从食品加工废料中提取天然染料的典型例子

所选示例的提取物质量在第19.5.1节中讨论,更详细的来源是洋葱皮(19.5.2)、坚果(19.5.3)、浆果(19.5.4)、葡萄渣(19.5.5)和茶渣(19.5.6)。

19.5.1提取物的色强

可通过与商业活性染料的比较来比较染料的提取量。在文献中,以活性红4 (Cibacron Brillant Red 3B-A, Ciba, Basel)为代表染料根据这种染料的吸光度,可以用植物材料提取物的吸光度来计算活性染料ceq的等效浓度,它在溶液中会显示相同的吸光度可根据式19.1计算:

表19.7浆果和葡萄:天然染料的筛选结果,选定的颜色和牢度特性以及性能合格/不合格的评估

原材料

植物的一部分

代表性的数据

通过/失败

底物

有腐蚀性的

颜色

L *

一个*

b *

低频

WF

黑色唐棣属灌木

浆果

浓缩的。汁

羊毛

_

玫瑰

46.22

+ 13.47

+ 6.25

2

4 - 5

Passf

黑莓

浆果

果渣

羊毛

-

米色

63.83

+ 5.28

+ 14.51

-

5

f

樱桃

樱桃

蒸馏器的清洗

羊毛

-

玫瑰

56.39

+ 6.43

+ 6.48

2

4 - 5

失败

酸樱桃

浆果

果渣

羊毛

米色

55.44

-0.56

+ 10.27

2

4 - 5

失败

树莓

浆果

果渣

羊毛

灰色

52.70

-2.02

+ 7.85

3.

4 - 5

通过

树莓

浆果

蒸馏器的清洗

羊毛

灰色

40.74

+ 1.86

+ 3.40

3 - 4

5

通过

浆果

果渣

羊毛

-

红棕色

54.36

+ 4.70

+ 5.29

2

4 - 5

通过*

浆果

蒸馏器的清洗

羊毛

-

玫瑰

37.13

+ 13.69

+ 8.66

2

3 - 4

Passf

浆果

浓缩的。汁

羊毛

艾尔

紫罗兰色的

41.60

+ 21.25

+ 3.27

3.

4

Passf

黑醋栗

浆果

果渣

羊毛

艾尔

灰色

53.92

-0.40

-4.08

2 - 3

5

通过

黑醋栗

浆果

浓缩的。汁

羊毛

艾尔

粉红色的

51.45

+ 14.94

+ 6.55

2 - 3

3 - 4

Passf

葡萄

浆果

果渣

羊毛

-

淡紫色

59.91

+ 6.76

+ 5.32

2

3 - 4

LF,耐光牢度;WF,耐水牢度。耐水牢度:1 =差;5 =优秀。耐光牢度:1 =差;8 =极好。*需要进一步研究,提高牢度。f模型测试,不是真正的浪费。

LF,耐光牢度;WF,耐水牢度。耐水牢度:1 =差;5 =优秀。耐光牢度:1 =差;8 =极好。*需要进一步研究,提高牢度。f模型测试,不是真正的浪费。

表19.8蔬菜:天然染料的筛选结果,选定的颜色和牢度性能以及性能合格/不合格的评估

原材料

植物的一部分

代表性的数据

红球甘蓝

的叶子

水果

蓝色的土豆

土豆

豆子

作物

豌豆

作物

洋葱

菠菜

植物

胡萝卜

植物

黑色胡萝卜

作物

甜菜根

作物

大黄

浓缩的。汁农业

代表性的数据

底物

有腐蚀性的

颜色

L *

一个*

b *

低频

WF

羊毛

橄榄

47.66

-1.68

+ 11.61

2 - 3

5

通过* f

羊毛

米色

72.91

+ 3.27

-0.77

2

-

Failf

羊毛

米色

78.28

+ 3.33

+ 13.67

3.

4

Failf

羊毛

棕色(的)

68.48

+ 4.81

+ 25.05

4

-

Failf

羊毛

-

橙色

52.96

+ 16.17

+ 46.58

3.

4 - 5

通过

羊毛

艾尔

淡黄色

84.31

-5.63

+ 28.34

1 - 2

4 - 5

Failf

羊毛

米色

67.51

+ 5.30

+ 25.98

2 - 3

-

Failf

羊毛

艾尔

紫罗兰色的

44.92

+ 22.85

+ 1.67

3.

