Tóm tắt luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu chiết tách tanin từ vỏ cây keo lai và thử nghiệm ảnh hưởng đến chất lượng da

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CHÂU THỊ DIỄM NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH TANIN TỪ VỎ CÂY KEO LAI VÀ THỬ NGHIỆM ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG DA Chuyên ngành: Hóa hữu Mã số: 60 44 27 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Đà Nẵng - Năm 2011 Cơng trình hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Tự Hải Phản biện 1: TS Bùi Xn Vững Phản biện 2: PGS.TS Trịnh Đình Chính Luận văn ñược bảo vệ Hội ñồng bảo vệ chấm luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Khoa học họp Đại học Đà Nẵng vào ngày29 tháng 10 năm 2011 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu - Đại học Đà Nẵng - Thư viện trường Đại học Sư Phạm, Đại học Đà Nẵng 3 MỞ ĐẦU Đặt vấn ñề Cơng nghệ thuộc da coi ngành khoa học ứng dụng cổ xưa nhất, hình thành từ buổi sơ khai lịch sử loài người Từ thời nguyên thủy sau săn bắt thú, người ñã biết lột lấy phần da Sau ñó tiến hành cơng đoạn sơ chế để làm thành da thuộc ñầu tiên, phục vụ cho nhu cầu sống thân Theo thời gian, người ñã biết nâng cao chất lượng da thành phẩm cách thuộc da với chất thuộc khác Ngày nay, ngành da giày Việt Nam ñang phát triển mạnh, phần cung cấp sản phẩm cho nhu cầu sử dụng ngày cao nước, phần xuất nước ngồi Có nhiều phương pháp thuộc khác thuộc phèn, thuộc hợp chất crom, nhôm; thuộc andehit Với phương pháp thuộc da theo hướng dùng hợp chất vơ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Trong trình thuộc da, phần lớn người ta phải cho muối crom vào ñể thay ñổi cấu trúc da ñộng vật, tránh nhăn nheo thay ñổi thời tiết ẩm mốc gặp nước Vì thế, khoảng 1% khối lượng da phế thải có chứa crom khối lượng lớn chứa chất gelatin Crom gặp ñiều kiện thuận lợi dễ chuyển hóa thành crom IV crom VI, chất gây tử vong, ung thư cho người ñộng vật tiếp xúc Thuộc da tanin thảo mộc phương pháp thuộc ñược sử dụng từ lâu nhiều nơi giới.Theo số tài liệu vỏ keo lai có chứa tanin, hợp chất hữu thuộc loại polyphenol Trên giới, người ta ñã biết ñến với nhiều cơng dụng khác làm thuốc chữa bệnh, làm sơn lót, làm chất ức chế ăn mịn kim loại thân thiện với mơi trường Tanin ñược sử dụng số ngành công nghiệp sản xuất đồ uống, làm bền màu cơng nghiệp nhuộm, cơng nghệ thuộc da,… Chất thuộc tanin ñánh giá thân thiện với môi trường Tuy nhiên, ngành thuộc da nước ta chưa khai thác nguồn tanin từ số loại thực vật nước ñể sử dụng trình thuộc da mà chủ yếu nhập da thuộc từ nước khác thuộc da theo hướng sử dụng chất vô hợp chất kim loại nặng nêu Quy trình thuộc da theo hướng gây nghiễm mơi trường