Uutto-olosuhteiden vaikutus kasviperäisen indigon saantoon
Siitonen, Jaakko (2010)
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201011052665
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201011052665
Tiivistelmä
Indigo on väriaine, jota valmistetaan petrokemianteollisuuden välituotteena syntyvästä aniliinista. Indigolla on kuitenkin pitkä historia. Sitä on valmistettu perinteisesti eri viljelykasveista, joista Euroopassa merkittävin on ollut morsinko. Luonnonmukaisten tuotteiden suosion kasvaessa on ryhdytty selvittämään morsingon viljelyn potentiaalia.
Viljelyn kannattavuuden kannalta olennaista on kasvin lehdissä esiintyvien indigon esiasteiden mahdollisimman täydellinen eristäminen. Indigoa tuotetaan uuttamalla indigon esiasteet veteen. Esiasteet hajoavat synnyttäen indoksyyliä, josta hapen vaikutuksella muodostuu indigoa. Syntynyt indigo saostuu ja laskeutuu pohjalle. Samalla kuitenkin tapahtuu epätoivottuja sivureaktioita, jotka vähentävät indigon saantoa.
Tutkimuksen tavoitteena oli laboratorio- ja kenttäkokeiden avulla löytää indigon saantoa parantavat uutto-olosuhteet. Kokeiden perusteella havaittiin, että indigon saantoon vaikuttavat positiivisesti pH:n laskeminen, lämpötilan nostaminen, morsingon lehtien pilkkominen ja uuttoliuoksen sekoittaminen. Uuttoliuoksen suolapitoisuuden havaittiin puolestaan vaikuttavan indigon saantoon negatiivisesti. Laboratoriokokeiden perusteella havaittu pH:n laskemisen vaikutus indigon saantoon todistettiin myös kenttäolosuhteissa.
Kokeiden havaintojen perusteella esitettiin olosuhteiden indigosaantoa parantavien vaikutusten johtuvan kahdesta tekijästä: indoksyylin stabiloitumisesta happamassa ympäristössä, jolloin sivureaktioiden osuus vähenee, sekä aineensiirron paranemisella sekoituksen, faasien rajapinnan kasvamisen ja etenkin lehtien vahakerroksen rikkoutumisen kuuman veden ja hapon vaikutuksesta. Indigo is a dye and it’s made of aniline which is an intermediate compound in petrochemical industry by-product of oil refining. However, indigo has long history. It has been traditionally produced from different crops, of which woad has been the most important plant in Europe. Recently, with the increased popularity to organic products, there has been more research on the potential of cultivation of woad.
Essential for the profitable cultivation of woad is that the separation of indigo precursors in the plant leaves is optimal. Currently indigo is produced by extracting the precursors with water. The precursors break down and indoxyl is formed. When oxygen is present, the indoxyl molecules react together and produce indigo. The formed indigo precipitates to the bottom. However there are some side reactions that reduce the yield of indigo.
The goal of the research was to find by laboratory experiments the extraction conditions that increase the extraction yield. The tests show that lower pH, higher temperature and chopped leaves in addition to stirring had positive impact on the yield. Addition of salt in the extraction water had negative impact. The positive properties of lower pH were also found to be true in field tests.
Based on the test results, two factors had effect on the increase of the yield: indoxyl is stabilized in low pH which reduces the amount of the side reactions and the mass transfer is more efficient with higher temperature, stirring, increase in the interfacial surface and especially with the breaking of the surface wax caused by acid and high temperature.
Viljelyn kannattavuuden kannalta olennaista on kasvin lehdissä esiintyvien indigon esiasteiden mahdollisimman täydellinen eristäminen. Indigoa tuotetaan uuttamalla indigon esiasteet veteen. Esiasteet hajoavat synnyttäen indoksyyliä, josta hapen vaikutuksella muodostuu indigoa. Syntynyt indigo saostuu ja laskeutuu pohjalle. Samalla kuitenkin tapahtuu epätoivottuja sivureaktioita, jotka vähentävät indigon saantoa.
Tutkimuksen tavoitteena oli laboratorio- ja kenttäkokeiden avulla löytää indigon saantoa parantavat uutto-olosuhteet. Kokeiden perusteella havaittiin, että indigon saantoon vaikuttavat positiivisesti pH:n laskeminen, lämpötilan nostaminen, morsingon lehtien pilkkominen ja uuttoliuoksen sekoittaminen. Uuttoliuoksen suolapitoisuuden havaittiin puolestaan vaikuttavan indigon saantoon negatiivisesti. Laboratoriokokeiden perusteella havaittu pH:n laskemisen vaikutus indigon saantoon todistettiin myös kenttäolosuhteissa.
Kokeiden havaintojen perusteella esitettiin olosuhteiden indigosaantoa parantavien vaikutusten johtuvan kahdesta tekijästä: indoksyylin stabiloitumisesta happamassa ympäristössä, jolloin sivureaktioiden osuus vähenee, sekä aineensiirron paranemisella sekoituksen, faasien rajapinnan kasvamisen ja etenkin lehtien vahakerroksen rikkoutumisen kuuman veden ja hapon vaikutuksesta.
Essential for the profitable cultivation of woad is that the separation of indigo precursors in the plant leaves is optimal. Currently indigo is produced by extracting the precursors with water. The precursors break down and indoxyl is formed. When oxygen is present, the indoxyl molecules react together and produce indigo. The formed indigo precipitates to the bottom. However there are some side reactions that reduce the yield of indigo.
The goal of the research was to find by laboratory experiments the extraction conditions that increase the extraction yield. The tests show that lower pH, higher temperature and chopped leaves in addition to stirring had positive impact on the yield. Addition of salt in the extraction water had negative impact. The positive properties of lower pH were also found to be true in field tests.
Based on the test results, two factors had effect on the increase of the yield: indoxyl is stabilized in low pH which reduces the amount of the side reactions and the mass transfer is more efficient with higher temperature, stirring, increase in the interfacial surface and especially with the breaking of the surface wax caused by acid and high temperature.