4

Passf

羊毛

-

红色的

47.80

+ 25.69

+ 14.64

1

4 - 5

通过* f

羊毛

橄榄

28.99

-0.29

+ 19.75

2 - 3

5

Passf

废物

浓缩的。汁农业

LF,耐光牢度;WF,耐水牢度。*需要进一步研究,提高牢度。f模型测试,不是真正的浪费。

表19.9茶叶、水果和坚果:天然染料的筛选结果、选定的颜色和牢度特性以及性能合格/不合格的评估

部分植物来源

代表性的数据

通过/失败

表19.9茶叶、水果和坚果:天然染料的筛选结果、选定的颜色和牢度特性以及性能合格/不合格的评估

部分植物来源

代表性的数据

通过/失败

材料

底物

有腐蚀性的

颜色

L *

一个*

b *

低频

WF

胡桃木

绿色的壳

绿坚果加工

羊毛

艾尔

棕色(的)

43.28

+ 9.59

+ 17.62

4

3 - 4

通过

胡桃木

布朗壳

的处理

羊毛

-

米色

68.65

+ 3.67

+ 17.35

3 - 4

4 - 5

通过

胡桃木

胡桃木

年轻的拍摄

-

羊毛

米色

52.29

-0.57

+ 7.53

3 - 4

4

通过

叶子

冰茶中的渣渣

羊毛

-

米色

64.94

+ 4.13

+ 18.12

3.

5

通过

蜀葵

味蕾

-

羊毛

绿色

29.48

-1.87

+ 2.16

2 - 3

4 - 5

Passf

伏牛花

分支,根

-

羊毛

艾尔

黄色的

79.97

-8.25

+ 43.37

1

4

Failf

石榴

-

羊毛

艾尔

黄色的

66.88

+ 0.98

+ 40.55

1

4 - 5

通过*

LF,耐光牢度;WF,耐水牢度。*需要进一步研究,提高牢度。f模型测试,不是真正的浪费。

LF,耐光牢度;WF,耐水牢度。*需要进一步研究,提高牢度。f模型测试,不是真正的浪费。

其中ceq是活性红4的等效浓度(单位为g/L), Eextr是提取物的吸光度,eRR4是商业活性红4的消光系数(9.7 L/cm g, L = 508 nm), d是比色皿的路径长度(单位为cm)。

表19.10给出了从不同材料中获得的等效浓度ceq——以每1升提取物中活性红4染料的质量(g)计算。根据提取所用材料的不同,不同样品在提取过程中获得的最大吸光度范围为0.7(葡萄)至28.1(大黄),这对应于染料浓度ceq为0.62-2.9 g/L(按商业活性染料计算)。1公斤植物材料与商业活性染料Cibacron亮红3B-A之间的理论当量也显示在表19.10中。如果染料在织物基材上的固结程度相当,就可以计算出与商业活性染料在色强上的等效性。提取1公斤植物废料,得到含有天然染料的溶液,相当于0.62-57.9克的商业活性红4。这些数值表明了该提取物作为天然染料来源的巨大应用潜力。

19.5.2类黄酮染料——洋葱皮(葱皮)

洋葱皮,尤其是红洋葱皮,在国内被广泛用于鸡蛋着色,但也适用于纺织品染色。洋葱最外层的干纸皮含有不同的着色物质。除了类黄酮染料,例如槲皮素,其葡萄糖苷和香槟醇,提取物还含有单宁(见图19.4槲皮素的结构)。2,50由表19.10所示,萃取物的高吸光度表明洋葱皮具有显著的显色潜力;1公斤干

表19.10染料提取:用1:20液比提取时获得的最大吸光度E,出色率计算为商业活性染料ceq的当量浓度和商业活性染料活性红4的当量质量meq,相当于提取1kg植物残渣

表19.10染料提取:用1:20液比提取时获得的最大吸光度E,出色率计算为商业活性染料ceq的当量浓度和商业活性染料活性红4的当量质量meq,相当于提取1kg植物残渣

物理状态

染料组分的主要类别

(克/升)

微地震(克/公斤)

