CN108948783B - 蓼蓝叶高效固态发酵生产植物染料的方法 - Google Patents

蓼蓝叶高效固态发酵生产植物染料的方法 Download PDF

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Abstract

蓼蓝叶高效固态发酵生产植物染料的方法，将茎叶分离后的蓼蓝叶放入微波杀青机杀青；蓼蓝叶进行自然干燥，将发酵促进剂均匀喷洒在蓼蓝叶面上；将蓼蓝叶放入脉冲固态发酵反应器，先做厌氧发酵，待其温度自然升高到40～60℃时，开启压力脉冲注入潮湿空气，空气湿度为65％～90％，脉冲峰值为0.2～0.3Mpa、脉冲谷值为0.05～0.15Mpa，脉冲周期为30～120分钟，发酵至不再自行升高温度为止；再经过微波烘干机烘干。本发明采用微波快速杀青，微波杀青后的蓼蓝叶自然干燥即可，对气候、场地无要求。同时发酵前在蓼蓝叶喷洒发酵促进剂可缩短发酵期、提高色素含量，配合脉冲固态发酵反应器使发酵时间大幅缩短，发酵质量可控。整个生产过程没有水排放，对环境友好。

Description

蓼蓝叶高效固态发酵生产植物染料的方法
技术领域
本发明涉及天然植物提取、微生物发酵领域，尤其涉及一种蓼蓝叶高效固态发酵生产植物染料的方法。
背景技术
化学染料的生产属于高污染行业，这涉及整个产业链的污染。化学染料源于石油，石油提炼产物在生产化学染料中间体如H酸等对环境的污染十分严重，发达国家已不再生产化学染料中间体，同时由化学染料中间体合成化学染料过程中也是高污染、高碳排放。而植物染料源于种植，种植过程中吸收二氧化碳才能进行光合作用，这与化学染料生产排放二氧化碳是相反的过程，因此植物染料更加低碳、环保。
蓼蓝作物适合种植的地域广泛，对土壤要求不高，并且由于生长速度超过杂草，在杂草还未长出时，蓼蓝作物已经覆盖整个生长地域，因此可免除除草剂的使用。蓼蓝作物也比菘蓝的虫害少，尤其是在特定的种植条件下可避免虫害的侵蚀，可避免农药的使用，因此更加安全。蓼蓝是一种主要的天然蓝色植物染作物，蓼蓝叶色素含量高。但国内沿袭的是传统的加水浸泡发酵生产方式，发酵结束后一般加入海螺会或石灰用以沉淀分离色素，这种生产方式的效率低，同时提取后的残液含有碱性的蓝色液体，当小规模生产时对环境危害不大，但大规模批量生产时会产生大量的碱性蓝色废水，废水呈碱性，不能直接回灌农田，对周围环境危害较大，属于不可持续的生产方式。
在古代也有采用堆渥的干发酵法，是将叶片自然晒干，再晒水、堆成垛做自然发酵，一般需要2～3个月。晾晒需要靠天气、风力，阴雨季节、大风气候或地域都不适合晾晒加工。同时也需要大面积的晾晒场所，需要人工看护。并且发酵过程的温度、湿度也很难控制，干发酵法的质量很难保证，干发酵法在国内逐渐被淘汰。
发明内容
本发明的目的是提供一种蓼蓝叶高效固态发酵生产植物染料的方法，将蓼蓝叶制成天然植物染料，用以代替目前常用的化学染料，避免了化学染料生产过程的毒害、环境污染。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
蓼蓝叶高效固态发酵生产植物染料的方法，具体方法如下：
1)在蓼蓝未开花前收割成熟的蓼蓝，整株距地3cm以上高度收割，将收割的整株蓼蓝做茎叶分离，分离后的蓼蓝叶放入微波杀青机杀青；
2)微波杀青后的蓼蓝叶进行自然干燥，将发酵促进剂配制成质量浓度为1％～5％的水溶液，再均匀喷洒在干燥后的蓼蓝叶面上，使蓼蓝叶含水率在50％～65％；
3)将含有发酵促进剂的蓼蓝叶放入脉冲固态发酵反应器，先做厌氧发酵一段时间，待其温度自然升高到40～60℃时，开启压力脉冲注入潮湿空气，注入空气湿度为65％～90％，脉冲峰值为0.2～0.3Mpa、脉冲谷值为0.05～0.15Mpa，脉冲周期为30～120分钟，发酵至蓼蓝叶不再自行升高温度为止；
4)将发酵后的蓼蓝叶再经过微波烘干机烘干，烘干后的蓼蓝叶经过粉 碎 制成染料粉末或直接压实成为固体植物染料，成品植物染料含水率低于3％。
在上述步骤3)中控制脉冲固态发酵反应器的空气进气量，使发酵物的含水率保持在 50％～65％之间。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明采用微波快速杀青，微波杀青后的蓼蓝叶自然干燥即可，对气候、场地无要求。同时发酵前在蓼蓝叶喷洒发酵促进剂可缩短发酵期、提高色素含量，配合脉冲固态发酵反应器使发酵时间大幅缩短，发酵质量可控。整个生产过程没有水排放，对环境友好。
2)本发明属于天然植物提取、微生物发酵，是采用高效环保的固态发酵生产方式生产的天然植物色素，属于一种安全、清洁、环保的规模化生产方式。生产的天然植物染料可代替部分化学合成染料，以减少石油化学染料生产、及化学印染厂生产过程对环境的污染。
3)采用微波杀青配合高效固态发酵设备对蓼蓝叶做快速发酵，避免了常规水体浸泡造成的潜在废水污染，没用生产用水，没有废水排放。本发明的蓝色植物染料生产方法的生产周期短，生产质量可控，是一种适合大规模生产的清洁、环保的生产方式。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做详细说明，但本发明的实施范围不仅仅限于下述的实施例。
