Nghiên cứu trích ly hợp chất màu tự nhiên từ vỏ, bã cà phê ứng dụng trong công nghệ nhuộm vải tơ tằm phần 1 luận văn thạc sĩ

i BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NGUYỄN HIỀN ĐỨC NGHIÊN CỨU TRÍCH LY HỢP CHẤT MÀU TỰ NHIÊN TỪ VỎ, BÃ CÀ PHÊ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ NHUỘM VẢI TƠ TẰM Chuyên ngành KỸ THUẬT HÓA HỌC Mã chuyên ngành 8520301 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021 ii Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Công nghiệp TP Hồ Chí Minh Người hướng dẫn khoa học TS Phạm Thị Hồng Phượng Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường Đại Học C.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NGUYỄN HIỀN ĐỨC NGHIÊN CỨU TRÍCH LY HỢP CHẤT MÀU TỰ NHIÊN TỪ VỎ, BÃ CÀ PHÊ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ NHUỘM VẢI TƠ TẰM Chuyên ngành: KỸ THUẬT HÓA HỌC Mã chuyên ngành: 8520301 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021 i Cơng trình hồn thành Trường Đại học Cơng nghiệp TP Hồ Chí Minh Người hướng dẫn khoa học: TS Phạm Thị Hồng Phượng Luận văn thạc sĩ bảo vệ Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường Đại Học Công nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021 Thành phần Hợi đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: - Chủ tịch Hội đồng - Phản biện - Phản biện - Ủy viên - Thư ký CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC PGS.TS Nguyễn Văn Cường ii BỘ CƠNG THƯƠNG CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP Độc lập - Tự - Hạnh phúc THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Hiền Đức MSHV: 18000091 Ngày, tháng, năm sinh: 15/12/1994 Nơi sinh: ĐắkLắk Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã chuyên ngành: 8520301 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu trích ly hợp chất màu tự nhiên từ vỏ, bã cà phê ứng dụng công nghệ nhuộm vải tơ tằm NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: − Trích ly hợp chất màu tự nhiên từ vỏ, bã cà phê − Xác định quy trình trích ly nḥm tối ưu − Xác định thành phần dịch chiết phương pháp hóa lý − Xác định khả liên kết chất màu tự nhiên với vải tơ tằm II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 24/06/2020 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 23/12/2020 IV NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Phạm Thị Hồng Phượng TP Hồ Chí Minh, ngày NGƯỜI HƯỚNG DẪN tháng năm 2021 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TS Phạm Thị Hồng Phượng TRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC PGS.TS Nguyễn Văn Cường iii LỜI CẢM ƠN Để hồn thành q trình nghiên cứu hồn thiện luận văn này, lời xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn TS Phạm Thị Hồng Phượng, khoa Công nghệ Hóa học, trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh, hướng dẫn tận tình, truyền đạt kiến thức, kỹ kinh nghiệm quý báu tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Bên cạnh đó, vô biết ơn đến dạy dỗ, động viên, hỗ trợ PGS TS Nguyễn Văn Cường, thầy khoa Cơng nghệ Hóa học trường Đại học Cơng nghiệp TP Hồ Chí Minh tạo điều kiện sở vật chất trình thực nghiệm Tôi xin gửi lời cảm ơn gia đình tơi ln bên cạnh ủng hợ, khuyến khích chỗ dựa vững để tơi vượt qua khó khăn, vững niềm tin hồn thành luận văn Thành tựu khơng thể có khơng có họ Tuy hồn thành luận, hẳn tránh khỏi hạn chế thiếu sót Tơi mong muốn nhận nhiều đóng góp q báu đến từ q thầy cơ, để đề tài hồn thiện có ý nghĩa thiết thực áp dụng thực tiễn cuộc sống Trân trọng TP Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2021 Học viên Nguyễn Hiền Đức iv TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Trong nghiên cứu này, trình khảo sát bã, vỏ cà phê bao gồm hai cơng đoạn chính: khảo sát thơng số ảnh hưởng đến q trình trích ly nhuộm tỉ lệ, thời gian, nhiệt độ, Điều kiện trích ly tối ưu thu dịch chiết từ bã cà phê: tỉ lệ bã/nước 1/4, thời gian 75 phút, nhiệt đợ 80 oC; cịn vỏ cà phê: tỉ lệ bã/nước 1/8, thời gian 60 phút, nhiệt độ 80 oC Điều kiện tối ưu quy trình nḥm bã cà phê: dung tỉ 1/40, tỉ lệ dịch chiết bã /nước 1/5, thời gian 90 phút nhiệt