技术领域
本发明涉及一种纳米级染色剂的提取工艺，属于植物染色剂提取技术领域。
背景技术
在我国，植物染料资源丰富，目前已有5000多种，其中有乔木、灌木，草本、藤本；也有野生植物，栽培植物，根据品种、产地、气候条件等不同，色素结构与含量亦不相同。常用的红色染料有茜草、红花，黄色染料有大黄、栀子，紫色染料有紫草、紫檀等，绿色染料有鼠礼，蓝色染料有靛蓝，黑灰色染料有五倍子和野葛等。染色主要是利用植物的叶、根、茎、果实、花、树皮等含有色素的部分。
从环保角度来说，植物染料取之于大自然，并且原料可以再生，加工处理和染色过程中不会产生对环境造成污染的废水废气，与环境相容性好，可生物降解，毒性较低，符合当前绿色纺织品的主题。从安全角度来说，大部分天然染料本身无毒无害，不会造成过敏和致癌等现象，一些植物染料本身为中草药，在提取过程中，一些药效成分随色素也被提出，经染色后的织物还具有一定的药物治疗作用和保健功效，如紫草和大黄抗紫外线性能、黄岑和艾蒿抗菌消炎性能、野菊花和银杏的抗氧化性、栀子黄素促进血液循环等功效，丰富了产品的药用价值和经济价值。从染色效果角度来说，经天然染料染色的织物，颜色古朴自然，色调高雅和谐，具有民族地方特色。染色过程中通过加入不同媒染剂和调节pH值的变化，还可使丰富天然染料的色相，一种染料在不同的染色条件下可以染出不同效果。
现有技术中天然染料价格昂贵，远远高于合成染料，且提取率低，很难大批量生产。由于天然染料发色基团这种不稳定性，导致天然染料织物染色牢度较差。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种纳米级染色剂的提取工艺，得到的纳米级染色剂染色性能好，且制备过程环保无污染。
本发明的一个实施例中，提供了一种纳米级染色剂的提取工艺，所述纳米级染色剂的提取工艺，包括以下步骤：
(1)植物预处理；
(2)酶解；
(3)过滤浓缩；
(4)干燥、球磨。
较佳地，所述纳米级染色剂的提取工艺，包括以下步骤：
(1)植物预处理：将植物在40-60℃真空干燥箱中干燥至恒重，用粉碎机破碎至60-100目，得到预处理植物；
(2)酶解：将预处理植物和水按质量比1：(30-50)混合后，用柠檬酸水溶液调节pH为4.5-6.0，将溶液加热至50-60℃，加入预处理植物质量0.1-0.2％的复合酶和预处理植物质量0.3-0.8％的酶保护剂，在50-60℃以60-100转/分搅拌30-40分钟，再继续用柠檬酸水溶液调节pH为3.0-4.0，加入预处理植物质量0.01-0.1％的果胶酶，在50-60℃以60-100转/分搅拌20-40分钟，再在95-99℃保温3-6分钟，得到酶解液；
(3)过滤浓缩：将酶解液用200目滤布过滤，得滤液，滤液减压浓缩，得到密度为1.10-1.30g/mL(20℃)的清膏；
(4)干燥、球磨：将步骤(3)得到的清膏在40-60℃的真空干燥箱中干燥20-30小时，真空干燥箱的真空度为50-100Pa，得到染色剂，再将染色剂在球磨机研磨至200-800nm，得到纳米级染色剂。
较佳地，所述纳米级染色剂的提取工艺，包括以下步骤：
(1)植物预处理：将植物在40-60℃真空干燥箱中干燥至恒重，用粉碎机破碎至60-100目，得到预处理植物；
(2)微波处理：将预处理植物和水按质量比1：(30-50)混合后，在微波炉中处理8-15分钟，微波功率200-800W，微波频率2450MPa，得到微波处理液；