nghiêm trọng Với tiềm to lớn tanin ñã nêu trên, ñể tận dụng nguồn nguyên liệu chưa ñược khai thác này, ñồng thời mong muốn có nhiều cơng trình nghiên cứu quy mơ lớn khai thác tanin từ vỏ keo lai, từ nâng cao giá trị sử dụng keo lai, tơi chọn đề tài: “ Nghiên cứu chiết tách tanin từ vỏ keo thử nghiệm ảnh hưởng ñến chất lượng da” Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng: Tanin tách ñược từ vỏ keo lai khả thuộc da Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu quy trình chiết tách tanin; khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến q trình chiết tách khảo sát ứng dụng làm chất thuộc da tanin 5 Mục ñích nội dung nghiên cứu - Xây dựng quy trình chiết tách nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến q trình chiết tách tanin từ vỏ keo lai - Nghiên cứu ứng dụng làm chất thuộc da tanin khảo sát yếu tố ảnh hưởng ñến chất lượng da thuộc với chất thuộc tanin Phương pháp nghiên cứu 4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết Tổng quan phương pháp nghiên cứu ñặc ñiểm sinh thái học keo lai phân loại, tính chất lý hóa học ứng dụng tanin, phương pháp chiết tách hợp chất hữu cơ, phương pháp phân tích cấu trúc hợp chất hữu Tổng quan lý thuyết công nghệ thuộc da ñộng vật 4.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm - Phương pháp phân tích định tính: xác định màu sắc, trạng thái dịch chiết sản phẩm tanin - Phương pháp phân hủy mẩu phân tích để xác ñịnh ñộ ẩm, hàm lượng chất hữu - Phương pháp chiết dung mơi có độ phân cực phù hợp ñể thu tanin khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến q trình chiết - Phương pháp phân tích định lượng xác định hàm lượng tanin (phương pháp Lowenthal) - Phương pháp phổ IR HPLC-MS ñịnh danh hợp chất poli phenol có mẩu tanin rắn 6 - Phương pháp xử lí số liệu Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiến 5.1 Ý nghĩa khoa học - Xác ñịnh ñiều kiện tối ưu trình tách chiết tanin từ vỏ keo lai - Khảo sát ứng dụng vào trình thuộc da sản phẩm tanin thu ñược 5.2 Ý nghĩa thực tiễn - Tìm hiểu ứng dụng quan trọng tanin - Nâng cao giá trị sử dụng keo lai ñời sống Cấu trúc luận văn Luận văn gồm phần PHẦN MỞ ĐẦU PHẦN NỘI DUNG Chương 1: Tổng quan lý thuyết Chương 2: Nguyên liệu phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết thảo luận PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan tanin 1.1.1 Khái niệm tanin Tanin hợp chất hữu thuộc loại polyphenol phổ biến thực vật có vị chát, chủ yếu mơ thực vật có mạch Sở dĩ tanin có tính chất thuộc da cấu trúc hố học tanin có nhiều nhóm OH phenol tạo ñược nhiều liên kết hydro với mạch polypeptid protein da 1.1.2 Phân loại tanin Tanin ñược chia làm hai nhóm sau: Nhóm 1: Tanin thủy phân hay