.1粉末提取法染色重現(xiàn)性工藝稱取3g粉末狀黃柏染料→配制不同濃度的染液→把6塊相同布樣分別放入上述染液→染色→水洗→烘干→測ΔE值，
染色條件50～80℃×20～30min，水洗條件30～50℃×5～10min，烘干條件80～110℃×3～5min，3.2.2傳統(tǒng)萃取法染色重現(xiàn)性工藝稱取500g黃柏中藥材→加水加熱萃取→配制不同濃度的染液→把6塊相同布樣放入上述染液→染色→水洗→烘干→測ΔE值染色、水洗、烘干條件同3.2.1工藝4染液濃度、染色溫度、處理時間以及浴比對重現(xiàn)性的影響4.1上染率評價天然植物染料不同于合成染料，它由多種成分組成，直接關(guān)系到每個布樣的明度，純度以及色光。為了更科學(xué)地檢測該方法染色后的重現(xiàn)性，我們從染色后布樣顏色的色光、色相及明度等指標(biāo)考慮，本實(shí)驗(yàn)采用符合CIE1976標(biāo)準(zhǔn)的D65光源的全自動色差計，利用GSB A67002-86陶瓷標(biāo)準(zhǔn)白板作為白度、色度測量用的定標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，以未經(jīng)染色處理的實(shí)驗(yàn)用空白布樣作為參比試樣，對染色布樣的ΔE值進(jìn)行了對比測試。ΔE值代表色差大小(均是染色試樣與空白樣相比較)4.2染色重現(xiàn)性評價在其它條件不變的前提下，調(diào)整染液濃度、染色溫度、處理時間以及浴比，對6塊重量相等(0.8g)、大小相同(4cm×4cm)的棉針織布樣進(jìn)行了染色重現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)。染色重現(xiàn)性由重現(xiàn)率評價，計算方法如下重現(xiàn)率＝達(dá)到目標(biāo)值的樣品個數(shù)/樣品總數(shù)×100％目標(biāo)樣品試樣色差值ΔE分布密度集中(ΔE±0.5)的樣品5染色工藝對重現(xiàn)性的影響5.1粉末提取法表2染液濃度與染色重現(xiàn)效果(色差值ΔE)

表3染色溫度與染色重現(xiàn)效果(色差值ΔE)

表4處理時間與重現(xiàn)效果(色差值ΔE)

表5染色浴比與重現(xiàn)效果(色差值ΔE)

綜合上述數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，利用粉末提取技術(shù)制備天然染料，由于易于稱重，操作規(guī)范，且穩(wěn)定性好，因此，可大大提高染色重現(xiàn)性，其最大色差值波動范圍不超過±0.5，重現(xiàn)率可達(dá)到100％。
5.2傳統(tǒng)萃取法表6染液濃度與染色重現(xiàn)效果(色差值ΔE)

表7染色溫度與染色重現(xiàn)效果(色差值ΔE)

表8處理時間與重現(xiàn)效果(色差值ΔE)

表9染色浴比與重現(xiàn)效果(色差值ΔE)