(3)酶解：将微波处理液用柠檬酸水溶液调节pH为4.5-6.0，将溶液加热至50-60℃，加入预处理植物质量0.1-0.2％的复合酶和预处理植物质量0.3-0.8％的酶保护剂，在50-60℃以60-100转/分搅拌30-40分钟，再继续用柠檬酸水溶液调节pH为3.0-4.0，加入预处理植物质量0.01-0.1％的果胶酶，在50-60℃以60-100转/分搅拌20-40分钟，再在95-99℃保温3-6分钟，得到酶解液；
(4)过滤浓缩：将酶解液用200目滤布过滤，得滤液，滤液减压浓缩，得到密度为1.10-1.30g/mL(20℃)的清膏；
(5)干燥、球磨：将步骤(4)得到的清膏在40-60℃的真空干燥箱中干燥20-30小时，真空干燥箱的真空度为50-100Pa，得到染色剂，再将染色剂在球磨机研磨至200-800nm，得到纳米级染色剂。
较佳地，所述纳米级染色剂的提取工艺，包括以下步骤：
(1)植物预处理：将植物在40-60℃真空干燥箱中干燥至恒重，用粉碎机破碎至60-100目，得到预处理植物；
(2)微波处理：将预处理植物和水按质量比1：(30-50)混合后，在微波炉中处理8-15分钟，微波功率200-800W，微波频率2450MPa，得到微波处理液；
(3)酶解：将微波处理液用柠檬酸水溶液调节pH为4.5-6.0，将溶液加热至50-60℃，加入预处理植物质量0.1-0.2％的复合酶和预处理植物质量0.3-0.8％的酶保护剂，采用超声波酶解，超声温度50-60℃，超声时间30-40分钟，超声功率100-300W，超声频率15-25KHz，再继续用柠檬酸水溶液调节pH为3.0-4.0，加入预处理植物质量0.01-0.1％的果胶酶，在50-60℃以60-100转/分搅拌20-40分钟，再在95-99℃保温3-6分钟，得到酶解液；
(4)过滤浓缩：将酶解液用200目滤布过滤，得滤液，滤液减压浓缩，得到密度为1.10-1.30g/mL(20℃)的清膏；
(5)干燥、球磨：将步骤(4)得到的清膏在40-60℃的真空干燥箱中干燥20-30小时，真空干燥箱的真空度为50-100Pa，得到染色剂，再将染色剂在球磨机研磨至200-800nm，得到纳米级染色剂。
较佳地，所述纳米级染色剂的提取工艺，包括以下步骤：
(1)植物预处理：将植物在40-60℃真空干燥箱中干燥至恒重，用粉碎机破碎至60-100目，得到植物粉，采用红外辐照处理植物粉，红外辐照条件为：辐照功率100-300W，辐照距离10-20厘米，波长10-20μm，辐照时间8-12分钟，得到预处理植物；
(2)微波处理：将预处理植物和水按质量比1：(30-50)混合后，在微波炉中处理8-15分钟，微波功率200-800W，微波频率2450MPa，得到微波处理液；
(3)酶解：将微波处理液用柠檬酸水溶液调节pH为4.5-6.0，将溶液加热至50-60℃，加入预处理植物质量0.1-0.2％的复合酶和预处理植物质量0.3-0.8％的酶保护剂，采用超声波酶解，超声温度50-60℃，超声时间30-40分钟，超声功率100-300W，超声频率15-25KHz，再继续用柠檬酸水溶液调节pH为3.0-4.0，加入预处理植物质量0.01-0.1％的果胶酶，在50-60℃以60-100转/分搅拌20-40分钟，再在95-99℃保温3-6分钟，得到酶解液；
(4)过滤浓缩：将酶解液用200目滤布过滤，得滤液，滤液减压浓缩，得到密度为1.10-1.30g/mL的清膏；
(5)干燥、球磨：将步骤(4)得到的清膏在40-60℃的真空干燥箱中干燥20-30小时，真空干燥箱的真空度为50-100Pa，得到染色剂，再将染色剂在球磨机研磨至200-800nm，得到纳米级染色剂。
在本发明中，所述复合酶由50-70wt％纤维素酶和30-50wt％酸性蛋白酶组成。
在本发明中，所述酶保护剂为甘草甜素和/或L-阿拉伯糖。较佳地，所述酶保护剂为甘草甜素和L-阿拉伯糖的混合物，所述甘草甜素和L-阿拉伯糖质量比为(2-5):1。