đợ 60 oC; cịn dịch chiết từ vỏ cà phê: dung tỉ 1/40, tỉ lệ dịch chiết vỏ /nước 1/2, thời gian 80 phút nhiệt độ 80 oC Xác định thành phần trích ly bã, vỏ cà phê phương pháp đo quang phổ hồng ngoại (FT-IR); để đánh tính chất vải tơ tằm nḥm dịch chiết từ bã, vỏ cà phê tiến hành đo L,a,b, chụp bề mặt vải kính hiển vi điện tử quét (SEM) đo phổ nhiễu xạ tia X (XRD) Kết cho thấy, hợp chất màu trích ly từ bã, vỏ cà phê dùng để nhuộm lụa tơ tằm cho độ bền màu tốt thể qua tiêu đánh giá Đồng thời, kết nghiên cứu mang lại lợi ích cho mơi trường, kinh tế xã hợi Từ khóa: Thuốc nhuộm tự nhiên, bã cà phê, vỏ cà phê, lụa tơ tằm ABSTRACT v In this study, the process of surveying coffee grounds (SGC) and husk coffee (HC) of two main stages: investigating parameters affecting the extraction and dyeing process such as ratio, time, temperature, oxidation, etc Optimal extraction conditions obtained for SGC extract : ratio of SGC / water 1/4, time of 75 minutes at 80 oC; and HC extract: the ratio of HC / water 1/8, time of 60 minutes at 80 oC Optimal conditions of the dyeing process for SGC extract: ratio of SGC extract / fabric is 1/5, time of 90 minutes at 60 °C; and HC extracts: ratio of HC extract / fabric is 1/2, time of 80 minutes at 80 oC Determination of extracting composition in SGC and HC by the FT-IR method; to evaluate the properties of silk fabric dyed with residue extract from SGC and HC are measured L, a, b The fabric surface by SEM method and measure X-ray diffraction spectroscopy (XRD) The results showed that, the color compounds extracted from SGC and HC used to dye silk had good color fastness, which was shown through the evaluation criteria And the results of this study also benefit the environment, economy and society Key words: Natural dyes; Spent coffee ground (SCG); Husk coffee (HC); Silk vi LỜI CAM ĐOAN Tôi tên Nguyễn Hiền Đức học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật Hóa học, lớp CHHO8A trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh Cam đoan rằng: − Những kết nghiên cứu trình bày luận văn cơng trình riêng tác giả hướng dẫn TS Phạm Thị Hồng Phượng, khoa Cơng nghệ Hóa học, Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh − Những kết nghiên cứu tác giả khác số liệu sử dụng luận văn có trích dẫn đầy đủ Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm nghiên cứu TP Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2021 Học viên Nguyễn Hiền Đức vii MỤC LỤC MỤC LỤC viii DANH MỤC HÌNH ẢNH xi DANH MỤC BẢNG BIỂU xiii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xiv MỞ ĐẦU .1 Đặt vấn đề .1 Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu .2 Ý nghĩa thực tiễn đề tài .3 CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan trích ly 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng 1.2 Chất màu tự nhiên 1.2.1 Lịch sử phát triển 1.2.2 Một số thuốc nhuộm thiên nhiên 1.3 Tổng quan cà phê .8 1.3.1 Giới thiệu cà phê 1.3.2 Đặc tính cà phê 1.4 Tổng quan vải tơ tằm .19 1.4.1 Đặc điểm cấu tạo 19 1.4.2 Tính chất vật lý 20 1.4.3 Tính chất hóa học .21 1.5 Một số nghiên cứu nhuộm màu tự nhiên .22 1.5.1 Một số nghiên cứu giới .22 1.5.2 Một số nghiên cứu nước 22 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 24 2.1 Nguyên liệu, thiết bị hóa chất sử dụng 24 viii 2.1.1 Nguyên vật liệu .24 2.1.2 Hóa chất, thiết bị .24 2.2 Phương pháp đánh giá kết nghiên cứu 25 2.3 Phương pháp tính tốn màu sắc vải .28 2.4 Các phương pháp kiểm tra tiêu đợ bền tính sinh thái vải tơ tằm 30 2.4.1 Kiểm tra tiêu bền màu 30 Ta tiến hành đo L, a, b tính đợ lệch màu ΔEch suy độ mềm màu 31 2.5 Quy trình nghiên cứu 31 2.6 Khảo sát trình trích ly bã vỏ cà phê 33 2.6.1 Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ bã (vỏ)/nước đến khả trích ly 33 2.6.2 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt đợ đến khả trích ly bã vỏ cà phê 33 2.6.3 Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến khả trích ly bã vỏ cà phê .34 2.6.4 Trích ly theo điều kiện tối ưu đo mẫu 35 2.7 Khảo sát q trình nḥm từ dịch chiết bã vỏ cà phê 35 2.7.1 Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ dịch chiết/ nước đến khả nhuộm màu .35 2.7.2 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến khả nhuộm màu 36 2.7.3 Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến khả nhuộm 36 2.7.4 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ H2O2 đến khả nḥm 37 2.7.5 Trích ly theo điều kiện tối ưu đo mẫu 38 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 39 3.1 Kết khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến q trình trích ly bã cà phê 39 3.1.1 Kết khảo sát tỉ lệ bã /nước đến hiệu trích ly .39 3.1.2 Kết khảo sát nhiệt độ đến hiệu trích ly .40 3.1.3 Kết khảo sát thời gian đến hiệu trích ly 41 3.1.4 Điều kiện trích ly tối ưu 42 3.1.5 Kết FT-IR 42 3.2 Kết khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến q trình nḥm vải tơ tằm dịch trích ly bã cà phê 44 3.2.1 Kết khảo sát tỉ lệ dịch chiết bã cà phê/nước tới khả nhuộm màu .44 3.2.2 Kết khảo sát thời gian tới khả nhuộm màu .45 3.2.3 Kết khảo sát nhiệt độ khả nhuộm màu 47 ix 3.2.4 Kết khảo sát nồng độ H2O2 49 3.2.5 Kết phân tích vải tơ tằm phương pháp nhiễu xạ tia X 50 3.2.6 Kết phân tích vải tơ tằm hiển vi điện tử quét (SEM) 52 3.2.7 Kết FT-IR dịch chiết bã cà phê sau nhuộm 53 3.3 Kết khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến q trình trích ly vỏ cà phê 54 3.3.1 Kết khảo sát tỉ lệ 54 3.3.2 Kết khảo sát nhiệt độ 55 3.3.3 Kết khảo sát thời gian 56 3.3.4 Điều kiện trích ly tối ưu 57 3.3.5 Kết FT-IR 57 3.4 Kết khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến q trình nḥm vải tơ tằm dịch trích ly vỏ cà phê .58 3.4.1 Kết khảo sát tỉ lệ dịch chiết /nước .58 3.4.2 Kết khảo sát thời gian 60 3.4.3 Kết khảo sát nhiệt độ 62 3.4.4 Kết khảo sát nồng độ H2O2 64 3.4.5 Kết phân tích vải tơ tằm phương pháp nhiễu xạ tia X 65 3.4.6 Kết phân tích vải tơ tằm hiển vi điện tử quét (SEM) 66 3.4.7 Kết FT-IR dịch chiết vỏ cà phê sau nhuộm 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 69 Kết luận .69 Kiến nghị 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 PHỤ LỤC 74 x cà mít từ hình dáng mà Rễ cà phê thuộc dạng rễ cọc, đâm sâu vào đất – 2m, bên cạnh cịn có hệ thống rễ phụ tỏa xung quanh, nằm sát mặt đất để hút chất dinh dưỡng Hoa cà phê: Hoa cà phê có màu trắng, cánh, thường nở thành chùm Nếu để tự nhiên hoa nở rải rác quanh năm, trồng trọt người ta thường tiến hành tưới vào đầu mùa khơ để kích thích hoa đồng loạt Hoa nở kéo dài 3-4 ngày, thời gian thụ phấn vài đồng hồ Khi hoa nở có mùi thơm rất dễ chịu Nếu có dịp du lịch Tây Nguyên vào mùa tưới cà phê, bạn dễ dàng bắt gặp hình ảnh trang trại cà phê đồng loạt nở hoa trắng xóa, tỏa hương thơm ngào ngạt Quả phê: Sau thụ phấn phát triển đến tháng có hình bầu dục, bề giống anh đào Trong thời gian chín, màu sắc thay đổi từ xanh sang vàng cuối đỏ Thông thường một cà phê chứa hai hạt Chúng bao bọc lớp thịt bên Hai hạt cà phê nằm ép sát vào Mặt tiếp xúc chúng mặt phẳng, mặt hướng bên ngồi có hình vịng cung Mỗi hạt cịn bão vệ hai lớp màng mỏng: một lớp màu trắng, bám chặt lấy vỏ hạt; một lớp màu vàng rời rạc bọc bên ngồi Hạt có hình trịn dài, lúc cịn tươi có màu xám vàng, xám xanh xanh Thỉnh thoảng gặp có mợt hạt (do có mợt nhân hai hạt bị dính lại thành mợt) [7] 1.3.2.1 Vỏ hạt cà phê Phần vỏ (Skin) gồm lớp: Lớp vỏ (Outer Skin): Vỏ hình thành một lớp tế bào nhu mô nhỏ (các tế bào sơ cấp có chứa lục lạp có khả hấp thụ nước) Màu sắc vỏ bắt đầu hình thành có màu xanh diện lục lạp sau biến mất chin [8] Màu sắc trưởng thành phụ thuộc vào giống cà phê, phổ biến nhất màu đỏ màu vàng Màu da đỏ đến từ sắc tố anthocyanin, màu vàng quy cho luteolin [7] Lớp vỏ thịt (Pulp or Mucilage) Trong cà phê chưa chín, mơ cứng gắn liền với vỏ quả, trưởng thành, enzyme pectolytic phá vỡ chuỗi pectic tạo thành hợp chất đường pectin làm nên mợt cấu trúc mềm, mọng nước có đợ nhớt cao nên thường gọi chất nhầy (Mucilage) Trong phương pháp chế biến ướt, lớp chất nhầy loại bỏ thơng qua q trình lên men có kiểm sốt Trong đó, với kỹ thuật chế biến khơ, chất nhầy với vỏ giữ nguyên trình sấy khơ Thành phần hóa học vỏ thịt vơ quan trọng tiền thân hương vị mùi thơm cà