树莓

果渣

固体

花色素类

2.25 (437)

0.23

4.7

黑老

果渣

固体

花色素类

1.05 (523)

0.11

2.2

黑醋栗

果渣

固体

花色素类

1.15 (519)

0.12

2.4

葡萄

果渣

固体

花色素类

0.7 (519)

0.07

1.4

洋葱

固体

类黄酮

15.5 (450)

1.60

32.0

大黄

固体

蒽醌

28.1 (405)

2.90

57.9

红茶

果渣

固体

丹宁酸

1.56

0.16

3.2

图19.4以槲皮素为代表的类黄酮染料的结构。

一个洋葱皮相当于32克的活性染料。奥地利每年收获的洋葱量约为10万吨51,其中10%是红皮洋葱。20,51洋葱在处理过程中会失去最外层的纸质皮,或者在最终使用前去皮。传统上,果皮是被收集起来的废物,然后被释放到农场堆肥(K. Wais, Karl Wais GmbH(大型蔬菜销售公司,个人沟通,2005).20因此,这种材料数量可观,价格低廉。洋葱皮的低比重可能需要压缩以降低运输体积。染色实验表明,根据衬底、媒染剂和染色技术的不同,橙色/棕色/橄榄色的颜色种类繁多。衬底对色度和牢度的影响在表19.11中可以更清楚地看到。

在所示的所有类型媒染剂中,羊毛和聚酰胺上的染料颜色较深,而纤维素纤维(亚麻)上的染料颜色较浅。对所有三种类型的纤维都证明了通过改变媒染剂来改变染色色度的可能性。用明矾媒染剂会产生橙色,而加入铁2+/3+盐会使颜色变为橄榄色。以洋葱皮为例,使用铁质媒染剂可使耐光牢度至少提高一个标记。水牢度几乎不取决于衬底的类型,但在亚麻上,直接染色和明矾媒染剂的光牢度显著降低,从3到1-2。因此,当使用铁媒染剂时,只建议将洋葱皮提取物用于纤维素纺织品。

19.5.3萘醌染料——坚果(胡桃)在颜色指数(C.I.)中,从核桃中提取的天然染料被确定为C.I.天然棕色7。自中世纪以来,核桃(Juglans Regia L.)已被广泛用于染色纺织品和头发。一些现存的最古老的食谱被收集在Innsbrucker Handschrift中,这是1330年在蒂罗尔写的,现在可以在Innsbrucker大学的图书馆里看到。52树种是在耶稣诞生100年前从亚洲进口的。Marcus Terentius Varro将核桃带到意大利,在那里重新种植。2,53传统的绿色贝壳和年轻的叶子用于染色目的,在羊毛上得到米色到棕色的阴影,

表19.11洋葱皮——不同基质上的代表性染料;基材对颜色和牢度的影响

底物

有腐蚀性的

颜色

L *

一个*

b *

低频

WF

羊毛

-

橙色

49.53

+ 19.29

+ 33.06

3.

4

聚酰胺

-

棕色(的)

48.64

+ 13.91

+ 33.64

3.

4 - 5

亚麻

-

棕色(的)

68.02

+ 8.14

+ 22.73

1 - 2

4

羊毛

艾尔

橙色

52.96

+ 16.17

+ 46.58

3.

4 - 5

聚酰胺

艾尔

橙色

54.10

+ 15.53

+ 54.90

3.

4 - 5

亚麻

艾尔

橙色

62.73

+ 11.20

+ 54.49

1 - 2

5

羊毛

橄榄

35.57

+ 0.28

+ 12.44

4

3 - 4

聚酰胺

橄榄

29.66

+ 4.57

+ 18.49

4

4 - 5

亚麻

橄榄

43.74

+ 0.12

+ 13.91

3.

5

LF,耐光牢度;WF,耐水牢度。

LF,耐光牢度;WF,耐水牢度。

表19.12 C.I.核桃天然棕7 -核桃树不同部位的染色结果

植物材料

底物

有腐蚀性的

L *

一个*

b *

低频

WF

绿色的壳

羊毛

-

43.2

+ 10.04

+ 21.18

0

4

3 - 4

艾尔

44.82

+ 11.25

+ 23.28

2.9

3 - 4

3.

