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天然植物染料的发展及其应用
摘 要:赤橙黄绿青蓝紫,色彩给世界带来不一样的精彩,我们的生活也离不开染料。几百年前,古人已经开始用植物给物品染色。在环保意识日益加强的今天,植物染料的开发与应用已经成为科学家研究的热点之一。天然
图2
(4)花色素:天然花色素包括天然橙和天然蓝两种,天然橙可以从植物的花中提取,天然蓝是从根茎部提取。
(5)单宁类:大多数植物果实、果皮、树皮等枝干部分都有单宁类化合物,它与金属大多形成灰色、深棕色、黑色等金属络合物。红茶中含有大量单宁酸,单宁素具有杀菌消毒的药用价值,故被人们广泛应用。图3为单宁素的结构图。
图3
3 提取方法
水煮法
这是古代常用的提取方法,成本较低、无需高级设备。在古代,由于大部分植物染料溶于水,人们会把植物捣成渣,放入锅中煮沸,用于染色。但由于只依靠水的浸泡来提取色素,提取率不高,这种方法已经被人们弃用。
萃取法
天然染料的化学结构和它的性质密切相关,染料的性质又决定了它的提取方法。如上文所述的类胡萝卜素类的植物染料不易溶于水、但具有良好的亲油性,就可以用乙醇等成本较低的溶剂来萃取此类染料。这种方法的优点是成本低、操作简单、适用于大规模生产。但缺点是需要回收大量有机溶剂且溶剂对色素会产生一定影响。这种方法目前被广泛应用于生产市场中。 超声波提取法
超声波在溶液中会形成冲击波和微小辐射流,它可以激活反应分子大大提高反应活性[3]。将植物碎片和水在超声波反应器中粉碎,冷却后过滤出残渣,干燥滤液,从而制备染液。由于超声波穿透力强,所以它的提取率较高,制备出的染料也有较好的溶剂穿透力,可以更牢固的附着在纤维上。和传统提取方法相比,这种方法具有质量好、产量高、快速节能的优势。
超临界萃取法
超临界流体具有液体和气体双重特点,具有极强的溶解能力[4],它可以深入到提取材料的基质中,发挥极高的萃取能力。超临界萃取法的原理和有机溶剂萃取的原理基本相同,它大大简化了提取的工艺,同时具有速度快、效率高、污染小的特点,一定程度上规避了传统方法中效率低、污染大的缺点。近期,研究人员已经成功利用超临界技术提取叶绿素。
酶提取法
酶提取是用合适的酶,催化植物组织在温和条件下快速的进行分解,以此让色素化合物快速释放的一种方法。酶工程技术近年来飞速发展,是用于从天然植物中提取的有效方法。它绿色环保,使反应条件温和、有效成分理化性质稳定。此外,酶促反应还可以改变色素的化学结构,例如改变栀子黄中栀子苷的结构,制造出栀子红、栀子蓝等。
4 应用领域及前景
在上述讨论中,我们已经简述了植物染料等优势特点,根据这些特点和人们日益增长的需求,天然植物染料可以被应用于许多领域。
服装纺织业
天然植物染料与丝、棉等材质有良好的亲和性,染色效果好、色泽鲜艳、不易褪色。同时,某些具有杀菌消炎、活血化瘀药用价值的植物染料可以用于加工制造保健类服饰,满足当代人们追求健康环保的需求。在婴儿服装制备方面,由于新生儿皮肤娇嫩、易受刺激,所以在婴儿服装染色领域,天然植物染料成了人们的不二之选。由此可见,它的开发前景深远,必将成为未来服装领域的主力军。