专利名称：天然植物染料的真空冷冻干燥提取法的制作方法
技术领域：
本发明涉及由天然原料制备的天然来源的染料。其制备工艺中仅用水制成溶液，而后进行干燥的方法提取粉末状产品。
背景技术：
天然植物染料无毒，生态，色泽柔和、自然而有特色，而且它具有良好的环境相容性和药物保健性能，有着广阔的发展前景。从目前天然植物染料的染色工艺来看，大部分通过水或溶剂经过加热萃取染料，而把染液直接用于纺织品的染色([1]贾呐，龚建培.常见植物染料黄色系的色素提取及染色，染整技术[J]，2006，第28卷(3)24-27；[2]中国发明专利公开号CN 1204667，一种毯类用天然植物正黄色素及其制备和使用方法)。此方法有如下缺点，①染料部分受热分解，稳定性差②天然植物染料的升华特性受到破坏③易腐烂，不宜储存④染色重现性难以掌握([3]余静，贾丽霞.天然染料应用的现状与发展，新纺织[J]，2005(4)26-28)。就拿黄柏来说，天然植物黄柏因受地理环境、气候、季节等条件的影响，其树皮中所含小檗碱的含量将有所不同，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响非常大，这使得即使同一株植物因采摘时间不同植物中所含色素量也会不尽相同，用来染织物的重现性可想而知。再者，由于天然植物染料中有部分色素不稳定，在不同的实验条件下进行重复性实验时也有可能出现较明显的色差，现实应用中基本上是每次都要重新萃取、过滤，而造成每次的色素含量不能量化，也就更是重现性难以实现了。
目前，缺乏成熟的提取天然植物染料的方法和质量稳定、性能优良的天然植物染料产品。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明旨在提供一种有效、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质量稳定、性能优良。
许多天然植物含有色素，可以利用其作为染料。本发明所述的天然植物染料从包括所有的含有染料的植物的叶、花、果实、茎、杆、枝、根、种子、皮等、天然植物部分组合或全枝中提取的染料。例如黄柏、桤子、五倍子、红花、茜草、苏木、紫草、靛蓝等天然植物染料都是从这类植物的不同部位提取出来的。
本发明的技术方案是以水萃取含有天然植物染料的植物，所得的溶液进行冷冻、真空冷冻干燥而得到粉末状的天然植物染料。植物染料因其水溶性、稳定性、与植物结合的紧密度等因素的不同其提取工艺条件会有所差异。总的来说具体的提取方法和工艺条件为(1)萃取用水萃取，水与天然植物的重量比为1∶5～15；萃取温度40～90℃；萃取时间20～60min；萃取次数1～3次，萃取液合并待用。
(2)预冷冻冷冻温度-20～-50℃；冷冻时间1～5h。
(3)真空冷冻干燥冷冻温度-45～-55℃；真空度10～20Pa；时间15～25h。
经过上述方法操作，得到粉末状的植物染料。
在实践中，如下的提取工艺条件效果比较好(1)萃取水与天然植物的重量比为1∶9～11；萃取温度55～75℃；萃取时间30～50min；萃取次数2次；(2)预冷冻冷冻温度-35～-45℃；冷冻时间2～3h；(3)真空冷冻干燥冷冻温度-45～-50℃；真空度18～20Pa；时间18～20h。
预冷冻后提取物最好尽快地进行真空冷冻干燥。
本发明将制得的天然植物染料进行了如下的测试和实验，并得出结论I.粉末染料的溶解性将制得的天然植物染料进行在20℃，30℃，40℃，50℃，60℃等不同温度条件下的溶解性试验。其结果是所有测试染料都溶解于水，而且随着温度的升高，其溶解性越来越好。
II.染料的储存性将同样重量的用本发明所得天然植物染料和用传统方法所得天然植物染料在同一条件下放置1个月，定期观察其外观变化。其结果是本发明所得天然植物染料没有任何变化；而传统法提取的染液，第五天就开始发霉且有异味，不利于储存。
III.染色重现性在其它条件不变的前提下，调整染液浓度、染色温度、处理时间以及浴比，对6块重量相等、大小相同的棉针织布样进行了染色重现性实验，重现率可达到100％；而传统法提取的染液染色，其重现性较差，重现率不足85％。
