Hơn nữa, genipin đã trở thành một chất tạo liên kết ngang do nó có khả năng phản ứng với các nhóm amine bậc một trong các vật liệu sinh học để tạo ra hợp chất dị vòng.. Khóa luận tốt ngh
TỒNG QUAN
Cây dành dành (Gardenia jasminoides Ellis)
Cây dành dành còn được gọi với tên khác như là Chi tử, Thủy hoàng chi hay là mác làng cương (tiếng Tày) Tên khoa học của cây dành dành là Gardenia jasminoides Ellis, thuộc họ Thiên thảo (Rubiaceae) [7]
Phân bố rộng rãi ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới châu Phi và châu Á, được trồng nhiều ở Trung Quốc với tên tiếng Trung là Zhi Zi Ở Việt Nam cây mọc khắp các tỉnh đồng bằng và trung du
Cây dành dành là dạng cây bụi, cao khoảng 1 – 2m, cây có thân thẳng và phân thành nhiều nhánh, dạng lá đơn mọc đối nhau Hoa dành dành màu trắng hoặc trắng ngà, to, mọc đơn độc phía đầu cành Quả dành dành có hình bầu dục, dài khoảng 5 - 7cm, đỉnh quả có đài, cạnh quả lồi có cánh, chuyển sang màu vàng khi chín Hạt dành dành dẹt và hơi tròn, bên ngoài có bám chất cơm màu vàng hoặc đỏ Bộ phận được sử dụng làm thuốc là quả, rễ và lá của cây dành dành Lá và rễ cây dành dành được thu hái quanh năm Quả cây dành dành được thu hái vào khoảng tháng 8 – 10 [8]
Cây dành dành là một loại thảo mộc truyền thống quan trọng và tiềm năng, ngày càng có nhiều nghiên cứu khoa học chủ yếu tập trung vào các thành phần hóa học, tác dụng dược lý, cơ chế hoạt động liên quan và tính an toàn trong những thập kỷ gần đây Nhiều nhà nghiên cứu đã khẳng định rằng cây dành dành sở hữu nhiều hoạt động dược lý, chẳng hạn như tác động tích cực đến hệ thống tim mạch và tiêu hóa, hoạt động chống trầm cảm, hoạt động chống viêm và tác dụng bảo vệ hệ thần kinh, cũng như khả năng cải thiện chất lượng giấc ngủ Có 162 hợp chất đã được phân lập và xác định từ cây thuốc này Iridoid glycoside và crocin thường được coi là thành phần đặc trưng và có hoạt tính sinh học chính, và geniposide được sử dụng làm chất chỉ thị trong việc xác định định lượng cây dành dành trong Dược điển của Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa Hơn nữa, geniposide và genipin là những hợp chất iridoid quan trọng nhất được phân lập từ cây dành dành, và genipin là aglycone của geniposide [7]
Hình 1.1: Hoa dành dành (A), Quả dành dành (B), Quá dành dành chín (C), Quả dành dành khô (D) (Sưu tầm)
Sự khác biệt giữa cây dành dành và các loại thảo mộc truyền thống khác là phạm vi ứng dụng công nghiệp rộng rãi của nó Cây dành dành đã được sử dụng như một chất tạo màu tự nhiên tuyệt vời ở nhiều quốc gia, bao gồm Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc, Ấn Độ và Bắc Mỹ Dựa trên nghiên cứu chuyên sâu, genipin, một tác nhân tạo liên kết ngang mới, hiệu quả và tự nhiên đã được chứng minh là có nhiều ưu điểm so với các tác nhân tạo liên kết ngang khác [6] Genipin thường được điều chế từ geniposide hợp chất gốc của nó, được tách ra và tinh chế từ cây dành dành Theo đó, cây dành dành được sử dụng không chỉ như một loại thuốc truyền thống quan trọng mà còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác như thực phẩm, dệt may và công nghiệp hóa chất [7]
Một số thành phần hóa học của cây dành dành đã được phân lập và đặc trưng, bao gồm: iridoid; iridoid glucoside, triterpenoid, acid hữu cơ và các hợp chất dễ bay hơi Geniposide, genipin, gardenoside và crocin là những hợp chất có hoạt tính sinh học chính được tìm thấy trong cây dành dành [9]
1.1.2.1 Các thành phần dễ bay hơi trong dành dành
Các hợp chất dễ bay hơi chính trong cây dành dành là aliphatic acid, ketone, aldehyde, ester, rượu và các dẫn xuất thơm [10] Do nhiệt độ và thời gian chế biến khác nhau, tinh dầu từ dành dành chứa các hàm lượng và tỷ lệ khác nhau của các hợp chất dễ bay hơi Ngoài ra, các thành phần không ổn định như iridoids có thể được chuyển đổi một phần thành các thành phần dễ bay hơi trong quá trình xử lý ở nhiệt độ cao [11]
Iridoid và iridoid glycoside là thành phần hoạt động chính trong cây dành dành Hơn
40 iridoid và iridiod glycoside bao gồm bao gồm genipin, geniposide, 10- acetylgeniposide, genipin-1-O-gentiobioside, acid geniposidic, gardoside, gardenoside và shanzhiside,… đã được phân lập từ dịch chiết cây dành dành [12] Chúng có nhiều đặc tính dược lý và tác dụng tăng cường sức khỏe Tuy nhiên, con đường sinh tổng hợp của chúng chưa được làm rõ Trên thực tế, có sự khác biệt về thành phần và hàm lượng iridoid trong cây dành dành qua các nghiên cứu Sự khác biệt không chỉ phụ thuộc vào giống cây trồng được sử dụng mà còn phụ thuộc vào các bộ phận của cây được chọn, phương pháp chiết xuất và phân tích cũng như điều kiện trồng trọt, chẳng hạn như ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm và độ pH của đất Hàm lượng iridoid glycoside có thể thay đổi từ các vùng khác nhau vào khoảng 5-6% [13] Một nghiên cứu khác lần lượt định lượng hàm lượng geniposide, gardenoside và acid geniposidic là 56,37 μg/mg, 49,57 μg/mg và 3,15 μg/mg trong 68 mẫu từ các vùng khác nhau ở Trung Quốc và Hàn Quốc [14] Các dẫn xuất glycosyl hóa của iridoids trong cây dành dành, bao gồm geniposide, gardenoside, gardoside và scandoside methyl ester, có thể dễ dàng chuyển đổi thành chất tạo màu xanh lam trong điều kiện hiếu khí bởi enzyme hoặc một số vi sinh vật [15]
1.1.2.3 Crocin và các dẫn xuất của chúng
Crocin, thuộc nhóm carotenoid ưa nước, là este diglycosyl hoặc monoglycosyl của
Crocin và crocetin ban đầu được tìm thấy trong nhị hoa nghệ tây, tuy nhiên, các dẫn xuất của chúng chiết xuất từ cây dành dành lại được chứng minh là ít độc hơn, ít gây dị ứng và thân thiện với môi trường hơn Các dẫn xuất crocin và crocetin đóng vai trò chính trong việc tạo nên màu đỏ cam đặc trưng cho hạt dành dành, đồng thời cũng là thành phần đem lại các hoạt tính sinh học quý giá cho loại thảo dược này.