在本发明中，所述的植物为五倍子、茜草、蓼蓝、红花、银杏叶、黄柏、紫草、菱、苏木中的一种或多种的混合物。
在本发明中，所述柠檬酸水溶液的质量分数为10-30％。
本发明一种纳米级染色剂的提取工艺，工艺流程简单，成本低，制备过程不用有机溶剂，绿色环保，得到的纳米染色剂得率高，染色性能好，且对人体安全。
具体实施方式
下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是，应该明白，这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
紫草，本发明中采用西畴县香光药材有限公司提供的紫草。
五倍子，本发明中采用西畴县香光药材有限公司提供的五倍子。
柠檬酸，CAS号：77-92-9。
甘草甜素，CAS号：1405-86-3，采用山东汇益生物科技有限公司生产的食品级甘草甜素。
L-阿拉伯糖，CAS号：5328-37-0，采用山东汇益生物科技有限公司生产的L-阿拉伯糖。
纤维素酶，CAS号：9012-54-8，采用山东龙元生物工程有限公司生产的型号为LYXW02的纤维素酶，酶活5万U/g。
果胶酶，CAS号：9032-75-1，采用采用山东龙元生物工程有限公司生产的酸性果胶酶，酶活5万U/g。
酸性蛋白酶，采用山东龙元生物工程有限公司生产的型号为LYSD01酸性蛋白酶，酶活5万U/g。
真空干燥箱，采用北京中兴伟业仪器有限公司生产的型号为DZF-6020A的真空干燥箱。
球磨机，采用湖南创未来机电设备制造有限公司生产的型号为PM-1(D)的双行星球磨机。
微波炉，采用合肥荣事达三洋电器股份有限公司生产的型号为EM-2012的微波炉。
纳米级染色剂得率测定：纳米级染色剂得率按下式计算：
色牢度测定：将得到的纳米级染色剂与水按质量比1:10混合均匀，对羊毛织物(100％羊毛针织物)进行染色，染色温度90℃，染色时间60分钟，调节pH为6，染色浴比为1:25，测定其耐摩擦色牢度和耐洗色牢度。
耐摩擦色牢度：采用Y571D型多功能色牢度摩擦仪(温州方圆仪器有限公司)，根据GB/T3920-1997《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》测定。
耐洗色牢度，采用SW—12A型耐洗色牢度试验仪(无锡纺织仪器厂)，根据GB/T3921.1-1997《纺织品色牢度试验耐洗色牢度》测定。
实施例1
(1)紫草预处理：将20g紫草在50℃真空干燥箱中干燥至恒重，真空度60Pa，然后用粉碎机破碎至80目，得到预处理紫草；
(2)酶解：将预处理紫草和水按质量比1：40混合后，用质量分数为20％的柠檬酸水溶液调节pH为5.0，将溶液加热至55℃，加入预处理紫草质量0.15％的复合酶和预处理紫草质量0.5％的酶保护剂，在55℃以80转/分搅拌35分钟，再继续用柠檬酸水溶液调节pH为3.5，加入预处理紫草质量0.02％的果胶酶，在55℃以80转/分搅拌30分钟，再在98℃保温5分钟，得到酶解液；
(3)过滤浓缩：将酶解液用200目滤布过滤，得滤液，滤液在压力0.06MPa、温度为40℃的条件下真空减压浓缩，得到密度为1.20g/mL(20℃)的清膏；
(4)干燥、球磨：将步骤(3)得到的清膏在50℃的真空干燥箱中干燥24小时，真空干燥箱的真空度为60Pa，得到染色剂，再将染色剂在球磨机研磨至500nm，得到纳米级染色剂。
所述复合酶由60wt％纤维素酶和40wt％酸性蛋白酶组成。
所述酶保护剂为甘草甜素。
实施例2
