植物染料提取的溶剂萃取法及影响因素

溶剂萃取法是天然染料最常用的提取方法之一。植物染料的有效色素存在于植物的根、茎、叶、果中，大部分可溶于水或极性小的有机溶剂，故可使用溶剂萃取法进行提取分离。具体提取方法有浸渍法、渗滤法、煎煮法、回流提取法和连续回流提取法等。所用溶剂一般为水或亲水性强、来源广泛、无毒的有机溶剂乙醇、稀酸、稀碱等提取水溶性色素，采用己烷、二氯甲烷、石油醚、碱性水溶液提取脂溶性色素。溶剂必须来源广泛、沸点适当，利于回收再利用，对需要溶出的溶质的溶解度高，对其他成分溶解度低。此法工艺简单、设备投资小、技术易掌握、适用范围广。利用溶剂提取法提取染料过程中，提取剂浓度、温度、时间、酸碱度等因素对提取效果影响极大。只有正确使用提取剂，合理调节温度、时间、酸碱度才能充分地将色素从染材中提取出来，使提取的染料达到染色要求。可以采用溶剂萃取法提取的染料很多，本书收录的染料采用溶剂萃取法的最佳工艺条件见附录一。

（1）水煮法提取染液的工艺流程：

植物材料→粉碎→浸泡→煮沸→过滤→滤液

（2）溶剂萃取法提取染液的工艺流程：

植物材料→粉碎→提取剂溶液中浸泡→倒出溶液（染液）→滤渣再次浸渍提取→合并两次滤液（染液）

本文以水浸提取紫叶酢浆草染料和乙醇溶剂萃取红王子锦带花染料的工艺研究为例，来阐述溶剂法提取天然染料的应用。

（一）水浸法提取紫叶酢浆草天然染料

紫叶酢浆草别名红叶酢浆草、三角紫叶酢浆草。为酢浆草科多年生宿根草本植物，在我国资源日渐丰富。其叶多呈紫红色，含有丰富的天然红色素，是极具开发前景的天然色素资源，而且全草可入药，在食品、化妆品、医药领域有着巨大的应用潜力。目前并没有其作为天然染料的研究报道。本文利用古老和传统的水煮法提取紫叶酢浆草染液的研究，旨在开发紫叶酢浆草功能性染料，拓宽紫叶酢浆草提染料的市场开发领域。

1.试验设计

（1）材料、药品与仪器。

①材料。紫叶酢浆草（采自辽东学院农学院园艺试验站），真丝电力纺[克重43g/m2，达利（中国）有限公司]。

②药品：盐酸，氢氧化钠，明矾（以上均为分析纯）。

③仪器。高速万能粉碎机（上海艾牧生物科技有限公司）；SL-302N电子天平（上海民桥精密科学仪器有限公司）；DZKW-C电子恒温水浴锅（北京光明医疗仪器厂）；722N型分光光度计、PHBJ-260便携式pH计（上海精密科学仪器有限公司）；Y571B耐摩擦色牢度测试仪（温州纺织仪器厂）；DHG-9123A型电热恒温鼓风干燥箱（上海精宏实验设备有限公司）；耐洗色牢度试验机SW-12A（无锡纺织仪器厂）；Color-Eye3100型测色配色仪（理宝科学器材有限公司）；SOT2-24振荡染色机（香港东成染色机械厂有限公司）。

（2）试验方法。采用水煮提取法，称取一定重量粉碎的新鲜的红莲子草茎叶，按一定的料液比在不同条件下提取，冷却、室温静置15min，得染料，重复2次，合并提取液，其提取的原液浓度设为A。测定提取液染色真丝的K/S值，用于确定最佳工艺参数。

（3）结果与分析。

①提取温度的确定。提取时料液比定为1:30，分别在20℃、40℃、60℃、80℃、100℃提取60min，提取2次，将提取液合并。提取液用于染色真丝，染色条件为浴比1:30，染液浓度0.8A, pH为4，温度80℃，染色60min；后媒染时间30min，媒染温度70℃，媒染剂明矾用量为7%（owf），浴比为1:30。测定提取液染色真丝的K/S值，用于确定提取液提取温度对染液染色效果的影响，结果如表3-1所示，被染真丝的K/S值随温度的升高而增大，80℃以后提升不大。所以提取温度定为80℃。

表3-1　提取温度对染色样品K/S值的影响

②提取时间对染色效果的影响。提取时料液比定为1:30，80℃分别在20min、40min、60min、80min、100min提取2次，合并提取液。提取液用于染色真丝，通过K/S值的变化确定适合的提取时间。染色条件为浴比1:30，染液浓度0.8A, pH为4，温度80℃，染色时间60min；后媒染中，媒染剂明矾用量为7%（owf），浴比为1:30，媒染温度70℃，媒染时间30min。测定提取液染色真丝的K/S值，用于确定提取液提取时间对染液染色效果的影响，结果如表3-2所示，被染真丝的K/S值随时间的延长而增大，当时间延长至60min时真丝的K/S值变化极小，故提取时间为60min。