phê rang Các hợp chất hóa học tìm thấy vỏ thịt phân loại hịa tan khơng hịa tan nước Các hợp chất hịa tan nước caffeine, trigonelline, acid nicotinic (niacin), nhất 18 acid chlorogen, monosacarit, disacarit oligosacarit, một số protein khống chất acid carboxylic Các thành phần khơng hòa tan nước bao gồm cellulose, polysacarit, lignin hemiaullulose, mợt số protein, khống chất lipid [7] Đối với cà phê mới thu hoạch, đợ ẩm trung bình chất nhầy khoảng 85% Ngoài nước, chất nhầy rất giàu fructose (27% khối lượng khô), glucose (21%), sucrose (9%) acid hữu (7,3%), acid malic, acid quinic acid gluconic phong phú nhất [8] 1.3.2.2 Nhân cà phê Phần quan trọng nhất nhân cà phê, chịu trách nhiệm trích lũy chất dinh dưỡng cho q trình nẩy mầm phơi Mợt cà phê thơng thường có nhân (cá biệt có nhân) Thành phần hóa học nhân vơ quan trọng xem tiền thân hương vị mùi thơm sau cà phê rang Các hợp chất hóa học tìm thấy nợi nhũ kể đến bao gồm: Các hợp chất tan nước caffeine, trigonelline, acid nicotinic (niacin), nhất 18 đồng phần acid chlorogenic, thành phần Cacbohydrat (Mono-, di- oligosacarit) một số protein khoáng chất acid carboxylic… Trong thành phần khơng hịa tan nước bao gồm cellulose, polysacarit, lignin hemiaullulose, một số protein, khoáng chất lipid [7] Trong lớp nhân cà phê phơi (tức Embryo hay cịn gọi nội nhũ) bao gồm một trục phôi (hypocotyl) hai mầm dài từ 3-4 mm Khi hạt bắt đầu nảy mầm trục 10 phôi kéo dài đẩy hạt lên mặt đất Các mầm ban đầu lòng đất sau đo mầm hình thành So với phần thịt quả, nợi nhũ có hàm ẩm khoảng 51% với lượng sucrose cao (8% khối lượng khô) nồng độ monosacarit thấp, acid hữu phổ biến nhất (2,4%) acid citric, acid malic acid quinic Ngoài ra, nồng độ trigonelline (1,0%) caffeine (0,9%) nội nhũ cao chất nhầy, nồng độ acid axetic thấp [8] Thành phần hóa học có hạt cà phê [9]: ❖ Nhóm chất hữu có cà phê − Nước: hạt cà phê tươi có đợ ẩm tuyệt đối, với hàm lượng nước cao loại nấm mốc phát triển mạnh làm hỏng hạt đồng thời rang tốn nhiều nhiên liệu thất hương nhiều Vì thơng qua phương pháp chế biến cà phê hàm lượng nước giảm xuống 10 -12% cà phê bão quản lâu Hàm lượng nước sau rang khoảng -3% − Các loại Cacbohydrat (Glucid) cà phê: chiếm ½ tổng số chất khơ, đại bợ phận khơng tham gia vào thành phần nước uống mà cho màu vị caramen Đường có cà phê trình thủy phân tác dụng acid hữu enzim thủy phân Hàm lượng Saccharose có cà phê phụ tḥc vào đợ chín quả, chín hàm lượng cao Saccharosa bị caramen hóa q trình rang tạo thành hương vị cho nước cà phê − Thành phần Protein cà phê: hàm lượng protein khơng cao đóng vai trị quan trọng giúp hình thành hương vị cà phê trình rang qua phản ứng Maillard với loại đường có cà phê Bằng phương pháp định tính người ta nhận thấy thành phần protein có acid amin như: cystein, alanie ,phenylalanine, histidine, leucine, lysine, derine… Các acid amin thấy dạng tự do, chúng giải phóng tác dụng với tác dụng với chất tạo mùi vị cho cà phê rang.Trong chất acid amin kể đáng ý nhất acid amin có chứa lưu huỳnh cystein , methionine proline…chúng góp phần tạo hương đặc trưng cà phê sau 11 rang Đặc biệt, methionine proline có tác dụng làm giảm oxy hóa chất thơm, làm cho cà phê rang giữ mùi vị bảo quản − Các acid hữu cơ: thành phần acid cà phê bao gồm một tập hơp khoảng 30 loại acid hữu khác nhau, với một số loại acid quan trọng như: acid acetic, acid citric, acid chlorogenic, acid phosphoric…Các acid hữu góp phần tạo nên đặc tính acidity (đợ chua) cà phê Thành phần hàm lượng acid cà phê phụ thuộc vào giống cà phê đồng thời thay đổi liên tục trình chế biến, mà phần lớn trình lên men, rang cà phê, một số loại acid mất đáng kể, một số loại khác lại sinh − Lipid cà phê: Hàm lượng lipid cà phê khác nhàu tùy thuộc vào giống loài Arabica thường chứa nhiều lipid so với người anh em Robusta, trung bình 15-17% 10-11,5% Với hạt cà phê thực tế, có mợt tỉ lệ nhỏ dầu thực tồn dạng sáp bao phủ hạt cà phê (7-8%), phần lớn phân phối nội nhũ (chiếm khoảng 90%) – Các bạn xem chi tiết loại chất béo cà phê Về chất lượng, arabica chứa lipid nhiều gần 60% so với robusta – Có thể đóng vai trị quan