(1)紫草预处理：将20g紫草在50℃真空干燥箱中干燥至恒重，真空度60Pa，然后用粉碎机破碎至80目，得到预处理紫草；
(2)微波处理：将预处理紫草和水按质量比1：40混合后，在微波炉中处理10分钟，微波功率500W，微波频率2450MPa，得到微波处理液；
(3)酶解：将微波处理液用质量分数为20％的柠檬酸水溶液调节pH为5.0，将溶液加热至55℃，加入预处理紫草质量0.15％的复合酶和预处理紫草质量0.5％的酶保护剂，在55℃以80转/分搅拌35分钟，再继续用柠檬酸水溶液调节pH为3.5，加入预处理紫草质量0.02％的果胶酶，在55℃以80转/分搅拌30分钟，再在98℃保温5分钟，得到酶解液；
(4)过滤浓缩：将酶解液用200目滤布过滤，得滤液，滤液在压力0.06MPa、温度为40℃的条件下真空减压浓缩，得到密度为1.20g/mL(20℃)的清膏；
(5)干燥、球磨：将步骤(4)得到的清膏在50℃的真空干燥箱中干燥24小时，真空干燥箱的真空度为60Pa，得到染色剂，再将染色剂在球磨机研磨至500nm，得到纳米级染色剂。
所述复合酶由60wt％纤维素酶和40wt％酸性蛋白酶组成。
所述酶保护剂为甘草甜素。
实施例3
(1)紫草预处理：将20g紫草在50℃真空干燥箱中干燥至恒重，真空度60Pa，然后用粉碎机破碎至80目，得到预处理紫草；
(2)微波处理：将预处理紫草和水按质量比1：40混合后，在微波炉中处理10分钟，微波功率500W，微波频率2450MPa，得到微波处理液；
(3)过滤浓缩：将微波处理液用200目滤布过滤，得滤液，滤液在压力0.06MPa、温度为40℃的条件下真空减压浓缩，得到密度为1.20g/mL(20℃)的清膏；
(4)干燥、球磨：将步骤(3)得到的清膏在50℃的真空干燥箱中干燥24小时，真空干燥箱的真空度为60Pa，得到染色剂，再将染色剂在球磨机研磨至500nm，得到纳米级染色剂。
所述复合酶由60wt％纤维素酶和40wt％酸性蛋白酶组成。
所述酶保护剂为甘草甜素。
实施例4
(1)紫草预处理：将20g紫草在50℃真空干燥箱中干燥至恒重，真空度60Pa，然后用粉碎机破碎至80目，得到预处理紫草；
(2)微波处理：将预处理紫草和水按质量比1：40混合后，在微波炉中处理10分钟，微波功率500W，微波频率2450MPa，得到微波处理液；
(3)酶解：将微波处理液用质量分数为20％的柠檬酸水溶液调节pH为5.0，将溶液加热至55℃，加入预处理紫草质量0.15％的复合酶和预处理紫草质量0.5％的酶保护剂，采用超声波酶解，超声温度55℃，超声时间35分钟，超声功率200W，超声频率20KHz，再继续用柠檬酸水溶液调节pH为3.5，加入预处理紫草质量0.02％的果胶酶，在55℃以80转/分搅拌30分钟，再在98℃保温5分钟，得到酶解液；
(4)过滤浓缩：将酶解液用200目滤布过滤，得滤液，滤液在压力0.06MPa、温度为40℃的条件下真空减压浓缩，得到密度为1.20g/mL(20℃)的清膏；
(5)干燥、球磨：将步骤(4)得到的清膏在50℃的真空干燥箱中干燥24小时，真空干燥箱的真空度为60Pa，得到染色剂，再将染色剂在球磨机研磨至500nm，得到纳米级染色剂。
所述复合酶由60wt％纤维素酶和40wt％酸性蛋白酶组成。
所述酶保护剂为甘草甜素。
实施例5
(1)紫草预处理：将20g紫草在50℃真空干燥箱中干燥至恒重，真空度60Pa，然后用粉碎机破碎至80目，得到紫草粉，采用红外辐照处理紫草粉，红外辐照条件为：辐照功率200W，辐照距离15厘米，波长15μm，辐照时间10分钟，得到预处理紫草；
(2)微波处理：将预处理紫草和水按质量比1：40混合后，在微波炉中处理10分钟，微波功率500W，微波频率2450MPa，得到微波处理液；