35.65

+ 3.53

+ 11.36

14.0

3 - 4

3 - 4

棉花

-

65.35

+ 0.79

+ 15.35

0

4

2 - 3

艾尔

63.21

+ 2.04

+ 14.79

2.5

4

3 - 4

57.54

+ 0.36

+ 9.66

9.7

3 - 4

4 - 5

棕色的贝壳

羊毛

-

68.65

+ 3.67

+ 17.35

0

3 - 4

4 - 5

艾尔

70.05

+ 2.66

+ 21.55

4.5

4

4 - 5

亚麻

49.03

-0.62

+ 6.82

22.7

3 - 4

4 - 5

-

80.77

+ 0.53

+ 10.41

0

4

4

艾尔

72.45

+ 2.34

+ 13.52

9.1

3 - 4

4

71.39

-0.89

+ 5.83

10.5

3 - 4

4

小芽

羊毛

-

69.93

+ 2.87

+ 16.5

0

3 - 4

4 - 5

艾尔

71.62

-1.2

+ 29.66

13.9

3 - 4

4 - 5

39.04

-0.48

+ 6.7

32.6

3 - 4

5

棉花

-

86.78

-0.88

+ 6.75

0

4

4 - 5

艾尔

81.74

-2.7

+ 14.99

9.8

3 - 4

4 - 5

72.84

-1.66

+ 3.89

14.3

3 - 4

4 - 5

DE、CIELab直接染色与媒介染色的色差。

DE、CIELab直接染色与媒介染色的色差。

亚麻、棉花和聚酰胺(表19.12)。表19.12显示了从不同来源的核桃基植物材料中获得的不同染料的比较。

核桃叶含有胡桃核前体分子,很容易转变为胡桃核,一种醌类化合物(见图19.5)。相对不稳定的核桃聚合并产生棕色色素。除黄酮苷外,还鉴定出9-11%的单宁酸。核桃绿壳主要含有核桃酸、核桃酸衍生物和单宁酸。收集绿色坚果

图19.5以核桃仁为代表的萘醌染料的结构。

需要收获完整的作物,因此绿坚果不能说是真正的浪费。然而,相当数量的绿色坚果从树上掉下来成熟时期,可以看作是核桃生长的废弃物。核桃作为天然染料来源的潜力可以从奥地利核桃的收获量来估计。2003年,大约收集了20 300吨核桃,其中大约50%的重量被认为是废物(主要是干壳)绿坚果壳相当贵。每公斤绿色干坚果壳的价格根据公司所在地、运输距离和质量的不同,从3欧元到10欧元不等

另外,成熟核桃的棕色壳也可以收集起来用于染色。这种材料更便宜,作为废料被释放,但颜色深度要浅得多(表19.12)。绿色核桃壳更可取,但幼芽和棕色核桃壳仍然含有足够的色素,以产生合理的结果。

由于形成复杂,用铁盐媒染剂会引起显著的颜色变化。直接染色和明矾媒染法的色差很小,而铁盐媒染法可显著提高色深。在纤维素基材和羊毛上,观察到良好的耐光牢度值接近4。聚酰胺纤维的结果令人失望(耐光牢度1-2)。水牢度受衬底类型的影响不大。光牢度对衬底的明显依赖性表明需要确定所选衬底上任何选定光源的牢度特性。

还有其他种类的坚果可以作为天然染料提取的来源。榛(榛叶)叶子含有着色物质杨梅苷,一种类黄酮染料。叶子的提取物,与明矾固定,导致黄色阴影。在苏格兰,榛柳被用于各种配方的染色,例如,将成熟的柳树提取出来,加入明矾和氢氧化铵进行染色,以获得暗黄色的阴影

19.5.4花青素染料-浆果

花青素染料存在于植物的果实和花朵等颜色强烈的部位。花青素是一种糖苷衍生物

哦啊

哦啊

图19.6以花青素为代表染料的花青素结构。
表19.13奥地利释放的浆果废料的代表性例子

浆果

拉丁名字

残留

物质形态

黑莓

悬钩子果状的L。

果渣

固体

黑醋栗

黑肋;