Hiện nay, crocin đang được rất nhiều nhà khoa học nghiên cứu do chúng có nhiều hoạt tính sinh học đáng chú ý Trong vài nghiên cứu trên người và động vật, người ta thấy rằng crocin và crocetin có tác dụng chống oxy hóa, hạ huyết áp, giảm xơ vữa động mạch, kháng viêm, tác dụng bảo vệ thần kinh, tác động tích cực đến giấc ngủ, giảm căng thẳng mệt mỏi về thể chất và ngăn ngừa thoái hóa võng mạc [16]
Dịch chiết từ hạt dành dành chứa thành phần acid hữu cơ, chẳng hạn như acid ursolic đã cho thấy khả năng trung hòa acid, hoạt tính chống oxy hóa, và tác dụng ức chế sự tăng trưởng của Helicobacter pylori Ngoài ra, acid ursolic còn có hoạt tính gây độc tế bào kháng lại các tế bào ung thư dạ dày AGS và SUN638 [17]
1.1.3.1 Hoạt tính chống oxy hóa
Quả dành dành đã được phát hiện là đều có khả năng chống oxy hóa Dịch chiết từ hạt dành dành có hoạt tính gốc tự do đối với DPPH (1,1-diphenyl-2- picrylhydrazyl), ABTS [acid 2,2’-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic), hydroxyl và superoxide với các giá trị IC50 lần lượt là 0,14 mg/mL, 0,21 mg/mL, 1,08 mg/mL, và 1,43 mg/mL; trong khi đó dịch chiết từ ethanol có các giá trị IC50 lần lượt là 0,36 mg/mL, 0,39 mg/mL, 1,56 mg/mL, và 1,99 mg/mL Do đó, cây dành dành có hoạt tính chống oxy hóa cao hơn so với dịch chiết ethanol Ở nồng độ 20 ppm, hoạt tính chống oxy hóa của crocin tinh khiết có thể so sánh được với chất chống oxy hóa BHA (hydroxyanisole butylated) [18]
Dịch chiết từ hạt dành dành thể hiện các đặc tính chống viêm thông qua việc giảm đáng kể sự phosphoryl hóa JNK2/1 (c-Jun N-terminal protein kinase) và p38 MAPK (mitogen-acivated protein kinase), và giảm sự biểu hiện của COX-2 (cyclooxygenase-2) trong các tế bào BV-2 gây ra do LPS Dịch chiết nước của cây dành dành được sử dụng
9 trên gan của chuột bị tổn thương do LPS gây ra, bệnh lý gan đã đáng kể giảm [9]
Geniposide được chứng minh là làm giảm viêm bằng cách ức chế MeCP2 (methyl cytosine binding protein-2) trong chuột bị tổn thương gan cấp tính do CCl4 gây ra và các tế bào THP-1 được xử lý với LPS [19] Geniposide có thể là một thuốc chống viêm tiềm năng để điều trị tổn thương gan cấp tính, tổn thương phổi cấp tính và viêm vú [20]
Crocin có thể ức chế cyclooxygenase-1 và các hoạt tính của cyclooxygenase2, quá trình sản sinh prostaglandin E2, ức chế phù nề tai do xylen gây ra và phù nề chi do carrageenan gây ra ở chuột [21]
1.1.3.3 Hỗ trợ trị bệnh đái tháo đường
Geniposide
Geniposide là một iridoid glycoside có hoạt tính sinh học được tìm thấy trong nhiều loại dược thảo, chẳng hạn như trong quả chín của cây dành dành [27] Cấu trúc hóa học
10 và một số thông số cơ bản của geniposide được đề cập trong Hình 1.2 và Bảng 1.1.
Hình 1.2: Cấu trúc hóa học của geniposide Bảng 1.1: Một số thông số cơ bản của geniposide
STT Tên hóa học Geniposide
2 Khối lượng phân tử 388,366 g/mol
3 Nhiệt độ sôi 641,40±55,0 °C tại 760 mmHg
6 Khả năng hòa tan Phân cực nên dễ hòa tan trong
DMSO, nước, MeOH và EtOH
Geniposide đã được chứng minh là có hoạt tính chống viêm, chống oxy hóa, chống ung thư và chống tạo mạch [28] [29] Uống geniposide làm tăng hàm lượng glutathione trong gan, chịu trách nhiệm bảo vệ gan chống lại tổn thương gan do aflatoxin B1 gây ra ở chuột [30] Hơn nữa, geniposide bảo vệ chống lại gan nhiễm mỡ ở chuột được cho ăn chế độ ăn nhiều chất béo thông qua các hoạt động chống oxy hóa và điều hòa giải phóng
11 adipocytokine [31] Một dẫn xuất của geniposide, penta-acetyl geniposide, thể hiện hoạt động chống khối u [32]
Geniposide phản ứng thủy phân với xúc tác enzyme tạo thành genipin, được sử dụng để tổng hợp chất màu xanh trong thực phẩm [33], hoặc hoạt động như một tác nhân liên kết ngang trong các chất thay thế xương [34]
Việc điều chế geniposide chủ yếu được thực hiện bằng phương pháp chiết xuất Các nguyên tắc cơ bản của các phương pháp này dựa trên độ hòa tan và tính thấm của các dung môi tương ứng được sử dụng [27] Để tinh chế geniposide có độ tính khiết cao hơn cần thực hiện các phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC [10] và sắc ký cột silica gel [33] Những nhược điểm của các phương pháp sắc ký này bao gồm quy mô sản xuất hạn chế và phương pháp tốn thời gian.