(3)酶解：将微波处理液用质量分数为20％的柠檬酸水溶液调节pH为5.0，将溶液加热至55℃，加入预处理紫草质量0.15％的复合酶和预处理紫草质量0.5％的酶保护剂，采用超声波酶解，超声温度55℃，超声时间35分钟，超声功率200W，超声频率20KHz，再继续用柠檬酸水溶液调节pH为3.5，加入预处理紫草质量0.02％的果胶酶，在55℃以80转/分搅拌30分钟，再在98℃保温5分钟，得到酶解液；
(4)过滤浓缩：将酶解液用200目滤布过滤，得滤液，滤液在压力0.06MPa、温度为40℃的条件下真空减压浓缩，得到密度为1.20g/mL(20℃)的清膏；
(5)干燥、球磨：将步骤(4)得到的清膏在50℃的真空干燥箱中干燥24小时，真空干燥箱的真空度为60Pa，得到染色剂，再将染色剂在球磨机研磨至500nm，得到纳米级染色剂。
所述复合酶由60wt％纤维素酶和40wt％酸性蛋白酶组成。
所述酶保护剂为甘草甜素。
实施例6
纳米级染色剂的提取工艺，包括以下步骤：
(1)紫草预处理：将20g紫草在50℃真空干燥箱中干燥至恒重，真空度60Pa，然后用粉碎机破碎至80目，得到紫草粉，采用红外辐照处理紫草粉，红外辐照条件为：辐照功率200W，辐照距离15厘米，波长15μm，辐照时间10分钟，得到预处理紫草；
(2)微波处理：将预处理紫草和水按质量比1：40混合后，在微波炉中处理10分钟，微波功率500W，微波频率2450MPa，得到微波处理液；
(3)酶解：将微波处理液用质量分数为20％的柠檬酸水溶液调节pH为5.0，将溶液加热至55℃，加入预处理紫草质量0.15％的复合酶和预处理紫草质量0.5％的酶保护剂，采用超声波酶解，超声温度55℃，超声时间35分钟，超声功率200W，超声频率20KHz，再继续用柠檬酸水溶液调节pH为3.5，加入预处理紫草质量0.02％的果胶酶，在55℃以80转/分搅拌30分钟，再在98℃保温5分钟，得到酶解液；
(4)过滤浓缩：将酶解液用200目滤布过滤，得滤液，滤液在压力0.06MPa、温度为40℃的条件下真空减压浓缩，得到密度为1.20g/mL(20℃)的清膏；
(5)干燥、球磨：将步骤(4)得到的清膏在50℃的真空干燥箱中干燥24小时，真空干燥箱的真空度为60Pa，得到染色剂，再将染色剂在球磨机研磨至500nm，得到纳米级染色剂。
所述复合酶由60wt％纤维素酶和40wt％酸性蛋白酶组成。
所述酶保护剂为L-阿拉伯糖。
得到的纳米级染色剂的得率测定结果：1.1％。
得到的纳米级染色剂的染色性能测试结果：摩擦牢度：干摩4-5级，湿摩4级；水洗牢度：沾色4-5级，褪色4-5级。
实施例7
纳米级染色剂的提取工艺，包括以下步骤：
(1)紫草预处理：将20g紫草在50℃真空干燥箱中干燥至恒重，真空度60Pa，然后用粉碎机破碎至80目，得到紫草粉，采用红外辐照处理紫草粉，红外辐照条件为：辐照功率200W，辐照距离15厘米，波长15μm，辐照时间10分钟，得到预处理紫草；
(2)微波处理：将预处理紫草和水按质量比1：40混合后，在微波炉中处理10分钟，微波功率500W，微波频率2450MPa，得到微波处理液；
(3)酶解：将微波处理液用质量分数为20％的柠檬酸水溶液调节pH为5.0，将溶液加热至55℃，加入预处理紫草质量0.15％的复合酶和预处理紫草质量0.5％的酶保护剂，采用超声波酶解，超声温度55℃，超声时间35分钟，超声功率200W，超声频率20KHz，再继续用柠檬酸水溶液调节pH为3.5，加入预处理紫草质量0.02％的果胶酶，在55℃以80转/分搅拌30分钟，再在98℃保温5分钟，得到酶解液；