蓼蓝叶高效固态发酵生产植物染料的方法，具体方法如下：
1)在蓼蓝未开花前适时收割成熟的蓼蓝，整株距地3cm以上高度收割，留根、留茬以便蓼蓝后续继续生长。将收割的整株蓼蓝做茎叶分离，分离后的蓼蓝叶在4小时内放入微波杀青机杀青。
2)微波杀青后的蓼蓝叶进行自然干燥，不必经大面积的晾晒场所，即可晒干也可自然阴干。向干燥成蓝黑色的蓼蓝叶粉碎后加入发酵促进剂，将发酵促进剂配制成质量浓度为1％～5％的水溶液，再均匀喷洒在干燥后的蓼蓝叶面上，使蓼蓝叶含水率在50％～65％。
3)将含有发酵促进剂的蓼蓝叶放入脉冲固态发酵反应器，先做厌氧发酵一段时间，待其温度自然升高到40～60℃时，开启压力脉冲注入潮湿空气，注入空气湿度为65％～90％，脉冲峰值为0.2～0.3Mpa、脉冲谷值为0.05～0.15Mpa，脉冲周期为30～120分钟，发酵至蓼蓝叶不再自行升高温度为止，即不再自行发酵、发热；
蓼蓝叶发酵时自然升温速度较快，可达每小时2℃，过高的温度会使色素含量减少，因此在发酵的过程中设备自动检测物料温度，当温度升高到设定值(40～60℃)时，自动开启注入或排出空气予以降温。
4)将发酵后的蓼蓝叶再经过微波烘干机烘干，以杀灭残留的发酵菌群。烘干后的蓼蓝叶经过粉 碎 制成染料粉末或直接压实成为固体植物染料，成品植物染料含水率低于3％。
在上述步骤3)中控制脉冲固态发酵反应器的空气进气量，使发酵物的含水率保持在 50％～65％之间。
实施例一：蓼蓝叶高效固态发酵生产植物染料
选择晴天，在蓼蓝未开花前适时收割成熟的蓼蓝，整株距地3cm以上高度收割，收割时注意留根，以便蓼蓝后续继续生长。将收割的整株蓼蓝做茎叶分离，分离后的蓼蓝叶立即放入微波杀青机杀青。杀青后的蓼蓝叶自然晾干，将干燥成蓝黑的蓼蓝叶粉碎后加入发酵促进剂LB，发酵促进剂LB配制成3％的水溶液，再均匀喷洒在蓼蓝叶面上，使蓼蓝叶含水率在65％。
将含有发酵促进剂的蓼蓝叶放入脉冲固态发酵反应器。先做厌氧发酵一段时间，待其温度自然升高到50℃时，开启压力脉冲注入潮湿空气，注入无菌空气湿度75％，脉冲峰值0.2MPa，脉冲谷值在0.1MPa，脉冲周期60分钟，脉冲固态发酵反应器自动检测物料温度，当温度升高至50℃时自动开启注入或排出空气予以降温。物料在脉冲固态发酵反应器中发酵至蓼蓝叶不再自行升高温度为止，即不再自行发酵、发热。
发酵后的蓼蓝叶再经过微波烘干机烘干，以杀灭残留的发酵菌群。烘干后的蓼蓝叶经过粉 碎 制成染料粉末或直接压实成为固体植物染料，成品植物染料含水率低于3％。
实施例二：蓼蓝叶高效固态发酵生产植物染料
选择晴天，使用第二茬蓼蓝，在蓼蓝未开花前适时收割成熟的蓼蓝，整株距地3cm以上高度收割，收割时注意留根，以便蓼蓝后续继续生长。将收割的整株蓼蓝做茎叶分离，分离后的蓼蓝叶立即放入微波杀青机杀青。杀青后的蓼蓝叶自然晾干，将干燥成蓝黑的蓼蓝叶粉碎后加入发酵促进剂LB，发酵促进剂LB配制成5％的水溶液，再均匀喷洒在蓼蓝叶面上，使蓼蓝叶含水率在65％。
将含有发酵促进剂的蓼蓝叶放入脉冲固态发酵反应器。先做厌氧发酵一段时间，待其温度自然升高到50℃时，开启压力脉冲注入潮湿空气，注入无菌空气湿度80％，脉冲峰值 0.3MPa，脉冲谷值在0.15MPa，脉冲周期40分钟。采用较高的温度固态发酵可大幅缩短生产时间。脉冲式固态生物发酵器自动检测物料温度，当温度升高至50℃时自动开启注入或排出空气予以降温。物料在脉冲固态发酵反应器中发酵至蓼蓝叶不再自行升高温度为止，即不再自行发酵、发热。
发酵后的蓼蓝叶再经过微波烘干机烘干，以杀灭残留的发酵菌群。烘干后的蓼蓝叶经过粉 碎 制成染料粉末或直接压实成为固体植物染料，成品植物染料含水率低于3％。
实施例三：蓼蓝叶高效固态发酵生产植物染料
选择晴天，在蓼蓝未开花前适时收割成熟的蓼蓝，整株距地3cm以上高度收割，收割时注意留根，以便蓼蓝后续继续生长。将收割的整株蓼蓝做茎叶分离，分离后的蓼蓝叶立即放入微波杀青机杀青。杀青后的蓼蓝叶自然晾干，将干燥成蓝黑的蓼蓝叶粉碎后加入发酵促进剂LB，发酵促进剂LB配制成2％的水溶液，再均匀喷洒在蓼蓝叶面上，使蓼蓝叶含水率在60％。
将含有发酵促进剂的蓼蓝叶放入脉冲固态发酵反应器。先做厌氧发酵一段时间，待其温度自然升高到40℃时，开启压力脉冲注入潮湿空气，注入无菌空气湿度65％，脉冲峰值 0.25MPa，脉冲谷值在0.05MPa，脉冲周期90分钟。采用较低的发酵温度，可提高含蓝色素较低的蓼蓝叶的制成率。脉冲固态发酵反应器自动检测物料温度，当温度升高至40℃时自动开启注入或排出空气予以降温。物料在脉冲固态发酵反应器中发酵至蓼蓝叶不再自行升高温度为止，即不再自行发酵、发热。
发酵后的蓼蓝叶再经过微波烘干机烘干，以杀灭残留的发酵菌群。烘干后的蓼蓝叶经过粉 碎 制成染料粉末或直接压实成为固体植物染料，成品植物染料含水率低于3％。