Genipin
Genipin là phần aglycone của geniposide Djerassi và các đồng nghiệp của ông đã xác định được cấu trúc của genipin vào những năm 1960 bằng cách sử dụng dữ liệu quang phổ NMR và các phương pháp hóa học [35] Cấu trúc hóa học và một số thông số cơ bản của genipin được đề cập trong Hình 1.3 và Bảng 1.2
Hình 1.3:Cấu trúc hóa học của genipin
Genipin có tác dụng chữa bệnh như bảo vệ gan, chống viêm, chống ung thư, chống huyết khối, kháng khuẩn, chữa viêm dạ dày, trị đái tháo đường, bảo vệ thần kinh, chống trầm cảm [1] [2] Genipin ngăn chặn quá trình peroxide hóa lipid và bảo vệ các tế bào thần kinh chống lại protein amyloid beta của bệnh Alzheimer [36] Trong một nghiên cứu, tác dụng của genipin đối với suy gan tối cấp đã được đánh giá ở chuột mô hình GalN/ LPS, genipin làm giảm đáng kể tỷ lệ tử vong, hoạt động aminotransferase huyết thanh và
12 peroxid hóa lipid, đồng thời làm giảm quá trình chết theo chương trình do GalN/LPS gây ra của tế bào gan [37]
Bảng 1.2: Một số thông số cơ bản của genipin
STT Tên hóa học Genipin
2 Khối lượng phân tử 226,226 g/mol
3 Nhiệt độ sôi 416,0±45,0°C tại 760 mmHg
6 Khả năng hòa tan Phân cực ít, dễ hòa tan trong các dung môi hữu cơ như ethyl actetate (EtOAc)
Genipin được hình thành từ geniposide bằng phản ứng thủy phân với xúc tác enzyme cellulase (Hình 1.4)
Hình 1.4: Thủy phân geniposide thành genipin
13 Genipin có thể phản ứng một cách tự nhiên với các nhóm amine bậc 1 của acid amine, peptide hoặc protein để tạo thành các chất màu xanh đậm (Hình 1.5) Nó hòa tan trong nước, rượu và propyleneglycol Những đặc điểm này cho phép nó được sử dụng làm chất tạo màu trong đồ uống [38], nước trái cây, mật hoa, món tráng miệng và gel [39] cũng như trong nhuộm bông, len và da [40]
Hình 1.5: Quá trình hình thành chất màu xanh cây dành dành
Genipin là một phân tử tự nhiên, có khả năng phân hủy sinh học với độc tính tế bào thấp, genipin gần đây đã được nghiên cứu như một vật liệu tạo liên kết ngang trong nhiều ứng dụng sinh học Những khám phá gần đây về việc sử dụng gelatin liên kết ngang với genipin để sử dụng làm chất kết dính sinh học, băng vết thương và làm chất thay thế xương, đã cho thấy nó có tiềm năng như một tác nhân liên kết ngang mới và an toàn Tác nhân tạo liên kết ngang phổ biến nhất là glutaraldehyde, nhưng vì lo ngại về độc tính của nó nên các phương pháp mới đang được thử nghiệm như genipin Trong lĩnh vực khoa học pháp y, genipin đang được xem xét như một phương pháp mới để phát hiện dấu vân tay tiềm ẩn trên các sản phẩm giấy Bởi vì nó là một sản phẩm tự nhiên thân thiện với môi trường, nó cho thấy tiềm năng lớn so với thuốc thử hiện tại đang được sử dụng, ninhydrin.
Chất màu xanh điều chế từ genipin trong cây dành dành
Ngày nay, các chất màu được sử dụng rộng rãi trong thực phẩm, y học và các lĩnh
14 vực khác Các chất màu được sử dụng cho đến nay chủ yếu là tổng hợp và ngành công nghiệp thực phẩm ngày càng quan tâm đến việc sử dụng chất màu tự nhiên, đặc biệt là cho bánh kẹo và bánh ngọt [41] [42]
Chất màu xanh điều chế từ genipin trong cây dành dành là sắc tố xanh tự nhiên [43] Được điều chế bởi các hợp chất chứa amine bậc một và genipin, chất màu xanh này có màu sặc sỡ, an toàn và có khả năng tạo màu mạnh [44] Mặc dù bản thân genipin không có màu sắc, nhưng sự tương tác với amine và thủy phân protein cung cấp một màu xanh lam có công dụng như một loại thuốc nhuộm tự nhiên rất hữu ích cho thực phẩm, mỹ phẩm và dệt may
Chất màu xanh là một hợp chất cao phân tử và do đó rất khó phân tích riêng Ngoài ra, nó cho thấy các tín hiệu khá yếu và rộng trong phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) của nó Do đó, vẫn còn nhiều điều chưa biết về cấu trúc phân tử của nó Chỉ có một số báo cáo về phân tích hợp chất đã phân lập của nó, bao gồm nghiên cứu gần dựa trên sắc ký lớp mỏng [45] Độ ổn định của các chất màu tự nhiên phụ thuộc vào ánh sáng, nhiệt độ, độ pH và sự tồn tại của các ion kim loại hoặc chất oxy hóa và chất khử
Có nhiều phương pháp phân tích đã được phát triển nhằm tận dụng khả năng tạo chất màu xanh của genipin phản ứng với các nhóm amine bậc một để xác định acid amine hoặc đường amine Thí nghiệm so sánh phương pháp phát hiện acid amine sử dụng ninhydrin và genipin Sự hấp thụ của các sắc tố xanh có nguồn gốc từ sản phẩm phản ứng của genipin với các acid amine khác nhau cao hơn so với các sắc tố tương ứng với phản ứng ninhydrin Sau khi sử dụng sắc ký lớp mỏng, người ta thấy rằng phản ứng với genipin tạo ra các vết màu được xác định rõ, ổn định trong nhiều tháng, trong khi đó màu sau phản ứng ninhydrin bắt đầu biến mất trong vòng 24 giờ Genipin cũng đã được sử dụng để xác định lượng nhóm amine tự do trong các mẫu chitin hòa tan trong nước Phức hợp màu lam tạo thành được xác định ở bước sóng 589 nm và tuân theo định luật Lambert– Beer trong khoảng nồng độ 50–300 mg/L [46]
1.4.2 Nghiên cứu sản xuất chất màu xanh từ genipin trong cây dành dành