(4)过滤浓缩：将酶解液用200目滤布过滤，得滤液，滤液在压力0.06MPa、温度为40℃的条件下真空减压浓缩，得到密度为1.20g/mL(20℃)的清膏；
(5)干燥、球磨：将步骤(4)得到的清膏在50℃的真空干燥箱中干燥24小时，真空干燥箱的真空度为60Pa，得到染色剂，再将染色剂在球磨机研磨至500nm，得到纳米级染色剂。
所述复合酶由60wt％纤维素酶和40wt％酸性蛋白酶组成。
所述酶保护剂为甘草甜素和L-阿拉伯糖的混合物，所述甘草甜素和L-阿拉伯糖的质量比为4:1。
得到的纳米级染色剂的得率测定结果：1.4％。
得到的纳米级染色剂的染色性能测试结果：摩擦牢度：干摩5级，湿摩5级；水洗牢度：沾色5级，褪色5级。
实施例8
纳米级染色剂的提取工艺，包括以下步骤：
(1)五倍子预处理：将20g五倍子在50℃真空干燥箱中干燥至恒重，真空度60Pa，然后用粉碎机破碎至80目，得到五倍子粉，采用红外辐照处理五倍子粉，红外辐照条件为：辐照功率200W，辐照距离15厘米，波长15μm，辐照时间10分钟，得到预处理五倍子；
(2)微波处理：将预处理五倍子和水按质量比1：40混合后，在微波炉中处理10分钟，微波功率500W，微波频率2450MPa，得到微波处理液；
(3)酶解：将微波处理液用质量分数为20％的柠檬酸水溶液调节pH为5.0，将溶液加热至55℃，加入预处理五倍子质量0.15％的复合酶和预处理五倍子质量0.5％的酶保护剂，采用超声波酶解，超声温度55℃，超声时间35分钟，超声功率200W，超声频率20KHz，再继续用柠檬酸水溶液调节pH为3.5，加入预处理五倍子质量0.02％的果胶酶，在55℃以80转/分搅拌30分钟，再在98℃保温5分钟，得到酶解液；
(4)过滤浓缩：将酶解液用200目滤布过滤，得滤液，滤液在压力0.06MPa、温度为40℃的条件下真空减压浓缩，得到密度为1.20g/mL(20℃)的清膏；
(5)干燥、球磨：将步骤(4)得到的清膏在50℃的真空干燥箱中干燥24小时，真空干燥箱的真空度为60Pa，得到染色剂，再将染色剂在球磨机研磨至500nm，得到纳米级染色剂。
所述复合酶由60wt％纤维素酶和40wt％酸性蛋白酶组成。
所述酶保护剂为甘草甜素和L-阿拉伯糖的混合物，所述甘草甜素和L-阿拉伯糖的质量比为4:1。
测试例1
对实施例1-5得到的纳米级染色剂的得率进行测试。
具体结果见表1。
表1纳米级染色剂得率测试结果表
得率，％ 实施例1 0.6 实施例2 0.8 实施例3 0.5 实施例4 1.0 实施例5 1.2
实施例2采用微波处理预处理植物，纳米级染色剂得率高于实施例1。这是因为微波加热导致植物染料细胞内的极性物质吸收微波能，产生大量热量，使细胞内温度迅速上升，极性物质产生的压力冲破细胞膜和细胞壁，形成微小孔洞，并出现裂纹，此时细胞外的溶剂进入细胞内，溶解并释放出细胞内色素成分。
实施例2中采用微波处理和酶法提取相结合，纳米级染色剂得率高于实施例3，这是因为纤维素酶可以引起细胞壁及细胞间质结构发生局部疏松、膨胀、崩溃等变化，从而增大细胞内色素向提取介质扩散的传质面积，减少传质阻力，降低色素与植物细胞分离的阻力，酸性蛋白酶可以破坏色素与细胞蛋白质的结合，纤维素酶和酸性蛋白酶共同作用，可以有效提高纳米级染色剂的得率。
实施例4在酶解过程采用了超声波处理，得到的纳米级染色剂得率高于实施例2。这是因为在超声波的剧烈搅拌、震荡作用下，瞬间使分子的动能增加，从而有利于植物中的有色物质向水中扩散，从而提高纳米级染色剂的得率。
实施例5采用红外辐照处理紫草，纳米级染色剂得率高于实施例4。
测试例2
对实施例1-5得到的纳米级染色剂的染色性能进行测试。
表2染色性能测试结果表