果渣

固体

黑桑树。

果渣

固体

蒸馏器的清洗

纸浆

浓缩的。汁

液体

树莓

蓝莓。

果渣

固体

蒸馏器的清洗

纸浆

花青素(图19.6)。糖苷基增加在水中的溶解度。根据糖苷基团的位置和数量,颜色从橘红色到蓝色不等。一种花青素化合物的混合物可以从成熟的浆果中提取出来,但是由于材料的高成本,专门用于染料生产的浆果被禁止种植。从饮料业和烈性酒生产中释放的废物可以以低成本获得,并可以作为天然染料的可能来源。

表19.13列举了奥地利公司释放的浆果废料的几个例子。

在饮料工业的情况下,着色剂的主要部分是转移到果汁部分。然而,大量的可提取染料仍保留在压过的残渣中,即所谓的“渣渣”(表19.10)。这些残留物在潮湿状态下释放,必须立即提取或通过干燥或冷冻来稳定当只用水进行提取时,不需要改变所提取的废物的进一步处理方式;例如,废物可以用作动物饲料。

含染料废料的另一个来源是奥地利著名的烈酒生产。含有糖或淀粉的植物材料(浆果、水果和蔬菜)经过发酵,并通过蒸馏获得高质量的烈酒。蒸馏后剩下的植物残渣,即所谓的“蒸馏液”,含有相当数量的花青素染料。由于废物的含水量很高,建议立即使用,否则可能会阻碍微生物的生长。饮料工业和烈酒生产的残留物属于无害废物。因此,目前关于这类废物的数量和分类的资料有限。关于浆果的农业生产和加工数量有一些有限的数据大约10-15%的加工作物以压制的形式释放出来固体废物.在欧洲,某些类型的浆果平均每年释放的废物量估计为200-500吨

花青素染料的色度对pH值非常敏感。为了避免不希望的颜色变化,必须仔细考虑染色条件、媒染剂的使用和纺织品的计划应用。在一项科学研究中,将来自不同浆果的浓缩果汁纳入测试,以评估这种材料在最佳条件下用于纺织品染色的潜力。这些结果可以用来估计某种类型的废物的潜力。表19.14显示了处理接骨木浆果的废料和使用浓缩果汁所得到的结果。浓缩果汁染色呈现紫色,而浆果废料染色主要导致灰色和米色。

当干果渣用水提取时,液体产品(浓缩果汁和蒸馏液)在使用前只是过滤。考虑到L值(亮度),羊毛上的染料耗竭比棉花上的高。正常标准染色程序在95°C下进行。然而,对于含有花青素的原料,较低的染色温度有利于染料的色度

表19.14老木残渣-用老木加工的不同废料获得的染色结果

原材料

底物

有腐蚀性的

颜色

L *

一个*

b *

低频

WF

蒸馏器的

羊毛

-

棕色(的)

37.13

+ 13.69

+ 8.66

2

4 - 5

艾尔

橄榄

35.38

+ 2.75

+ 7.40

1 - 2

4 - 5

深灰色

22.68

-0.65

+ 2.77

2 - 3

5

棉花

-

棕色(的)

58.97

+ 9.32

+ 2.37

2

3 - 4

艾尔

灰色

55.46

+ 4.24

+ 1.24

2

4 - 5

深灰色

51.27

-0.48

-2.10

2

4 - 5

果渣

羊毛

-

玫瑰

61.06

+ 4.64

+ 8.34

2

4 - 5

艾尔

浅灰色

60.33

-0.02

+ 2.33

2 - 3

4 - 5

灰色

46.78

-2.98

+ 2.06

1 - 2

4 - 5

棉花

-

光玫瑰

82.12

+ 4.11

+ 1.86

3.

3 - 4

艾尔

浅灰色

78.13

+ 0.08

+ 0.27

2 - 3

3 - 4

浅灰色

73.77

-1.59

+ 0.48

2 - 3

4 - 5

浓缩的。

羊毛

艾尔

紫罗兰色的

33.07

+ 10.86

+ 4.83

2 - 3

4

布朗-

43.14

+ 19.17

+ 4.93

1

(见19.5.5节)。在烈性酒生产残留物的情况下,在室温下进行染色。室温染色不改变耐光牢度,但会降低耐洗牢度。用花青素染料获得的色光是很有前途的,但颜色的耐光牢度和pH依赖性还需要进一步提高。