Nghiên cứu về chất màu xanh bắt đầu năm 1987 khi Fujikawa cộng sự thực hiện phản ứng giữa genipin và glycine, sản phẩm được được đặt tên là genipocyanin G1 [47] Đến năm 1994, Touma đưa ra đề xuất để genipin phản ứng với một nhóm amine, sau đó
15 là sự khử nước của genipin để tạo thành monomer và cuối cùng là phản ứng dime hóa Mãi đến năm 2014, Di Tomasso đã phát hiện ra nhiều bước trong quá trình cho đến khi xảy ra sự hình thành màu xanh lam [48] [49] Genipin có thể phản ứng với các nhóm amine bậc một từ acid amine, peptide hoặc protein bằng cách tạo liên kết ngang để tạo thành chất tạo màu xanh Chất màu xanh trong phản ứng phụ thuộc vào sự có mặt của oxy, ảnh hưởng mạnh mẽ của nhiệt độ và pH [47]–[49]
Chất màu xanh thường được làm từ nguyên liệu geniposide bằng cách thủy phân geniposide với β-glucosidase để tạo thành genipin, sau đó genipin tương tác với một acid amine để tạo ra chất màu xanh Chất màu xanh được tạo ra bởi kỹ thuật này có màu tối, giá trị màu thấp và chất lượng kém Kết quả là nó không phù hợp cho nhiều mục đích sử dụng khác nhau, chẳng hạn như đồ uống [50] Phương pháp giúp cải thiện điều này là cho geniposide chạy qua cột với chất hấp phụ là hạt nhựa không phân cực để loại bỏ crocin trước khi xử lý với β-glucosidase quy mô lớn Vậy nên, vẫn cần có một phương pháp mới, đơn giản để thực hiện và phù hợp cho các ứng dụng thương mại để tạo màu xanh cho cây dành dành, thích hợp cho các sản xuất trong công nghiệp [51] Tuy nhiên, vì các phương pháp này đắt tiền và phức tạp nên chúng không phù hợp để sử dụng trong công nghiệp Một phương pháp khác sản xuất chất màu xanh cây dành dành với hàm lượng cao thu được từ phản ứng của genipin với một acid amine Genipin được tinh chế bằng phương pháp chiết với dung môi và qua sắc ký cột lọc gel nên thu được geniposide có độ tinh khiết cao hơn cho phản ứng kế tiếp Genipin được chiết xuất bằng ethyl acetate và phản ứng với một amino acid để tạo nên chất màu xanh có giá trị màu cao [52] Theo Lili Li và cộng sự (2015), một phương pháp tiếp cận liên tục dựa trên sự kết hợp của tiền xử lý siêu âm và vi sóng, sau đó là quá trình thủy phân bằng enzyme và chiết xuất đồng thời đã được phát triển [53] Năm 2013, Winotapun và cộng sự đã có nghiên cứu về genipin, được được sản xuất trực tiếp trong một bình phản ứng từ quả cây dành dành thô Cách tiếp cận phụ thuộc vào sử dụng một cellulase duy nhất để làm phá hủy thành vách tế bào thực vật đồng thời thủy phân phần đường trong geniposide chuyển hóa thành genipin [1].
Màng chitosan – genipin
1.5.1 Thuộc tính đặc trưng của chitosan
16 Chitosan là sản phẩm deacetyl hóa của chitin, được quan tâm nghiên cứu nhiều nhờ khả năng phân hủy sinh học và tính tương thích sinh học cao, không độc hại, ổn định, khử trùng và phân hủy sinh học Chitosan thể hiện các đặc tính được đánh giá cao như làm tăng tính linh hoạt của nó trong các lĩnh vực y sinh học và công nghệ sinh học, chẳng hạn như kích thích miễn dịch, kích hoạt đại thực bào, kết dính niêm mạc, hoạt tính kháng khuẩn và hóa học được đánh giá tốt [54] Hơn nữa, chitosan cũng có thể được điều chế ở nhiều dạng khác nhau, cụ thể là hydrogel và xerogel, bột, hạt, màng, viên nén, viên nang, vi cầu, vi hạt, sợi nano, sợi dệt và vật liệu tổng hợp vô cơ Chitosan ngày nay là một nhân vật chính trong y học, ví dụ, nó là một vec tơ phi virus hiệu suất cao để chuyển DNA và gen
Các polymer phân hủy sinh học như chitosan cần phải được liên kết ngang để điều chỉnh các đặc tính chung và tồn tại đủ lâu để phân phối thuốc trong một khoảng thời gian mong muốn Một số hóa chất đã được sử dụng để liên kết ngang chitosan như glutaraldehyde, tripolyphosphate, ethylene glycol, diglycidyl ether và diisocyanate Tuy nhiên, các thuốc thử tạo liên kết ngang tổng hợp đều ít nhiều gây độc tế bào và có thể làm giảm khả năng tương thích sinh học của hệ thống phân phối chitosan Do đó, người ta đã tìm ra genipin để cung cấp các thuốc thử liên kết ngang có độc tính tế bào thấp và tạo thành các sản phẩm liên kết ngang ổn định và tương thích sinh học [55]
1.5.2 Liên kết ngang của genipin trong màng chistosan
Genipin đã thay thế glutaraldehyde và các chất liên kết ngang khác chủ yếu nhờ vào lợi thế của sự ổn định, tính tương thích sinh học, hóa học được xác định rõ ràng và độ an toàn chung của các sản phẩm mà việc thao tác, xử lý và đánh giá chất lượng hiện được thực hiện bằng các kỹ thuật tiên tiến và các giao thức được xác định rõ ràng đảm bảo không gây độc tế bào
Có một số nghiên cứu trong đó genipin đã được sử dụng như một tác nhân liên kết ngang của các chất độc sinh học, do khả năng gây độc tế bào của genipin thấp hơn so với các tác nhân liên kết ngang hóa học, ít gây độc tế bào hơn khoảng 5.000–10.000 lần so với glutaraldehyde [3] [4] Khả năng tương thích sinh học của các vật liệu liên kết ngang genipin cao hơn so với các vật liệu liên kết ngang với glutaraldehyde hoặc các hợp chất epoxy [5] Theo các nhược điểm được báo cáo xuất phát từ khả năng glutaraldehyde tự