pyrogalic (galotanin) Nhóm 2: Tanin khơng thủy phân ñược hay pyrocatechin 1.1.3 Tính chất tanin 1.1.3.1 Tính chất vật lí tanin 1.1.3.2 Tính chất hóa học tanin 1.1.4 Ứng dụng tanin 1.1.4.1 Ứng dụng làm chất chống oxi hóa 1.1.4.2 Ứng dụng y học 1.1.4.3 Ứng dụng công nghệ thuộc da 1.1.4.4 Ứng dụng số ngành công nghiệp khác 1.1.5 Tình hình nghiên cứu sử dụng tanin 1.1.5.1 Trên giới 1.1.5.2 Ở Việt Nam 1.1.6 Những thực vật chứa nhiều tanin 1.2 Tổng quan keo lai 1.2.1 Khu vực phân bố 1.2.2 Đặc ñiểm keo lai 1.2.3 Kỹ thuật trồng chăm sóc Keo lai 1.3 Tổng quan lý thuyết thuộc da 1.3.1 Cấu tạo tính chất da ñộng vật 1.3.1.1 Cấu tạo da theo mặt cắt 1.3.1.2 Thành phần da ñộng vật 1.3.1.3 Cấu tạo - Tính chất Protein da 1.3.2 Khái niệm thuộc da Thuộc da trình chế biến da hố chất để nâng cao chất lượng da sống Mục đích chống lại phân huỷ da động vật Trong q trình thuộc da, chất thuộc thâm nhập vào cấu trúc bên da, tương tác kết hợp với nhóm chức chuỗi polipeptit hình thành chúng liên kết ngang bền vững tạo nên biến ñổi cố ñịnh cấu trúc lẫn tính chất lý hóa protein, chuyển biến da nguyên liệu thành da thuộc 1.3.3 Quy trình thuộc da Cơng nghệ thuộc da hồn chỉnh có ba giai đoạn chính: 1.3.3.1 Giai đoạn 1: Tiền thuộc-Thuộc 1.3.3.2 Giai ñoạn 2: Tái thuộc – Nhuộm – Ăn dầu 1.3.3.3 Giai đoạn 3: Hồn tất 1.3.4 Giới thiệu số phương pháp thuộc 1.3.5 Thuộc da tanin 1.3.5.1 Giới thiệu chung 1.3.5.2 Cơ chế thuộc tanin 10 CHƯƠNG NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Ngun liệu 2.2 Phân tích định tính phát tanin 2.3 Phân tích định lượng tanin Giới thiệu phương pháp Lowenthal: phương pháp oxi hóa tanin dung dịch KMnO4 - Nguyên tắc: Trong môi trường H2SO4, hợp chất polyphenol (tanin) dễ bị oxi hóa KMnO4 với chất thị inñigocarmin Sau oxi hóa hết phenol KMnO4 tiếp tục oxi hóa làm màu thị 2.4 Xác ñịnh số tiêu lí, hóa mẫu tanin 2.4.1 Xác định ñộ ẩm 2.4.2 Xác ñịnh hàm lượng tro 2.5 Tách tanin rắn phân tích cấu trúc, thành phần tanin Mẫu tanin rắn ñược ñịnh lượng phương pháp Lowenthal ñể xác ñịnh hiệu tách tạp chất Sau ñó tiến hành ño phổ hồng ngoại (IR) sắc ký lỏng cao áp (HPLC-MS) ñể ñịnh danh tanin 2.6 Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến q trình chiết tách tanin từ vỏ keo lai - Ảnh hưởng nhiệt ñộ - Ảnh hưởng thời gian - Ảnh hưởng tỉ lệ nguyên liệu rắn:dung môi lỏng - Ảnh hưởng tỉ lệ dung môi nước: etanol 11 2.7 Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến tính chất thuộc da tanin - Ảnh hưởng nồng ñộ dung dịch tanin - Ảnh hưởng thời gian ngâm mẩu dung dịch tanin 2.8 Phương pháp ñánh giá kết thực nghiệm trình thuộc da 2.9 Thiết bị thực nghiệm 2.9.1 Thiết bị chiết tách tanin 2.9.2 Thiết bị đo nhiệt độ co da Hình 2.1 Sơ ñồ thiết bị