19.5.5花青素染料——葡萄藤生产的葡萄皮

(葡萄)

红葡萄的生产是奥地利农业生产的重要组成部分。奥地利东部地区种植了各种葡萄品种,例如:茨威格特,Blauer Portugieser, Blauer Burgunder和赤霞珠。榨过的葡萄含有大量的红紫花青素染料,可以提取出来用于染色。据估计,奥地利每年用于葡萄种植的葡萄收获量接近10万吨,其中约2025%将作为废物排放。从这些残留物中可以用热水提取花青素染料。特别是可萃取染料的紫红色,使它们在自然染色过程中非常有趣。水萃取物含有大量的红色染料,但在95°C的标准染色过程中,在纤维素或羊毛样品上获得的染料只显示出令人失望的颜色。引入以单宁媒染剂为基础的预媒染剂,降低染色温度,可获得满意的染色效果。

表19.15给出了用标准工艺(95°C)和改良的预染剂工艺提取榨榨茨威格尔葡萄和布拉尔葡萄牙葡萄得到的染色结果cielab值。a值(红色轴)和蓝色轴(负b值)的显著增加表明了积极的结果。干葡萄渣用于

表19.15 Zweigelt和Blauer Portugieser葡萄压榨提取物的染色结果

材料

底物

有腐蚀性的

(°C)

L *

一个*

b *

低频

WF

Zweigelt

羊毛

-

95

60.17

+ 2.97

+ 7.10

1

4 - 5

羊毛

艾尔(元)

95

64.15

+ 3.65

+ 8.78

1

4 - 5

棉花

单宁(pre -)

RT

60.54

+ 15.32

-5.44

1 - 2

3 - 4

蓝色

Portugieser

羊毛

-

95

66.31

+ 3.40

+ 9.56

1 - 2

4 - 5

棉花

-

95

76.71

+ 4.62

-1.81

1

4 - 5

棉花

单宁(pre -)

RT

63.80

+ 12.01

-3.53

1

3 - 4

RT,室温。

RT,室温。

表19.15中给出的例子。萃取后的湿渣由于水分的吸收,其质量增加了大约3倍。

染料提取液中染料含量的分析方法对工业原料的标准化具有重要意义。在葡萄提取物的情况下,紫外光谱可用于确定提取材料中花青素的浓度以单体花青素颜料计算的分析测定的花青素浓度与染色织物在550nm处测量的Kubelka-Munk K/S值之间的直接相关性,证明了光度法用于标准化植物残留物的适用性

19.5.6缩合单宁-茶(茶科)

特别是在远东国家,茶树已被用于纺织品染色,研究正在进行中雷竞技手机版app(见图19.7)。迪奥和德赛研究了用茶叶作为天然染料——明矾、硫酸铜或硫酸亚铁媒染剂——对棉花和黄麻进行染色的方法。冰茶在软饮料市场上占有显著的份额。有相当数量的工业生产残留物。在奥地利,工业茶叶生产释放的废物量估计为每年200300吨。由于大部分热水溶色成分是在冰茶生产过程中提取出来的,因此茶叶渣的色强较低。1公斤干茶叶残渣相当于3.3克商业染料表19.16总结了颜色的相关数据,即cielab坐标和牢度属性。

基于茶残渣的染料的颜色范围从米色到灰色。在相当标准化的条件下,高水平的色牢度和生产使这些残留物非常有兴趣作为未来天然染料的来源。

图19.7茶黄素作为缩合单宁染料的代表结构。

图19.7茶黄素作为缩合单宁染料的代表结构。

表19.16冰茶生产中红茶残渣染料的cielab色坐标和选定牢度特性

材料

有腐蚀性的

L *

一个*

b *

低频

WF

羊毛

-

64.64

+ 3.72

+ 17.60

3 - 4

4 - 5

41.54

+ 0.79

+ 5.06

3.

5

艾尔

67.55

+ 2。S4

+ 21.79

4

5

棉(漂白)

-

S5.19

+ 0.75

+ 9.12

3 - 4

4 - 5

75.38

-0.62

+ 2.55

3.

4 - 5

艾尔

7 s.07

+ 2.04

+ 12.56

3.

4 - 5

亚麻(本色)

艾尔

57.53

+ 3.64

+ 16.05

4

-

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