17 biến đổi thành các loài phản ứng không mong muốn, genipin có khả năng đáp ứng phạm vi của thuốc tái tạo hiện tại dựa trên chitosan [3] và các nhà nghiên cứu đã tập trung sự chú ý của họ vào genipin Genipin đã được sử dụng để điều chế các chất thay thế sụn, cũng như các loại thuốc giải phóng kéo dài, bao bọc các sản phẩm sinh học và tế bào sống, cũng như trong điều trị vết thương ở người và động vật [3] Các nghiên cứu in vivo cho thấy genipin có tốc độ phân hủy thấp hơn trong mô cấy chitosan so với các vi cầu liên kết ngang với glutaraldehyde [4]
Do khả năng phản ứng với các nhóm ái nhân như nhóm amine, genipin là một chất tuyệt vời được sử dụng như một tác nhân tạo liên kết ngang trong màng chitosan Cơ chế phản ứng của chitosan với genipin nhận thấy genipin đảm nhận phản ứng mở vòng tạo thành hợp chất trung gian mang nhóm aldehyde tiếp nhận sự tấn công ái nhân của nhóm amino trong chitosan [56] Chitosan liên kết ngang với genipin có màu xanh lục Điều này là do quá trình trùng hợp gốc oxy của genipin và sự tương tác của nó với các nhóm amine trong chitosan làm cho các vật liệu liên kết ngang có màu này [3] Màu sắc của genipin liên kết ngang màng chitosan thay đổi từ trạng thái trong suốt ban đầu sang màu xanh lam hoặc hơi nâu và sự thay đổi này phụ thuộc vào giá trị pH tại thời điểm tạo liên kết ngang [56] Những nhà khoa học đã đưa ra giả thuyết rằng sự thay đổi màu sắc là do sự hình thành các cấu trúc riêng biệt của chitosan liên kết ngang do sự tương tác giữa các nhóm amine bậc một trên chitosan và genipin ban đầu hoặc phiên bản trùng hợp của genipin Mức độ liên kết ngang của màng chitosan genipin thay đổi đáng kể tùy theo giá trị pH mà tại đó chúng đã được liên kết chéo, với mức độ cao nhất khoảng pH 7 Có nhiều công bố đã được báo cáo rằng liên kết ngang với genipin cải thiện tính chất cơ học và khả năng chống nước của phim chitosan
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM
Đối tượng nghiên cứu
Bột dành dành được mua từ công ty TNHH Thảo Dược Việt, Hà Nội là thương hiệu uy tín ở thị trường Việt Nam chuyên cung cấp, sản xuất và đưa ra thị trường các loại thảo dược quý hiếm và các dòng sản phẩm thực phẩm giúp bảo vệ sức khỏe và hỗ trợ trong điều trị bệnh
Hạt dành dành sau khi thu hái được loại bỏ các phần sâu bệnh, rửa sạch, phơi ráo và sấy cho đến khô, xay nhuyễn thành bột để làm nguyên liệu cho nghiên cứu Bột dành dành được ngâm chiết bằng cồn EtOH 50° Dịch chiết cồn được phân tách sau đó cô đặc lại thành cao chiết, cao chiết thủy phân bằng enzym tạo thành genipin.
Quy trình nghiên cứu
Sơ đồ quy trình nghiên cứu (Hình 2.1)
Hình 2.1: Sơ đồ quy trình nghiên cứu
Thực nghiệm
2.3.1 Hóa chất, thiết bị và dụng cụ
Trong quá trình thực hiện khoá luận đã sử dụng những hoá chất và thiết bị theo như Bảng 2.1 và Bảng 2.2
Tất cả các hóa chất đều được cấp giấy phân tích
Tất cả các thiết bị và dụng cụ thực hiện được trang bị tại các phòng thí nghiệm Hóa hữu cơ, Hóa phân tích và Hóa polymer thuộc Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật, nhằm phục vụ cho công tác đào tạo và nghiên cứu khoa học của các cán bộ, giảng viên, sinh viên khoa.
Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
Bảng 0.1: Hóa chất sử dụng
STT Tên hóa chất Nguồn gốc
1 Nước cất Chưng cất tại phòng thí nghiệm phân tích trường đại học sư phạm kỹ thuật TP.HCM
2 Than hoạt tính Xilong Scientific, Trung Quốc
3 Ethyl acetate Chemsol, Việt Nam
4 Enzyme cellulase Xilong Scientific, Trung Quốc
5 Citric acid Xilong Scientific, Trung Quốc
6 NaOH Xilong Scientific, Trung Quốc
7 Sodium carbonate Xilong Scientific, Trung Quốc
8 Isopropyl acohol (IPA) Xilong Scientific, Trung Quốc
10 Formic acid Xilong Scientific, Trung Quốc
(DMSO) Xilong Scientific, Trung Quốc
Bảng 2.2: Thiết bị và dụng cụ sử dụng
STT Tên thiết bị, dụng cụ Nguồn gốc
1 Máy khuấy từ gia nhiệt Precisa, Thụy Sĩ
2 Hệ thống cô quay chân không Yamamoto, Nhật Bản
3 Máy quang phổ UV-Vis 2 chùm tia Hitachi, Nhật Bản
4 Máy ly tâm Z326, Hermle, Đức
6 Hệ thống lọc chân không Rocker, Đài Loan
7 Buồng soi UV bước sóng 254 nm và
8 Máy quang phổ hồng ngoại FT-IR 4600 Jasco, Nhật Bản
9 Máy đo màu LS171 Linshang Trung Quốc
10 Thước kẹp điện tử SHAHE 5202-25 Trung Quốc
11 Máy phân tích cấu trúc CT3 Brookfield, Mỹ
12 Bể siêu âm Elma, Đức
13 Cân kỹ thuật, cân phân tích 4 số Precisa, Thuỵ Sĩ
14 Tủ hút Esco, Nhật Bản
16 Phễu chiết Asahi glass, Indonesia
17 Dụng cụ thủy tinh thông thường khác
Boro, Biohall, Isolab và Duran, Đức Bomex, Trung Quốc
2.3.2 Điều chế genipin từ geniposide trong hạt dành dành
Sơ đồ quy trình điều chế genipin (Hình 2.2)
Hình 2.2: Sơ đồ quy trình điều chế genipin
2.3.2.1 Chiết xuất geniposide từ bột dành dành
Bột dành dành được chiết xuất theo tỷ lệ 1:10 trong dung môi EtOH 50° (1000 mL) bằng cách khuấy liên tục ở 50 °C trong 1 giờ trên máy khuấy từ có hệ thống đun hoàn lưu Sau khi khuấy, hỗn hợp được ly tâm để tách lấy dịch chiết Công đoạn chiết này được lặp lại 3 lần với phần bã được bổ sung thêm dung môi sau mỗi lần chiết.