真空冷冻干燥技术，属升华干燥，是将含水物料预先冻结，然后使之在真空状态下升华的一种方法。经冷冻干燥的物品，其原有的生物、化学特性基本不变，易于长期保存，加水后能恢复到冻干前的形态，并且能保持原有的生化特性。利用此技术提取天然植物染料，可以解决传统提取法遇到的诸多难以解决的问题。由于所提取的固态染料粉末易于量化使用，同时利于存储，减少浪费，因此它能使天然染料的染色工艺更加规范化、简便化，以此大大提高染色重现性。
与现有技术相比，本发明突出的特点是1.可以制得粉末状产品，且不破坏天然植物染料的原有生化性；2.解决了现有技术提取的天然植物染液染色重现性差的难题，提高植物染料染色重现性；3，解决了现有技术提取的天然植物染液无法保存的难题，使得天然植物染料可以长期保存。本发明使用上述法提取的黄柏染料粉末对棉织物进行了相关的实验，主要探讨了染液浓度、上染温度、处理时间，浴比等工艺参数对染色重现性的影响。实验结果证明，该方法可大大提高植物染料的染色重现性。
以下用实施例对本发明作进一步的说明。
具体实施例方式
实例一黄柏植物染料的提取及染色1.黄柏植物染料的提取1.1把100克黄柏染材放入盛有1000ml蒸馏水的烧杯内，在70℃下萃取40分钟后倒出染液，并重复萃取两次。将上述液体收集混合并过滤两次，滤液待用；1.2预冷冻把上述萃取染液置于DTY-1SL小型冷冻干燥机(北京德天佑科技发展有限公司)的物料托盘上，然后把它放入-40℃的低温冰箱中预冻3小时；1.3真空冷冻干燥将预冻好的物料从低温冰箱中取出，迅速装上托盘架，放置好后，罩上有机玻璃罩，并连接真空态冷阱内部开始冻干工作。此时真空度为20Pa，冷阱温度为-45℃，经过20小时得到3克染料粉末。
2黄柏染料的溶解性和储存性2.1粉末染料的溶解性经过对20℃，30℃，40℃，50℃，60℃等不同温度进行其溶解性试验结果，所有测试染料都溶解于水，而且随着温度的升高，其溶解性越来越好。表明通过真空冷冻干燥法提取的粉末染料其原有生化特性没有改变，丝毫不影响染料的染色工艺。
2.2染料的储存性把上述提取的2g粉末状黄柏染料和传统法萃取的50mL染液分别放入100mL烧杯内，并放置1个月，定期观察其外观变化。
表1不同法提取的染料储存性比较
从表1可看出，通过真空冷冻干燥法提取的染料随放置时间的增加，没有带来任何变化；而传统法提取的染液，第五天就开始发霉且有异味，不利于储存。
3粉末状黄柏染料的染色与传统萃取法染色工艺效果的对比3.1配制染液称取不同质量的黄柏染料粉末分别加入等量蒸馏水中，配制成不同浓度的待用染液。
3.2染色工艺3.2.1粉末提取法染色重现性工艺称取3g粉末状黄柏染料→配制不同浓度的染液→把6块相同布样分别放入上述染液→染色→水洗→烘干→测ΔE值，
染色条件50～80℃×20～30min，水洗条件30～50℃×5～10min，烘干条件80～110℃×3～5min，3.2.2传统萃取法染色重现性工艺称取500g黄柏中药材→加水加热萃取→配制不同浓度的染液→把6块相同布样放入上述染液→染色→水洗→烘干→测ΔE值染色、水洗、烘干条件同3.2.1工艺4染液浓度、染色温度、处理时间以及浴比对重现性的影响4.1上染率评价天然植物染料不同于合成染料，它由多种成分组成，直接关系到每个布样的明度，纯度以及色光。为了更科学地检测该方法染色后的重现性，我们从染色后布样颜色的色光、色相及明度等指标考虑，本实验采用符合CIE1976标准的D65光源的全自动色差计，利用GSB A67002-86陶瓷标准白板作为白度、色度测量用的定标标准，以未经染色处理的实验用空白布样作为参比试样，对染色布样的ΔE值进行了对比测试。ΔE值代表色差大小(均是染色试样与空白样相比较)4.2染色重现性评价在其它条件不变的前提下，调整染液浓度、染色温度、处理时间以及浴比，对6块重量相等(0.8g)、大小相同(4cm×4cm)的棉针织布样进行了染色重现性实验。染色重现性由重现率评价，计算方法如下重现率＝达到目标值的样品个数/样品总数×100％目标样品试样色差值ΔE分布密度集中(ΔE±0.5)的样品5染色工艺对重现性的影响5.1粉末提取法表2染液浓度与染色重现效果(色差值ΔE)
表3染色温度与染色重现效果(色差值ΔE)
表4处理时间与重现效果(色差值ΔE)
表5染色浴比与重现效果(色差值ΔE)