ño nhiệt ñộ co Cách thực hiện: Cắt mẩu da nghiên cứu theo kích thước 1cm*5cm lắp vào kẹp hệ thống ño nhiệt ñộ co Cắm nhiệt kế vào becher, ñun nóng từ từ becher chứa nước mẩu da thí nghiệm, ñun nước với nhiệt ñộ nhỏ ñộ C/phút Lúc đầu mạch 12 hở, bóng đèn khơng sáng Quan sát thay ñổi nhiệt ñộ dung dịch becher, ñến ñèn sáng ta ghi nhận giá trị nhiệt độ từ nhiệt kế dừng q trình ñun Đó nhiệt ñộ co rút da 13 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Độ ẩm hàm lượng tro vỏ keo lai 3.1.1 Độ ẩm Bảng 3.1 Độ ẩm vỏ keo lai STT mo(g) m1(g) m2(g) W(%) 45,417 56,474 50,648 52,69 34,308 41,992 37,850 54,41 Độ ẩm trung bình vỏ keo lai là: W = 53,55% 3.1.2 Hàm lượng tro Bảng 3.2 Hàm lượng tro vỏ keo lai STT m(g) m1(g) m2(g) X(%) 15,334 72,690 58,060 95,04 17,367 71,560 56,125 88,86 Hàm lượng tro mẫu X = 91,95% 3.2 Ảnh hưởng yếu tố đến q trình chiết tách tanin từ vỏ keo lai 3.2.1 Ảnh hưởng nhiệt ñộ 14 Bảng 3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ đến q trình chiết tách tanin STT Nhiệt ñộ (oC) a (ml) b (ml) X (%) 60 1,40 0,6 11,64 70 1,50 0,6 13,10 80 1,80 0,6 17,46 90 1,75 0,6 16,73 100 1,80 0,6 17,46 Nhiệt ñộ tối ưu cho trình chiết tanin từ vỏ keo lai 80oC 3.2.2 Ảnh hưởng thời gian Bảng 3.4 Ảnh hưởng thời gian đến q trình chiết tách tanin STT Thời gian ñun (ph) a (ml) b (ml) X (%) 30 1,35 0,6 10,91 40 1,50 0,6 13,10 50 1,80 0,6 17,46 60 1,75 0,6 16,73 70 1,60 0,6 14,55 Thời gian tối ưu cho trình chiết tanin từ vỏ keo lai 50 phút 15 3.2.3 Ảnh hưởng tỉ lệ nước:etanol Bảng 3.5 Ảnh hưởng tỉ lệ nước: etanol đến q trình chiết tách tanin STT Tỉ lệ nước: etanol a (ml) b (ml) X (%) 60: 1,8 0,6 17,46 50 : 10 1,2 0,6 8,73 40 : 20 1,6 0,6 14,55 30 : 30 2,0 0,6 20,37 20: 40 1,9 0,6 18,92 10: 50 1,3 0,6 10,19 : 60 0,9 0,6 4,37 Tỉ lệ nước: etanol = : tối ưu 3.2.4 Ảnh hưởng tỉ lệ nguyên liệu rắn: dung môi lỏng Bảng 3.6 Ảnh hưởng tỉ lệ nguyên liệu rắn: dung môi lỏng STT Thể tích dung mơi (ml) a (ml) b (ml) X (%) 40 1,65 0,6 15,28 50 1,70 0,6 16,00 60 1,80 0,6 17,14 70 1,80 0,6 17,46 80 1,80 0,6 17,46 16 Tỉ lệ gam nguyên liệu: 70ml dung môi tối ưu Tóm lại: Điều kiện tối ưu cho q trình chiết tách tanin từ vỏ keo lai là: kích thước nguyên liệu: bột, tỉ lệ nước: etanol = 1: 1, nhiệt ñộ 80oC, thời gian 50 phút, tỉ lệ rắn: lỏng = gam: 70 ml 3.3 Phân tích sản phẩm tanin rắn 3.3.1 Tách tanin rắn Xử lý dung dịch sau chiết với clorofom ñể loại tạp chất sau cho qua phểu chiết để loại tướng clorofom, dịch chiết cịn lại đem cất khơ Sau tiến hành ño phổ hồng ngoại mẫu tanin rắn tách ñược, kết ño phổ hồng ngoại ñược thể qua hình 3.6 Bảng 3.7 Kết phân tích phổ IR Tần số, cm-1 Loại dao ñộng 3405 -OH 1622 C=O 1456 C=C thơm 1211 Ete thơm 1050 824; 880 C-O CH benzen