trọng việc lưu giữ mùi hương Một nghiên cứu cà phê Trung Mỹ, cho thấy mối tương quan trực tiếp hàm lượng lipid chất lượng hương vị nói chung [9] Lipid hay gọi đơn giản chất béo, đóng mợt vai trò quan trọng chất lượng cà phê, chủ yếu bao gồm triacylglycerol, sterol tocopherols (vitamin E) Tuy nhiên, tùy theo phương pháp pha chế sử dụng mà hàm lượng lipid thu cốc khác Các nghiên cứu phương pháp pha cà phê lọc (drip coffee với giấy lọc) giữ lại miligam lipid, trình đun sơi espresso giữ lại từ 60 đến 160 miligam lipid cốc (150 ml) Một lượng lớn hương vị cà phê hòa tan acid béo giải thích cà phê pha drip có cảm giác sạch, trơn miệng so sánh với cà phê pha phương pháp khơng lọc [10] 12 ❖ Nhóm chất hương, chất khống [11]: − Các alcaloid: cà phê có nhiều alcaloid như: caffeine, trigonulin, colin Trong quan trọng nghiên cứu nhiều caffeine trigonelline Caffeine (C8H10N4O2) gọi trimethylxanthine, cà phê caffein đóng góp khoảng 10% vào vị đắng (bitterness) cà phê, phần nhiều lại trigonelline gây − Trong cà phê, caffeine có vai trị mợt chất chống trùng Hàm lượng caffeine trung bình cà phê robusta cao so với cà phê arabcia nên khả chống chịu sâu bệnh tốt Mặc dù nhiều nghiên cứu cơng nhận lành tính khơng tác đợng xấu đến sức khỏe Tuy nhiên, liều lượng sử dụng caffeine khác với người tùy thuộc vào thể trạng, mức độ mẫn cảm… − Chất thơm: cà phê hàm lượng chất thơm nhỏ, hình thành tích lũy hạt Sự tích lũy chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố đất đai, khí hậu nhất chủng loại cà phê Sự tích lũy chất thơm hạt nói riêng cấu trúc hương vị cà phê chịu ảnh hưởng rất lớn độ cao, loại cà phê trồng cao, phẩm chất hạt tốt 1.3.2.3 Bã cà phê Cà phê xanh chứa nhiều hợp chất hữu có giá trị cao sức khỏe người Tuy thành phần hạt cà phê có thay đổi sau trải qua trình rang xay nhóm hợp chất giữ nguyên Các nhà khoa học nghiên cứu rằng, hợp chất ấy khơng thể trích ly hết pha chế thức uống cà phê mà phần lớn nằm lại phần xác bã cà phê Thành phần bã cà phê rất đa dạng, từ nhóm carbohydrates, protein, lipid hợp chất có giá trị sinh học caffeine, polyphenols… Tùy vào loại cà phê cách thức pha chế mà hàm lượng chất bã khác Bã cà phê thường có màu từ nâu đen đến đen đậm độ ẩm cao (trên 50%) lượng nước sử dụng để chế biến lưu giữ lại [12] Sự tăng trưởng sản xuất tiêu thụ cà phê đưa đến mợt kết tất yếu lượng phế phẩm thải từ ngành tăng Phế phẩm thịt chiếm gần một 13 nửa sản lượng cà phê thu hoạch Theo nghiên cứu tác giả Eunmi Koh Kyung Hwa Hong dư lượng bã cà phê sau sử dụng chế biến đồ uống 40%, ước tính có 3,6 triệu tấn bã cà phê thải triệu tấn tiêu thụ tồn giới [13] Cứ theo mà làm phép tính, ta ước đốn có hàng triệu tấn bã cà phê thải hàng năm Chỉ tính riêng Việt Nam, năm có gần 382.500 tấn bã cà phê thải từ doanh nghiệp sản xuất cà phê hòa tan Lượng bã cà phê thải lớn vậy, chúng hoàn toàn khơng xử lý mợt cách thỏa đáng, chí cịn gây lo ngại vấn đề mơi trường Năm 2014, triệu tấn bã cà phê xử lý cách chôn xuống đất Tuy nhiên, thời gian để bã phân hủy lâu (hơn tháng), bã cà phê lại chứa nhiều loại hợp chất có nguy ảnh hưởng xấu đến mơi trường đất Ngồi cách chơn xuống đất, bã cà phê cịn xử lý cách đốt Khi đốt cháy, chất hữu cịn sót lại bã chuyển thành CO2, nước mợt số khí đợc SO2, NO2, gây nhiễm khơng khí Có thể thấy, dù tính hiệu không cao hai cách đến hai cách xử lý bã cà phê Cà phê xanh chứa nhiều hợp chất hữu có giá trị cao sức khỏe người Tuy thành phần hạt cà phê có thay đổi sau trải qua trình rang xay, nhóm hợp chất giữ nguyên Các nhà khoa học nghiên cứu rằng, hợp chất ấy khơng thể trích ly hết pha chế thức uống cà phê mà phần lớn nằm lại phần xác bã cà phê Thành phần bã cà phê rất đa dạng, từ nhóm carbohydrates, protein, lipid hợp chất có giá trị sinh học caffeine, polyphenols…Tùy vào loại cà phê cách thức pha chế mà hàm lượng chất bã khác [14] Najdanovic-Visak cộng thực thử nghiệm sâu rợng quy trình sản x́t dầu diesel sinh học từ bã cà phê qua sử dụng, nghiên cứu sản xuất quy mô cơng nghiệp cung ứng 10-20% sản lượng dầu sinh học [36] Các hợp chất phenolic chất chống oxy hố cịn lại bã cà phê xác định phổ FT-NIR, đánh giá cịn có giá trị sử dụng lĩnh vực mỹ phẩm [37] Bã cà phê có hàm lượng hợp chất hữu nên sử dụng làm phân bón, nhiên việc bón trực tiếp bã cà phê qua sử dụng có hại cho đất 14 hàm lượng phenol cao, độ pH thấp… Nghiên cứu Hardgrove Livesley với việc trộn 40% bã cà phê than bùn cho loại phân bón có chất lượng tương tự phân bón hố học, nghiên cứu chứng minh rau diếp, rau cải xanh…[38] Bã cà phê nguồn nguyên liệu phế thải, tái sinh nghiên cứu nhiều lĩnh vực, mang lại tiềm lớn kinh tế làm giảm thiểu nhiễm mơi trường 1.3.2.4 Các chất mang màu có vỏ, bã cà phê ❖ Sắc tố vàng họ Flavonoid [14]: Lá cà phê chứa một số flavonoid (chẳng hạn kamferol hay quercetin) chất tannin (như punicalin, punicalagin, tercatin), chất saponin phytosterol Flavonoid mợt nhóm hợp chất phenol lớn thường gặp thực vật Hơn mợt nửa rau thường dùng có chứa flavonoid Flavonoid thành phần hay gặp dược liệu nguồn gốc thực vật Cho đến có khoảng 4.000 chất xác định cấu trúc Chỉ riêng nhóm flavon flavonol với nhóm OH OCH3 theo lý thuyết gặp 38.627 chất Phần lớn chất flavonoid có màu vàng (flavonoid từ flavus có nghĩa màu vàng) Tuy nhiên mợt số có màu xanh, tím đỏ, mợt số khác lại khơng có màu tḥc nhóm flavonoid Trong thực vật có mợt số nhóm hợp chất khác khơng tḥc flavonoid lại có màu vàng xanthon, cần ý để khỏi nhầm lẫn Flavonoid hợp chất màu phenol thực vật, tạo nên màu cho rất nhiều rau, quả, hoa, Phần lớn flavonoid có màu vàng (do từ flavus màu vàng), vậy, mợt số sắc tố có màu xanh, tím, đỏ, khơng màu xếp vào nhóm mặt hóa học chúng có sườn Flavonoid có cấu trúc 1,3diphenylpropan, nghĩa hai vịng benzen A B nối qua mợt dây có cacbon, nên gọi C6- C3- C6 Các cách đánh số tùy theo dây C3 đóng hay mở Nếu dây C3 đóng dị vòng với dị nguyên tố oxygen mang số đánh tiếp 15 đến vòng A, vòng B đánh số phụ Nếu dây C3 hở, đánh số vòng B đánh số phụ vòng A [15] Hình 1.1 Cách đánh số thứ tự cấu trúc Flavonoid Thường Flavonoid có mang mợt nhiều nhóm – OH vị trí nhân A vị trí 3, 4, nhân B Các flavonoid diện dạng tự hay glycoisd Các đường thường gặp nhất đường D-glucosc, D-glactose, L-rhamnose, L-arabinose, D-xylose, D-apiose acid uronic Các flavonoid phân thành nhiều nhóm với cấu trúc khác nhau, dựa vào việc sinh tổng hợp, trình bày sơ đồ sinh tổng hợp flavonoid sau: Sắc tố vàng họ flavonoid tìm thấy tự nhiên bao gồm chalcone, hợp chất dị vịng mợt vài flavonoid Chalcone diện tự nhiên, flavonoid flavononol gặp, flavon flavonol phân bố rộng rãi tự nhiên Các glycoside flavonol như: rutin, quercitrin, kaempherol rất thường xuất Do có nhiều nhóm – OH phenol nên có flavonoid liên kết với để tạo thành phức tạp tạo với hợp chất khác Các hợp chất dị vòng tạo sắc tố vàng đậm, mơ tả nhóm nhỏ nhất hợp chất flavonoid nhận biết Các hợp chất dị vòng hình thành q trình oxi hóa chalcone trình chiết tách tinh chế sản phẩm Các chalcone hoạt động trạng thái trung gian nhiều màu sắc trình tổng hợp sinh học Các chalcone với mợt nhóm hydroxyl tự khơng bị thay vị trí C6 tự đóng vịng tạo flavonol khơng màu Các flavonol sinh màu vàng nhạt so với sắc tố flavonoid chúng hấp thu dải bước sóng thấp Hầu hết flavonol có cợng thêm mợt nhóm hydroxyl nḥm vào vịng A, phổ biến vị trí C8 Tất màu vàng sinh từ flavonoid nhạt tác động điều kiện (pH, nhiệt đợ, tác nhân oxy hóa, ) anthocyanidin [16] 16 Anthocyanidin (orange to violet) Aurone (pale yellow) Hình 1.2 Cấu trúc màu sắc dạng anthocyanidin Sự phong phú màu vàng họ flavonoid loài carthamus, sử dụng chủ yếu nước giải khát Việc sử dụng dịch chiết để làm màu thực phẩm cho phép Mỹ Tuy nhiên, mợt số hợp chất có mùi hương vị đặc trưng tồn sản phẩm không dễ dàng tách ra, điều tạo khác biệt cao việc sử dụng màu sắc ❖ Tanin [17]: Từ “tannin” dùng vào năm 1976 để chất có mặt dịch chiết thực vật có khả kết hợp với protein da sống động vật làm cho da biến thành da thuộc không thối bền Do đó, tannin định nghĩa hợp chất polyphenol có thực vật, có vị chát phát với thí nghiệm tḥc da định lượng dựa vào mức độ hấp phụ bột da sống chuẩn Định nghĩa không bao gồm phenol đơn giản hay gặp với tannin acid gallic, chất catechin, acid