Dịch chiết thu được ban đầu có màu nâu đỏ sẫm, sau đó màu nhạt dần trong các lần bổ sung dung môi Các dịch chiết được gộp lại với nhau Lọc thu dịch chiết và cô quay làm bay hơi dung môi thu được cao chiết geniposide thô (17 g)
Theo tài liệu tham khảo, khi chiết 1 g bột dành dành bằng EtOH 50°, lượng geniposide thu được khoảng 0,08 g [57] Lượng geniposide trong cao chiết xấp xỉ 8 g
2.3.2.2 Điều chế genipin từ phản ứng thủy phân geniposide bằng enzyme
Lượng enzyme tốt nhất để thực hiện phản ứng thủy phân geniposide tạo thành genipin trong khoảng từ 0,3 g đến 0,8 g trên 1 g geniposide Phản ứng ở điều kiện pH trong khoảng từ 4,0 đến 4,6 Dung dịch đệm được thêm vào trong khoảng từ 15 mL đến
Cellulase (1,6 g) được hòa tan trong 400 mL dung dịch đệm acid citric – NaOH (pH=4,5) để thực hiện chiết xuất có sự hỗ trợ của enzyme Để chuẩn bị 400 mL dung dịch đệm acid citric-NaOH 50 mM:
- Dung dịch citric acid 100 mM được chuẩn bị bằng cách hòa tan 1,92 g citric acid trong 100 mL nước cất cho mỗi cốc
- NaOH (0,1 M) được điều chế bằng cách hòa tan 0,4 g NaOH trong 100 mL nước cất
- NaOH (0,1 M) được sử dụng để điều chỉnh dung dịch acid citric 100 mM đến độ pH mong muốn
- Nước cất được thêm vào đến 200 mL
Cellulase đã được hòa tan được thêm vào cao chiết geniposide trong 2.3.2.1 (0,2 g enzyme/1 g geniposide) Phản ứng thủy phân trên máy khuấy từ, khuấy và gia nhiệt ở 50°C trong 6 giờ thu được dịch thủy phân [51]
2.3.3.3 Chiết xuất genipin từ thủy phân bằng ethyl acetat
Sử dụng phễu chiết dung tích 2000 mL thêm ethyl acetate (400 mL) vào dịch thủy phân (2.3.3.2) theo tỷ lệ 1:1 Hỗn hợp được lắc trong 10 phút để ethyl acetate chiết lấy genipin trong dịch thủy phân Sau đó để hỗn hợp lắng đến khi thấy hai pha được phân tách rõ, thu lấy pha hữu cơ Quy trình chiết này được lặp lại 3 lần Các pha hữu cơ được gộp lại với nhau
2.3.3.4 Loại màu bằng than hoạt tính
Thêm 10 g than hoạt tính vào dịch chiết pha hữu cơ (2.3.3.3), khuấy không gia nhiệt trên máy khuấy từ để than hấp thụ chất màu tốt hơn, để lắng và lọc qua máy lọc chân không Lặp lại quy trình này đến khi thu được dịch lỏng màu trong suốt Sau đó làm bay hơi dung môi và thu được genipin (2,3 g) để tiến hành các công đoạn tiếp theo Dung môi thu hồi có thể tái sử dụng
2.3.3 Điều chế chất màu xanh
Sơ đồ quy trình điều chế chất màu (Hình 2.3)
Hình 2.3: Sơ đồ quy trình điều chế chất màu xanh
24 Lượng amine tốt nhất để phản ứng với genipin tạo thành chất màu xanh nằm trong khoảng từ 1 đến 3 mol amine trên 1 mol genipin [51] 100 mL MGS 0,1 M được chuẩn bị bằng cách hòa tan 1,69 g MSG trong 100 mL nước cất Genipin (0,8 g) trong 2.3.3.3 được hòa tan với 50 mL EtOH 50°
100 mL dung dịch MSG được thêm vào 50 mL dung dịch genipin pha trong EtOH 50° Phản ứng xảy ra trên bếp khuấy từ, gia nhiệt ở 75°C trong 10 giờ Sau phản ứng, làm bay hơi dung môi thu được 1,23g chất màu xanh
Thêm một lượng nước vừa đủ để hòa tan chất màu xanh Sau đó thêm một lượng nhỏ tinh bột và sấy được bột màu xanh Ứng dụng chất màu xanh nhuộm vải cotton
Quy trình nhuộm vải bằng chất màu xanh (Hình 2.4)
Hình 2.4: Quy trình nhuộm vải bằng chất màu xanh
Chuẩn bị một mảnh vải cotton có kích thước phù hợp để dễ dàng thao tác và đạt hiệu quả làm sạch tốt nhất Ngâm mảnh vải trong dung dịch nước ấm và nước rửa chén, vắt kỹ để loại bỏ sạch cặn bẩn, chất nhờn Sau đó, sấy khô miếng vải để đảm bảo không còn độ ẩm, tránh làm hỏng đồ dùng.
25 Pha loãng 0,5 g chất màu xanh với 50 mL nước cất Đun nóng hỗn hợp trên bếp trong 10 phút Cho mảnh vải vào và thỉnh thoảng khuấy nhẹ bằng đũa khuấy Tiếp tục đun đến sôi dung dịch chất màu và duy trì nhiệt độ 100 o C trong 2 giờ Rửa vài lần với những lượng nước nóng, đến khi nước chảy ra trong Phơi vải lên cho đến khi khô Lặp lại công đoạn rửa tràn lần nữa sau khi làm khô, sau đó phơi khô Đo màu mảnh vải sau khi nhuộm và qua các lần giặt rửa
Sơ đồ quy trình tạo màng chitosan – genipin (Hình 2.4)
Hình 2.5: Sơ đồ quy trình tạo màng chitosan - genipin
Genipin với nồng độ từ 5x10-4 g đến 0,01 g được hòa tan trong 10 mL nước cất Màng chitosan hình thành từ hỗn hợp bột chitosan (2%, m/v) và acid acetic (1%, v/v) được khuấy trên máy khuấy từ đến khi tan hoàn toàn, sau đó thêm glycerol và tiếp tục khuấy đến khi hỗn hợp đồng nhất.
26 Trộn đều 20 mL dung dịch màng chitosan và 10 mL dung dịch genipin (khuấy trên bếp khuấy từ 30 phút để hỗn hợp hòa trộn) rồi rót ra đĩa petri (đường kính 90mm) Sau đó sấy khô ở 45°C trong 24 giờ
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
Điều chế và tính chất genipin
Genipin được điều chế từ geniposide (chiết xuất từ bột dành dành) bằng phản ứng thủy phân với xúc tác cellulase (Hình 1.4) Chiết xuất genipin bằng EtOAc để tinh sạch Sau đó loại màu bằng than hoạt tính
Sắc ký lớp mỏng (TLC) được sử dụng với mục đích để theo dõi tiến trình phản ứng, xác định độ tinh sạch của chất phản ứng
Phổ cộng hưởng từ proton ( 1 H NMR) được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc phân tử Phổ proton cho biết được số proton có trong phân tử và tỉ lệ các loại cũng như mối quan hệ giữa các proton ở gần nhau
Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử (UV-Vis) được sử dụng với mục đích xác đinh độ hấp thụ cực đại của chất phản ứng
Giai đoạn chuyển hóa geniposide thành genipin được kiểm tra bằng TLC với hệ dung môi giải ly là EtOAc: IPA: H2O theo tỷ lệ 8:1,5:0,5, genoside xuất hiện ở Rf = 0,44 Sau quá trình thủy phân, từ kết quả TLC Hình 3.1 cho thấy vẫn còn vết tại vị trí của geniposide đồng thời xuất hiện vết màu tím có Rf = 0,9 có nghĩa là một phần geniposide sau thủy phân đã chuyển thành genipin
Hình 3.1: TLC gia đoạn chuyển hóa geniposide thành genipin với hệ dung môi giải ly
- 1: Geniposide trong dịch chiết dành dành
- 2: Geniposide thủy phân thành genipin
Quá trình tinh sạch genipin được kiểm tra bằng TLC với hệ hệ dung môi giải ly là CHCl3: EtOAc: HCOOH theo tỷ lệ 7:2:1 Từ kết quả TLC Hình 3.2 cho thấy genipin sau khi chiết bằng EtOAc sạch hơn so với phần dịch thủy phân và sau giai đoạn loại màu bằng than hoạt tính đã loại bỏ được một phần chất màu crocin (vết màu xanh dương)
Hình 3.2: TLC quá trình tinh sạch genipin với hệ dung môi giải ly CHCl 3 : EtOAc:
- G2: Genipin sau khi chiết bằng EtAOc
- G3: Genipin đã được loại màu
Hợp chất genipin thu được có dạng cao đặc sệt màu vàng nâu (Hình 3.3)
Hình 3.3: Mẫu genipin thô 3.1.2.1 Kết quả TLC của genipin
Genipin thu được vết màu tối trên nền xanh sáng dưới đèn UV ở bước sóng 254 nm, không hiện vết ở bước sóng 365 nm (Hình 3.4A) Và hiện vết màu tím khi nhúng thuốc thử vanilin/H2SO4 10% sau đó hơ nóng (Hình 3.4B) Với hệ dung môi giải ly là chloroform, ethyl acetate, formic acid theo tỷ lệ 7:2:1, genipin xuất hiện ở Rf = 0,6 (Hình 3.1) Từ kết quả TLC Hình 3.4 nhận thấy ngoài vết chính là genipin vẫn còn một số vết mờ có Rf thấp hơn Mẫu genipin thu được chưa hoàn toàn tinh khiết do phương pháp điều chế không qua các công đoạn tinh chế bằng kỹ thuật sắc ký
Hình 3.4: Kết quả TLC của genipin với hệ dung môi giải ly CHCl 3 :EA:HCOOH (7:2:1)
TLC soi đèn 254 nm (A), TLC nhúng thuốc thử vanilin/H 2 SO 4 (B)
3.1.2.2 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton của genipin
Hình 3.5: Phổ 1H NMR của genipin điều chế (DMSO-d 6 )
Hình 3.6: Phổ 1H NMR của genipin trong dung môi CD 3 OD đã được công bố [58]
Mẫu genipin điều chế được đo phổ 1 H NMR với tần số 500 MHz, trong dung môi DMSO-d 6 (Hình 3.5) được so sánh với phổ 1 H NMR của genipin (CD3OD) đã được công bố [58] (Hình 3.6) So sánh hai phổ nhận thấy hầu hết các tín hiệu tương ứng chỉ khác độ dịch chuyển của các tín hiệu có xê xích do hai mẫu đo trong dung môi khác nhau Ngoài
34 ra, với mẫu genipin điều chế đo trong dung môi DMSO-d 6 nên các tín hiệu proton của nhóm OH cũng xuất hiện
Bảng 3.1: So sánh phổ 1H NMR của genipin điều chế với phổ 1H NMR của genipin đã được công bố
Vị trí Genipin điều chế
(500 MHz, DMSO-d 6 ) Genipin được công bố [59] δ H (ppm); J (Hz) δ H (ppm); J (Hz)
H-5 3,01 (1H; q; J1=8,5 Hz; J2= 3,5 Hz ) 3,22 (ddd; 3 J=8,5 Hz; 3 J=8,5 Hz;
3J=8,5 Hz) H-6a 2,69 (dd; 1H; J1=8,5 Hz; J2=8 Hz ) 2,71(dd; 3 J=6,7 Hz; 3 J=8,5 Hz) H-9 2,40 (1H; t; J =8 Hz) 2,85 (m; 3 J=8,5 Hz; 2 J Hz)
Phổ 1 H NMR của genipin điều chế cho thấy sự xuất hiện hai tín hiệu proton olefin của H-3 tại δH =7,49 (1H; s) và H-7 tại δH = 5,70 (1H; s) Tín hiệu mũi đa tại δH = 4,76 (1H, m) được gán cho proton H-1 mang nhóm hydroxyl Hai tín hiệu mũi đôi ở δH = 4,14 (1H; d; J = 15 Hz) và δH = 4,01 (1H; d; J = 13,5 Hz;) được gán lần lượt cho proton H-10a và H-10b Mũi đơn δH = 3,62 (s; 3H) thể hiện tín hiệu của 3 proton trong nhóm methoxy Tín hiệu mũi bốn tại δH =3,01 (1H; q; J 1 =8,5 Hz; J2= 3,5 Hz) được gán cho proton H-5, được hình thành do sự chẻ mũi của các proton kề bên, đó là: H-6a; H-6b; và H-9 Tín hiệu mũi đôi đôi δH = 2,69 (1H; dd; J1=8,5 Hz; J2=8 Hz) được gán cho proton H-6a 6a và tín
35 hiệu mũi ba δH = 2,40 (1H; t; J = 8 Hz) là tín hiệu của proton tại vị trí H-9 Từ các phân tích phổ 1 H NMR và so sánh với tài liệu tham khảo [58], [59] (Bảng 3.1) giúp xác nhận hợp chất phân lập đúng là genipin
3.1.2.3 Phổ hấp thụ phân tử của genipin
Phổ UV-Vis của genipin được trình bày trong Hình 3.7 với sự xuất hiện đỉnh hấp thụ ở số sóng 240 nm Kết quả gần trùng khớp với bài báo đã được công bố [60]
Hình 3.7: Phổ UV-Vis của genipin
Điều chế chất màu xanh từ genipin
Chất màu xanh điều chế từ genipin trong cây dành dành là sắc tố xanh có nguồn gốc tự nhiên, còn được gọi là gardenia blue Genipin thực hiện phản ứng với MSG tạo thành chất màu xanh màu có công dụng như một loại thuốc nhuộm tự nhiên rất hữu ích cho ngành dệt may [40]
Sau phản ứng thu được chất màu xanh đậm (Hình 3.8)
36 Sản phẩm bột màu sau khi trộn với tinh bột và sấy (Hình 3.9) có màu xanh đậm, hạt mịn
Hình 3.8: Chất màu xanh từ phản ứng giữa genipin với MSG
Hình 3.9: Bột màu xanh khi sấy với tinh bột 3.2.1 Phổ hấp thụ phân tử của chất màu xanh
Phổ UV-Vis của chất màu xanh được trình bày trong Hình 3.10 với sự xuất hiện 2 đỉnh hấp thụ Ở số sóng 590 nm nằm trong vùng khả kiến là λmax của chất màu xanh, kết quả gần trùng khớp với bài báo đã được công bố [46] Số sóng 240 nm hoàn toàn trùng khớp với λmax của genipin (Hình 3.7), đây có thể là genipin còn dư sau quá trình phản ứng điều chế chất màu xanh Mặc dù phản ứng đã dùng sư MSG với tỉ lệ mol MSG: genipin 3, việc genipin vẫn còn dư sau phản ứng có thể giải thích bằng hai khả năng, một là phản
Trong phản ứng tạo màu xanh ở điều kiện pH = 7,4, phản ứng không thể hoàn toàn diễn ra theo chiều thuận do bản chất hai chiều của phản ứng hữu cơ Do đó, genipin vẫn còn tồn tại trong dung dịch tạo màu, làm ảnh hưởng đến độ ổn định của màu Vì vậy, cần nghiên cứu thời gian phản ứng tối ưu để cân bằng được nồng độ genipin và chất tạo màu, đảm bảo độ bền màu lâu dài.