para Qua bảng 3.7 cho thấy, tanin tách từ vỏ keo lai có nhóm chức phù hợp với cơng thức tanin ñã ñược công bố 17 3.3.2 Xác ñịnh thành phần hóa học hợp chất tanin, phương pháp HPLC-MS Tiến hành phân tích HPLC-MS mẫu tanin dung mơi metanol-H20 ta thu kết trình bày phổ ñồ 3.7 Từ kết phổ IR phổ HPLC-MS, kết hợp với số liệu phổ chuẩn số hợp chất tanin từ thư viện phổ cho phép dự đốn có mặt số hợp chất thuộc loại tanin trình bày bảng 3.8 Bảng 3.8 Các hợp chất tanin vỏ keo lai Cấu tử Công thức cấu tạo [M+Na+2H]+ = 325,8 OCH3 OH M = 301 CTPT: C16H13O6 HO O Peonidin (thuộc loại hợp OH chất anthocynidin) OH [M-2H]+ = 455,8 OH M = 458 OH CTPT: C22H18O11 O HO OH Tên gọi: 3-O- O Galloylepigallocatechin Teatannin II OH HO O OH Epigallocatechin 3-gallate OH (EGCG) 18 [ M + 3H ]+ = 535,2 OH O M = 532 HO O OH CTPT: C28H20O11 O 5-0 – galoyl – 4’-(p - O O hidroxy) phenyl eriodictyol HO OH OH [M + H ]+ = 637,2 M = 636 OH HO OH OH CTPT: C27H24O18 HO 1,3,5-digaloyl glucose O OH O O HO HO O HO HO [M + 3H]+ = 944,8 M = 942 CTPT: C41H34O26 β-1,2,3,4,6-pentagaloyl-OD-glucozơ O O OH O 19 3.4 Các yếu tố ảnh hưởng ñến chất lượng da thuộc Thí nghiệm 1: tạo mẩu da thuộc với việc thay đổi nồng độ chất thuộc tanin Thí nghiệm 2: kiểm tra mẩu da thuộc việc khảo sát thơng số tiêu chất lượng nhiệt độ co da Bảng 3.9 Nhiệt ñộ co theo thời gian với nồng ñộ tanin 10% Nồng ñộ (%) Nhiệt ñộ co (oC) Thời gian (h) Lần Lần Trung bình 10 61 61 61 10 64 64 64 10 67 67 67 10 67 68 67,5 10 72 73 72,5 10 72 74 73 10 71 71 71 Bảng 3.10 Nhiệt ñộ co theo thời gian với nồng ñộ tanin 15% Nồng ñộ (%) Nhiệt ñộ co (oC) Thời gian (h) Lần Lần Trung bình 15 61 61 61 15 64 65 64,5 15 69 69 69 15 68 69 68,5 15 72 73 72,5 15 73 73 73 15 73 73 73 20 Bảng 3.11 Nhiệt ñộ co theo thời gian với nồng ñộ tanin 20% Nồng ñộ (%) Nhiệt ñộ co (oC) Thời gian (h) Lần Lần Trung bình 20 61 61 61 20 65 65 65 20 71 72 71,5 20 71 71 71 20 74 74 74 20 74 75 74,5 20 74 74 74 Bảng 3.12 Nhiệt ñộ co theo thời gian với nồng ñộ tanin 25% Nồng ñộ (%) Nhiệt ñộ co (oC) Thời gian (h) Lần Lần Trung bình 25 61 61 61 25 69 69 69 25 73 74 73,5 25 73 73 73 25 77 77 77 25 76 76 76 25 76 77 76,5 21 Bảng 3.13 Nhiệt ñộ co theo thời gian với nồng ñộ tanin 30% Nồng ñộ (%) Nhiệt ñộ co (oC) Thời gian (h) Lần Lần Trung bình 30 61 61 61 30 68 69 68,5 30 74 74 74 30 73 73 73 30 76 76 76 30 76 78 77 30 77 77 77 Bảng 3.14 Nhiệt ñộ co theo thời gian với nồng ñộ tanin 35% Nồng ñộ (%) Nhiệt ñộ co (oC) Thời gian (h) Lần Lần Trung bình 35 61 61 61 35 68 68 68 35 67 68 67,5 35 73 73 73 35 76 76 76 35 74 75 74,5 35 75 75 75 22 Vậy ñiều kiện tối ưu cho q trình thuộc da là: - Nồng độ dung dịch tanin 25% - Thời gian ngâm mẫu da dung dịch tanin Với ñiều kiện