chlorogenic,…mặc dù chất điều kiện nhất định cho kết tủa với gelatin một phần bị giữ bột da sống Chúng gọi pseudotanin Phân tử lượng tannin phần lớn nằm khoảng 500- 5000 đvc 17 Khi đun chảy tannin môi trường kiềm thu chất sau: Pyrocatechin Acidpyrocatechin Pyrogallol Acidgallic Phloroglucin Hình 1.3 Sản phẩm thu đun nóng tannin mơi trường kiềm Tannin có vỏ, gỗ, sồi, sú, vẹt, thông, chè,…đặc biệt một số tannin lại tạo thành bệnh lý mợt lồi sâu chích vào để đẻ trứng tạo nên “Ngũ bội tứ” Một số loại Ngũ bội tứ chứa đến 50%- 70% tannin Tanin nằm nhóm màu từ vàng nhạt đến nâu nhạt góp phần tạo nên màu sắc thực phẩm đồ uống, kể nước ép trái cây, rượu whisky x́t xứ từ Mỹ tồn bợ sản phẩm từ lúa mì Proanthocyanidin chiết từ lúa mạch vai trị chúng việc làm kết tủa protein suốt trình sản xuất bia, biết đến “chất keo tụ protein” (“chilling haze”) Đặc thù proanthocyanidin khơng màu, chuyển màu suốt trình chế biến thực phẩm Sự có mặt proanthocyanidin lần tìm thấy hạt ca cao, xử lý điều kiện nhiệt độ hay acid hợp chất bị thủy phân thành cyaniding epicatechin 18 Hình 1.4 Biến đổi Proanthocyanidin môi trường acid 1.4 Tổng quan vải tơ tằm 1.4.1 Đặc điểm cấu tạo Tơ tằm kết hóa rắn chất lỏng nhớt tằm tiết ra, loại sâu bướm chủ yếu sống ăn dâu Sâu bướm có tuyến sản sinh xerixin hai bên sườn ống dạng phễu hẹp Ở cuối thân sâu tằm, hai ống hợp lại hình thành mợt kênh tiết dịch ngắn nhất Có nhiều giống tằm ni để lấy tơ, chu kì sinh trưởng đến thời gian trưởng thành chúng nhả tơ thành kén, sợi tơ tằm nhả gồm sợi nhỏ nằm bên cấu tạo từ fibroin phần bao bọc bên ngồi keo xerixin Chính fibroin tạo thành tính chất tơ tằm Xerixin có thành phần tương tự fibroin tới tỉ lệ khác trộn với sáp chất khống, bao quanh fibroin hình thành “keo” tơ Khi ươm tơ, nước sôi làm tan một phần keo xerixin tách sợi tơ từ kén tằm Tơ mộc thường chứa 70 – 80% fibroin 20 – 30% xerixin, lại tạp chất khác như: nước 10 – 11%, chất khoáng – % Trong mợt kén tằm cho loại tơ khác như: tơ nõn mảnh mềm dệt lụa, tơ nái thô cứng dệt đũi áo kén cuối phải xử lí để xé thành xơ sử dụng cho kéo sợi, tạo màng xơ, đệm xơ 19 chất lượng cao Các giống tằm, thời vụ đặc biệt điều kiện môi trường tằm nhả tơ khác ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất tơ tằm Nhưng nhìn chung đặc điểm cấu tạo tính chất tơ tằm giống Các loại tơ mợc phải xử lí chuội làm keo xerixin, sau chuội, tơ tằm chứa đến gần 100% fibroin Fibroin tơ tằm có cấu trúc mạch thẳng, loại protein hình thành từ amino acid đơn giản có phân tử nhỏ tạo thành mạch đại phân tử polypeptit thẳng, khơng có nhánh cấu trúc tơ tằm chặt chẽ Những đoạn mạch thẳng nằm sát tạo thành pha tinh thể chiếm tỉ lệ cao đảm bão đủ độ bền học cho sọi tơ để dệt vải (không cần đến gian đoạn kéo sợi) [18] 1.4.2 Tính chất vật lý Mặt cắt ngang sợi tơ có hình dạng tam giác với góc trịn Vì có hình dạng tam giác nên ánh sáng rọi vào nhiều góc đợ khác nhau, sợi tơ óng ánh tự nhiên Người cầm cảm nhận vẻ mịn mượt mà lụa không giống loại vải dệt từ sợi nhân tạo 1.4.2.1 Tính bền đứt độ giãn đứt: Vải tơ tằm vật liệu dệt tự nhiên có đợ bền cao nhất, nhiên cịn phụ tḥc vào giống tằm kén tằm Sợi tơ tằm ăn dâu có đợ bền đứt khoảng 2,4- 2,6 CN/tex, tương đương với loại tơ tằm ăn dâu cấp thấp 1.4.2.2 Độ bóng cảm giác sờ tay: Sau chuội, tơ tằm có đợ bóng rất đặc biệt Đợ bóng tơ cịn tùy tḥc vào tính chất sợi tơ đơn chịu ảnh hưởng phương pháp xử lý tơ tằm Ngồi tính bóng tơ tằm cịn có cảm giác sờ tay mềm mại 1.4.2.3 Tính hút ẩm- chịu nhiệt: Tơ tằm xơ protein nên tơ tằm có tính hút ẩm cao Trong điều kiện chuẩn (25℃65% độ ẩm) sợi tơ hút 11% ẩm Tơ tằm có tính giữ nhiệt đông thời tỏa nhiệt tốt [18] 20 1.4.2.4 Đặc tính học: Tơ tằm mợt sợi tự nhiên nhất, nhiên ướt độ giảm cịn 20% Tơ tằm có đợ co giãn trung bình 1.4.3 Tính chất hóa học 1.4.3.1 Tác dụng với acid Tương tự len, phân tử tơ tằm có diện nhóm amino (NH2), sợi tơ tằm có khả tạo phản ứng với acid Tuy nhiên, khả phản ứng với acid tơ tằm hẳn sợi len số nhóm amino tự len cao tơ tằm Sợi tơ tằm tương đối không bền với acid vô Các acid vô đậm đặc như: H2SO4, HCl cắt đứt cầu nối peptid phá hủy