表3-2　提取时间对染色样品K/S值的影响

③料液比对染色效果的影响。提取时选取不同料液比为1:10、1:20、1:30、1:40、1:50在80℃提取60min，提取2次，将提取液合并。提取液用于染色真丝，通过K/S值的变化确定适合的料液比。染色条件为浴比1:30，染液浓度0.8A, pH为4，温度80℃，时间60min。后媒染中，媒染时间30min，媒染温度70℃，媒染剂明矾用量为7%（owf），浴比为1:30。结果如表3-3所示，料液比小，紫叶酢浆草染液的浓度相对较高，被染真丝的K/S值较高，但实际浸提操作困难，料液比增大紫叶酢浆草染液的质量浓度随之降低，被染真丝得色量降低，K/S值下降，考虑到染料的利用问题，最终将浸提料液比定为1:30。

表3-3　料液比对染色样品K/S值的影响(www.xing528.com)

（4）结论。综合上述实验结果，紫叶酢浆草染液优化工艺为：料液比1:30，提取温度80℃，提取时间为60min，提取2次，合并提取液。水煮法提取紫叶酢浆草染料，缩短了染料提取时间，降低了提取成本，对环境友好。

（二）溶剂萃取法提取红王子锦带花染料

红王子锦带花为忍冬科锦带花属落叶灌木，是近几年刚从美国引进的木本植物，在我国东北、华北地区广泛栽培，资源十分丰富，其花朵密集，花冠胭脂红色，艳丽悦目，不仅具有很高的观赏价值，还含有黄酮和黄酮苷类以及有机酸、烷烃、酚类等生理活性较强、药用广泛、疗效显著的化学成分。还可提取丰富的红色素，是良好的天然色素资源，可应用于日用化工、食品、制药业领域，而作为染料用于纺织品染色方面尚未有研究报道。为了更好地开发红王子锦带花资源，本研究从红王子锦带花中提取染料。测试了染料的稳定性，探讨了提取工艺，为其提取技术开发提供了参考依据，也为进一步丰富天然染料的色谱奠定基础。

1.试验设计

（1）材料、药品与仪器。

①试验材料：红王子锦带花（采自辽东学院校园内）

②试验药品：碳酸钠、冰醋酸（均为分析纯）

③仪器：高速万能粉碎机（上海艾牧生物科技有限公司）；SL-302N电子天平（上海民桥精密科学仪器有限公司）；DZKW-C电子恒温水浴锅（北京光明医疗仪器厂）；PHS-3C型pH计（上海伟业仪器厂）；722N型分光光度计（上海精密科学仪器有限公司）；DHG-9123A型电热恒温鼓风干燥箱（上海精宏实验设备有限公司）。

（2）红王子锦带花落叶染料的提取及稳定性检测。称取干燥的红王子锦带花瓣20g，粉碎后过250μm孔径的筛子，加40%己醇提取液600mL，在温度60℃浸提1h，再在滤渣中加入350mL40%己醇提取液，60℃浸提30min，过滤，合并2次提取液定容至1000mL，作为染液使用。浓度设为A。将少量提取液稀释至一定倍数，在400～600nm测定溶液吸收曲线，对其稳定性进行研究。

2.结果与讨论

（1）红王子锦带花染料的最大吸收波长。取1mL提取液，加蒸馏水稀释至10mL，在400～600nm测定溶液吸收曲线。结果如图3-1所示，染料最大吸收峰在510nm处，吸光度值0.573，提取液颜色为深红色。随后吸光度值随着波长增大呈递减趋势。

图3-1　红王子锦带花最大吸收波长

（2）红王子锦带花染料的稳定性。

①红王子锦带花染料耐热稳定性。染料热稳定性好坏是染色工艺参数的制定、染色织物的使用环境的重要参考因素。取5份2mL提取液，加20mL蒸馏水将其稀释。分别在室温（25℃）、40℃、60℃、80℃、100℃恒温水浴处理60min，取出冷却，测定吸光度值，计算色素的保存率，确定提取液耐热稳定性。结果如表3-4所示，染料超过80℃吸光度值明显减小，颜色由鲜艳的棕红色变为淡粉色，说明染料超过80℃受热时，其成分发生变化，因受热而分解和变色，保存率大幅度降低，因此，红王子锦带花染料适宜在80℃以下使用。

表3-4　温度对染料稳定性的影响

②红王子锦带花染料酸碱稳定性。取少量的提取液，加蒸馏水稀释至10倍，用0.1mol/L冰醋酸和0.1mol/L碳酸钠调节pH，放置1h，观察颜色的变化，测定吸光度值。结果如表3-5所示，酸性越强吸光度值增幅越大，颜色越红；在中性至碱性溶液染色明显发生变化，吸光度值降低，即色素耐酸稳定性好，耐碱稳定性较差。

表3-5　pH对染料稳定性的影响

3.结论

溶剂萃取法提取红王子锦带花染料方便快捷，不存在合成染料对环境的污染和对人体的危害，可用于纺织业的大规模工业化生产，可为开发天然染料提供技术依据，也为真正实现农业资源的高效循环利用提供依据。