综合上述数据和实验结果，利用粉末提取技术制备天然染料，由于易于称重，操作规范，且稳定性好，因此，可大大提高染色重现性，其最大色差值波动范围不超过±0.5，重现率可达到100％。
5.2传统萃取法表6染液浓度与染色重现效果(色差值ΔE)
表7染色温度与染色重现效果(色差值ΔE)
表8处理时间与重现效果(色差值ΔE)
表9染色浴比与重现效果(色差值ΔE)
上述实验结果证明，利用传统萃取染液染色，其重现性较差，重现率不足85％。
实例二苏木植物染料的提取按照实例1的方法，对苏木植物染料进行了提取100g苏木加550g水，60～80℃萃取50min，共3次，滤液合并；-25～-30℃预冷5h；-45～-50℃，18～20Pa下进行25h真空冷冻干燥，得3g粉末苏木染料。
染色重现性的实验。实际结果表明，经苏木粉末染料染色的织物染色重现性高达100％，而经传统法染色的织物染色重现性不足85％。
实例三五倍子植物染料的提取按照实例1的方法，对五倍子植物染料进行了提取100g五倍子加1350g水，65～70℃萃取50min，共2次，滤液合并；-35～-45℃预冷4h；-50～-55℃，18～20Pa下进行20h真空冷冻干燥，得3.5g粉末五倍子染料。
进行了染色重现性的实验。实际结果表明，经五倍子粉末染料染色的织物染色重现性高达100％，而经传统法染色的织物染色重现性不足85％。
实例四茜草植物染料的提取按照实例1的方法，对茜草植物染料进行了提取100g茜草加1050g水，65～70℃萃取50min，共2次，滤液合并；-42～-45℃预冷5h；-50℃，18～20Pa下进行24h真空冷冻干燥，得3.0g粉末茜草染料。
染色重现性的实验。实际结果表明，经茜草粉末染料染色的织物染色重现性高达100％，而经传统法染色的织物染色重现性不足85％。
实例五红花植物染料的提取按照实例1的方法，对红花植物染料进行提取100g红花加950g水，55～57℃萃取50min，共2次，滤液合并；-35～-40℃预冷3h；-47～-50℃，18～20Pa下进行24h真空冷冻干燥，得3.0g粉末红花染料。
染色重现性的实验。实际结果表明，经红花粉末染料染色的织物染色重现性高达100％，而经传统法染色的织物染色重现性不足85％。
权利要求
1.天然植物染料的提取方法，其特征在于含有染料的植物经水萃取、真空冷冻干燥的方法获取粉末状天然植物染料；其工艺方法为(1)萃取用水萃取，水与天然植物的重量比为1∶5～15；萃取温度40～90℃；萃取时间20～60min；萃取次数1～3次，萃取液合并待用；(2)预冷冻冷冻温度-20～-50℃；冷冻时间1～5h；(3)真空冷冻干燥冷冻温度-45～-55℃；真空度10～20Pa；时间15～25h。
2.根据权利要求1所述的天然植物染料的提取方法，其特征在于所述的工艺方法为(1)萃取水与天然植物的重量比为1∶9～11；萃取温度55～75℃；萃取时间30～50min；萃取次数2次；(2)预冷冻冷冻温度-35～-45℃；冷冻时间2～3h；(3)真空冷冻干燥冷冻温度-45～-50℃；真空度18～20Pa；时间18～20h。
3.根据权利要求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骤中萃取液是在萃取完毕用过滤法将滤渣除去而得。
4.根据权利要求1或2所述的天然植物染料的提取方法，其特征在于所述预冷冻结束立即进行真空冷冻干燥。
全文摘要
一种天然植物染料的提取方法，是用含有染料的植物经水萃取、真空冷冻干燥的方法获取粉末状天然植物染料；其工艺方法为(1)萃取水与植物重量比为1∶5～15；萃取温度40～90℃；萃取时间20～60min；萃取次数1～3次，萃取液合并。(2)预冷冻温度－20～－50℃；时间1～5h。(3)真空冷冻干燥温度－45～－55℃；真空度10～20Pa；时间15～25h。本发明突出的特点是1.制得粉末状产品，且不破坏天然植物染料的原有生化性；2.解决了现有技术提取的天然植物染液染色重现性差的难题，提高植物染料染色重现性；3.解决了天然植物染液无法保存的难题，天然植物染料可以长期保存。
文档编号C09B61/00GK101037543SQ200710011118
公开日2007年9月19日 申请日期2007年4月26日 优先权日2007年4月26日
发明者崔永珠 申请人:大连轻工业学院