trên, nhiệt ñộ co da ñạt 77oC Hình 3.9 Mẫu da chưa Hình 3.10 Mẫu da thuộc tanin tách ñược từ vỏ keo lai sử dụng chất thuộc 3.5 Đánh giá ñộ thấm nước mẩu da thuộc Bảng 3.15 Độ thấm nước da mo m1 m2 Lần1 3,0 2,5 Lần 2 3,4 3,0 Lần 3,2 2,7 Trung bình 3,2 2,4 Phần trăm ñộ thấm nước da chưa thuộc: 1,2*100/2 = 60% Phần trăm ñộ thấm nước da thuộc: 0,4*100/2 = 20% 23 Trong đó: mo: Khối lượng ban ñầu da (gam) m1: Khối lượng da chưa thuộc sau ngâm nước (gam) m2: Khối lượng da thuộc sau ngâm nước (gam) 3.6 Đánh giá thời gian thối rửa mẩu da thuộc Bảng 3.16 Thời gian thối rửa da Mẩu da Mẩu da Lần1 48 Lần 42 Lần 45 Trung bình 20 phút 45 Trong đó: Mẩu mẩu da khơng thuộc Mẩu mẫu da thuộc với chất thuộc tanin Qua bảng 3.15 3.16 ta thấy ñối với mẩu da thuộc khả thấm nước nhiều so với mẩu da chưa ñược thuộc thời gian thối rửa tăng nhiều so với mẩu da không ñược thuộc 24 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ * KẾT LUẬN Qua q trình nghiên cứu, chúng tơi rút số kết luận sau: Trong vỏ keo lai chứa loại tanin, tanin pyrogallic tanin pyrocatechic Độ ẩm hàm lượng tro vỏ keo lai Độ ẩm: W = 53,550%; Hàm lượng tro: X = 91,95% Đã tìm điều kiện tối ưu cho trình chiết tách tanin từ vỏ keo lai sau: Thời gian 50 phút; Nhiệt ñộ 80oC; tỉ lệ nước : etanol =1:1; Tỉ lệ nguyên liệu rắn:dung môi lỏng = 1:70 Hàm lượng tanin thu ñược ñiều kiện 20,37% so với lượng nguyên liệu khô Kết phổ IR HPLC tanin cho thấy: Các loại dao ñộng phổ hồng ngoại tanin là: OH, C=O, C=C, C-O, C-H Xác định có mặt số hợp chất thuộc nhóm tanin vỏ keo lai Đã tìm điều kiện tối ưu cho trình thuộc da tanin sau: Thời gian giờ; Nồng ñộ dung dịch tanin 25% Trong ñiều kiện này, nhiệt ñộ co da ñạt 77oC Khả thấm nước giảm thời gian thối rửa mẩu da ñược thuộc với tanin tăng so với mẩu da chưa thuộc (Phần trăm ñộ thấm nước da chưa thuộc: 1,2*100/2 = 60%; Phần trăm ñộ thấm nước da thuộc: 0,4*100/2 = 20%) 25 * KIẾN NGHỊ Do thời gian phạm vi ñề tài nghiên cứu có hạn, thơng qua kết ñề tài, mong muốn ñề tài ñược phát triển rộng số vần ñề sau - Tiếp tục nghiên cứu chiết tách tanin từ nhiều loại khác Việt Nam, sở so sánh thành phần hàm lượng tanin tách ñược So sánh khả thuộc da tanin loại đó, từ xác định loại tanin cho chất lượng da tốt - Kết hợp xác ñịnh chất lượng da thuộc nhiều cách khác xác ñịnh ñộ cứng, xác khả thấm nước mẩu da thuộc - Nghiên cứu thêm ứng dụng khác tanin tổng hợp keo dán polyphenol, tổng hợp loại dược phẩm, làm chất bền màu, chất ức chế ăn mòn kim loại… - Xây dựng quy trình chi tiết sản xuất tanin quy mơ cơng nghiệp từ nguồn nguyên liệu vỏ thải loại khai thác gỗ, nhựa… loại chứa tanin: keo tràm, đước, thơng, chè… để khai thác giá trị nguồn tanin lớn bị thất thoát uổng phí hàng năm