tơ, đơi hịa tan tơ hồn tồn Với acid vơ lỗng, tơ tằm bị co rút Còn acid hữu tơ tằm tương đối bền [18] 1.4.3.2 Tác dụng với kiềm Tơ tằm loại sợi “lưỡng tính” Trong cấu, ngồi nhóm amino tự do, cịn có diện nhóm carboxyl tự do, nhờ tơ tằm cịn có khả tạo phản ứng cộng với bazo Sợi tơ tằm rất nhạy cảm với chất kiềm: với chất kiềm đậm đặc nhiệt độ cao, sợi tơ tằm bị phá hủy nhanh chóng Với kiềm lỏng nhiệt đợ thường, thành phần fibroin tơ tằm tương đối bền Các chất kiềm lỗng khơng gây thiệt hại nặng cho sợi tơ tằm, làm giảm đợ bóng, vẽ mềm mại tơ, nhất nhiệt độ cao Do vậy, cần cẩn trọng xử lý tơ tằm với chất kiềm [18] 1.4.3.3 Tác dụng với chất oxy hóa Sợi tơ tằm rất nhạy cảm với chất oxy hóa, tác dụng chất oxy hóa mạnh tơ bị phá hủy bị đứt mạch phân tử Các chất oxy hóa yếu khơng gây đứt mạch phân tử làm thay đổi một số nhóm chức mạch phân tử Vì tẩy trắng tơ tằm chất oxy hóa cẩn trọng [18] 21 1.5 Một số nghiên cứu nhuộm màu tự nhiên 1.5.1 Một số nghiên cứu giới Các cơng trình nghiên cứu trích ly, tách chiết cô lập hợp chất mang màu từ thực vật nghiên cứu từ năm 1950 Tuy nhiên, ứng dụng chúng nhuộm màu vật liệu dệt chưa trọng quan tâm, nghiên cứu Gần đây, nhà khoa học giới ý tới khả nhuộm màu vải mợt số lồi thực vật Nhận tiềm rất lớn từ phế phẩm từ cà phê, nhiều nhà khoa học giới bắt đầu sâu nghiên cứu thành phần có vỏ hạt cà phê bã hạt cà phê thải bỏ nghiên cứu hai tác giả Hàn Quốc Eunmi Koh Kyung Hwa Hong năm 2017, dịch chiết từ bã hạt cà phê có mợt lượng lớn tannin, phenolic mợt số polyphenol… ứng dụng nḥm màu lên vải len [12]; Changhyun Nam & Chunhui Xiang (2019) kết luận bã cà phê qua sử dụng một nguồn nguyên liệu tiềm cho ngành nhuộm ngành công nghiệp xanh khác [19]; nghiên cứu nhất (2019) Jihyun Bae and Kyung Hwa Hong tìm quy trình nḥm màu tối ưu từ bã cà phê thải bỏ để tăng khả gắn màu, bợ bền màu lên vải len, ngồi vải sau nḥm chứng minh cịn có khả kháng khuẩn chống oxy hóa [20] 1.5.2 Một số nghiên cứu nước Tại Việt Nam, với đa dạng chủng loại thực vật phát triển ngành dệt may, nhiều trường đại học, viện nghiên cứu công bố nghiên cứu khả năng, công nghệ nhuộm màu vật liệu dệt từ dịch chiết loại thực vật khác Năm 2011, nhóm nghiên cứu đề tài tḥc Khoa Sinh học Trường Đại học Đà Lạt tiến hành đề tài “Điều tra, khảo sát loài cho chất nhuộm tự nhiên Lâm Đồng khả ứng dụng ngành nḥm dệt vải thổ cẩm đồng bào Dân tộc thiểu số địa” Sở Khoa học Công nghệ đánh giá cao ý nghĩa hiệu kinh tế; nhiên kết dừng lại khảo sát ban đầu Bên cạnh đó, cịn nhiều đồng bào dân tộc thiểu số một số 22 vùng núi phía Bắc vấn trì ngành nghề nhuộm truyền thống chất màu chiết xuất từ củ nâu, chàm… Đáng nhắc đến nhất công trình nghiên cứu PGS.TS Hồng Thị Lĩnh, Khoa Cơng nghệ Dệt may Thời trang, Đại học Bách Khoa Hà Nội công nghệ nhuộm vải cotton tơ tằm nhiều nguồn nguyên liệu khác như: bàng, xà cừ, trầu không, tre, thiên lý, gang, bạch đàn, chè, hồng xiêm, chàm, nghệ, xà cừ, ngải cứu, bạch đàn… [21]; Nghiên cứu sâu khả nhuộm màu loại nguyên liệu tái sinh lên vải tơ tằm, năm 2013 tác giả Phạm Thị Hồng Phượng, Lê Võ Sơn Quân công bố nghiên cứu “Tối ưu hóa q trình nḥm vải tơ tằm dịch chiết từ mặc nưa” Tiếp báo liên quan đến ảnh hưởng tác nhân oxy hóa, nhiệt đợ, thời gian, pH…đến khả nḥm màu dịch chiết thực vật lên vải cotton, tơ tằm, polyester [22] [23] [24] [25] Tuy nhiên, chưa có mợt nghiên cứu cụ thể khả nhuộm màu vật liệu dệt vỏ, bã cà phê sâu nghiên cứu, cô lập hợp chất mang màu vỏ, bã cà phê giống với mục tiêu luận văn 23 ... phát triển công nghệ “sản xuất hơn” Mục tiêu nghiên cứu Đề tài ? ?Nghiên cứu trích ly hợp chất màu tự nhiên từ vỏ, bã cà phê ứng dụng công nghệ nhuộm vải tơ tằm? ?? thực với mục tiêu nghiên cứu cụ thể... bã cà phê 3.2 Phạm vi nghiên cứu Đề tài ? ?Nghiên cứu trích ly hợp chất màu tự nhiên từ vỏ, bã cà phê ứng dụng công nghệ nhuộm vải tơ tằm? ?? thực từ tháng 10 năm 2 019 đến tháng 12 năm 2020 Phịng thí... màu vải tơ tằm Mục đích tận dụng nguồn phế phẩm thân thiện với mơi trường Đề tài ? ?Nghiên cứu trích ly hợp chất màu tự nhiên từ vỏ, bã cà phê ứng dụng công nghệ nhuộm vải tơ tằm? ?? Phương pháp nghiên