Claims (1)

1.蓼蓝叶高效固态发酵生产植物染料的方法，其特征在于，具体方法如下：
1)在蓼蓝未开花前收割成熟的蓼蓝，整株距地3cm以上高度收割，将收割的整株蓼蓝做茎叶分离，分离后的蓼蓝叶放入微波杀青机杀青；
2)微波杀青后的蓼蓝叶进行自然干燥，将发酵促进剂配制成质量浓度为1％～5％的水溶液，均匀喷洒在干燥后的蓼蓝叶面上，使蓼蓝叶含水率在50％～65％；
3)将含有发酵促进剂的蓼蓝叶放入脉冲固态发酵反应器，先做厌氧发酵一段时间，待其温度自然升高到40～60℃时，开启压力脉冲注入潮湿空气，注入空气湿度为65％～90％，脉冲峰值为0.2～0.3MPa、脉冲谷值为0.05～0.15MPa，脉冲周期为30～120分钟，发酵至蓼蓝叶不再自行升高温度为止；
4)将发酵后的蓼蓝叶再经过微波烘干机烘干，烘干后的蓼蓝叶经过粉碎 制成染料粉末或直接压实成为固体植物染料，成品植物染料含水率低于3％；
在上述步骤3)中控制脉冲固态发酵反应器的潮湿空气进气量，使发酵物的含水率保持在50％～65％之间。
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