上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，利用傳統(tǒng)萃取染液染色，其重現(xiàn)性較差，重現(xiàn)率不足85％。
實(shí)例二蘇木植物染料的提取按照實(shí)例1的方法，對蘇木植物染料進(jìn)行了提取100g蘇木加550g水，60～80℃萃取50min，共3次，濾液合并；-25～-30℃預(yù)冷5h；-45～-50℃，18～20Pa下進(jìn)行25h真空冷凍干燥，得3g粉末蘇木染料。
染色重現(xiàn)性的實(shí)驗(yàn)。實(shí)際結(jié)果表明，經(jīng)蘇木粉末染料染色的織物染色重現(xiàn)性高達(dá)100％，而經(jīng)傳統(tǒng)法染色的織物染色重現(xiàn)性不足85％。
實(shí)例三五倍子植物染料的提取按照實(shí)例1的方法，對五倍子植物染料進(jìn)行了提取100g五倍子加1350g水，65～70℃萃取50min，共2次，濾液合并；-35～-45℃預(yù)冷4h；-50～-55℃，18～20Pa下進(jìn)行20h真空冷凍干燥，得3.5g粉末五倍子染料。
進(jìn)行了染色重現(xiàn)性的實(shí)驗(yàn)。實(shí)際結(jié)果表明，經(jīng)五倍子粉末染料染色的織物染色重現(xiàn)性高達(dá)100％，而經(jīng)傳統(tǒng)法染色的織物染色重現(xiàn)性不足85％。
實(shí)例四茜草植物染料的提取按照實(shí)例1的方法，對茜草植物染料進(jìn)行了提取100g茜草加1050g水，65～70℃萃取50min，共2次，濾液合并；-42～-45℃預(yù)冷5h；-50℃，18～20Pa下進(jìn)行24h真空冷凍干燥，得3.0g粉末茜草染料。
染色重現(xiàn)性的實(shí)驗(yàn)。實(shí)際結(jié)果表明，經(jīng)茜草粉末染料染色的織物染色重現(xiàn)性高達(dá)100％，而經(jīng)傳統(tǒng)法染色的織物染色重現(xiàn)性不足85％。
實(shí)例五紅花植物染料的提取按照實(shí)例1的方法，對紅花植物染料進(jìn)行提取100g紅花加950g水，55～57℃萃取50min，共2次，濾液合并；-35～-40℃預(yù)冷3h；-47～-50℃，18～20Pa下進(jìn)行24h真空冷凍干燥，得3.0g粉末紅花染料。
染色重現(xiàn)性的實(shí)驗(yàn)。實(shí)際結(jié)果表明，經(jīng)紅花粉末染料染色的織物染色重現(xiàn)性高達(dá)100％，而經(jīng)傳統(tǒng)法染色的織物染色重現(xiàn)性不足85％。
權(quán)利要求
1.天然植物染料的提取方法，其特征在于含有染料的植物經(jīng)水萃取、真空冷凍干燥的方法獲取粉末狀天然植物染料；其工藝方法為(1)萃取用水萃取，水與天然植物的重量比為1∶5～15；萃取溫度40～90℃；萃取時間20～60min；萃取次數(shù)1～3次，萃取液合并待用；(2)預(yù)冷凍冷凍溫度-20～-50℃；冷凍時間1～5h；(3)真空冷凍干燥冷凍溫度-45～-55℃；真空度10～20Pa；時間15～25h。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然植物染料的提取方法，其特征在于所述的工藝方法為(1)萃取水與天然植物的重量比為1∶9～11；萃取溫度55～75℃；萃取時間30～50min；萃取次數(shù)2次；(2)預(yù)冷凍冷凍溫度-35～-45℃；冷凍時間2～3h；(3)真空冷凍干燥冷凍溫度-45～-50℃；真空度18～20Pa；時間18～20h。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的天然植物染料的提取方法，其特征在于所述萃取步驟中萃取液是在萃取完畢用過濾法將濾渣除去而得。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的天然植物染料的提取方法，其特征在于所述預(yù)冷凍結(jié)束立即進(jìn)行真空冷凍干燥。
全文摘要
一種天然植物染料的提取方法，是用含有染料的植物經(jīng)水萃取、真空冷凍干燥的方法獲取粉末狀天然植物染料；其工藝方法為(1)萃取水與植物重量比為1∶5～15；萃取溫度40～90℃；萃取時間20～60min；萃取次數(shù)1～3次，萃取液合并。(2)預(yù)冷凍溫度－20～－50℃；時間1～5h。(3)真空冷凍干燥溫度－45～－55℃；真空度10～20Pa；時間15～25h。本發(fā)明突出的特點(diǎn)是1.制得粉末狀產(chǎn)品，且不破壞天然植物染料的原有生化性；2.解決了現(xiàn)有技術(shù)提取的天然植物染液染色重現(xiàn)性差的難題，提高植物染料染色重現(xiàn)性；3.解決了天然植物染液無法保存的難題，天然植物染料可以長期保存。
文檔編號C09B61/00GK101037543SQ200710011118
公開日2007年9月19日 申請日期2007年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月26日
發(fā)明者崔永珠 申請人:大連輕工業(yè)學(xué)院