Hình 3.10: Phổ UV-Vis của dung dịch điều chế chất màu xanh từ genipin và MSG 3.2.2 Ứng dụng nhuộm vải
Chất màu xanh sau khi điều chế được sử dụng nhuộm vải cotton để khảo sát khả năng ứng dụng nhuộm màu của chất màu xanh được điều chế Trong sản xuất công nghiệp, màu sắc cũng là một trong những yếu tố quan trọng thúc đẩy người tiêu dùng mua hàng Do vậy, mỗi sản phẩm đều có yêu cầu cao về độ chính xác của màu sắc theo quy định mà bằng mắt thường không thể nhìn chính xác được vậy nên cần sử dụng máy đo màu để xác định chính xác các giá trị màu sắc
Quan sát Hình 3.11, sau khi nhuộm, vải cotton có màu xanh đậm, qua lần giặt đầu tiên thì màu xanh nhạt dần, qua hai lần giặt tiếp theo màu xanh giữ trên bề mặt vải rất nhạt và bền màu trong những lần giặt sau
38 Giá trị L* biểu diễn cường độ sáng tối, với các giá trị từ đen (0) đến trắng (100); Giá trị a* biểu diễn các giá trị màu từ xanh lá cây đến màu đỏ, với các giá trị nằm trong khoảng từ -128 đến +127; và giá trị b* biểu diễn các giá trị màu từ xanh dương đến vàng, với các giá trị nằm trong khoảng từ -128 đến +127 Nếu giá trị a* lớn hơn 0, màu có xu hướng thành màu đỏ, nhưng nếu giá trị a* nhỏ hơn 0, màu có xu hướng trở thành màu xanh lá cây Tương tự, giá trị b* xác định màu là vàng (b > 0) hay xanh dương (b < 0)
Hình 3.11: Màu sắc trên vải cotton qua các lần giặt Bảng 3.2: Đo màu trên vải cotton qua các lần giặt
Giá trị L* Giá trị a* Giá trị b* Giá trị ∆𝐄
Theo bảng 3.2, ngay sau khi nhuộm, giá trị L* giảm mạnh cho thấy vải tối màu hơn nhưng sau mỗi lần giặt thấy giá trị L* tăng dần cho thấy vải sáng dần là do phần màu không bám dính vào vải bị rửa trôi Tuy nhiên, giá trị L* giữa lần giặt thứ 2 và thứ 3 không chênh lệch nhiều chứng tỏ phần thuốc nhuộm chưa gắn màu lên tấm vải đã được rửa đi sau lần giặt thứ 2 Giá trị màu b* sau khi vải được nhuộm qua các lần giặt là các giá trị âm (nghiên về màu xanh dương), giá trị b* giữa lần giặt thứ 2 và thứ 3 không chênh
39 lệch nhiều chứng tỏ màu xanh đã ổn định trên vải Thông thường ∆E thay đổi 5 đơn vị là mắt người có thể nhận biết được [61] Như vậy sau khi nhuộm và rửa 2 lần đầu, màu có thay đổi rõ rệt, nhưng giữa lần giặt 2 và 3 thì không khác biệt, cho thấy giặt 2 lần là đủ rửa sạch phần màu không bám dính chặt.
Tính chất của màng chitosan – genipin
Do khả năng phản ứng với các nhóm ái nhân như nhóm amine, genipin là một chất được sử dụng như một tác nhân tạo biến tính màng chitosan Em đã thực hiện khảo sát sự khác biệt của màng chitosan-genipin khi thay đổi nồng độ genipin để hảo sát ảnh hưởng của nồng độ genipin sử dụng đến tính chất của màng chitosan-genipin
Hình 3.12: Phản ứng liên kết chéo giữa chitosan và genipin 3.3.1 Màu sắc
Như trong Hình 3.13, màng chitosan liên kết ngang với genipin có màu xanh lam Điều này là do quá trình trùng hợp của genipin và sự tương tác của nó với các nhóm amine trong chitosan làm cho các vật liệu liên kết ngang có màu này [3] Phản ứng được thể hiện ở Hình 3.12
Theo Bảng 3.3, màng chitosan thể hiện độ sáng cao ( giá trị L* ) và độ vàng nhẹ ( giá trị b* ) do dung dịch chitosan có màu hơi vàng Khi genipin phản ứng với chitosan, giá trị L* của màng giảm cho thấy độ sáng của màng giảm đi và giá trị b* chuyển sang âm cho
40 thấy sự chuyển sang màu xanh dương Giá trị L* giảm dần khi tăng dần nồng độ genipin phản ứng với màng chitosan thể hiện màu sắc càng tối và giá trị b* tăng do sự phát triển của màu xanh trong màng
Hình 3.13: Màu sắc màng chitosan-genipin với các nồng độ genipin
Bảng 3.2: Giá trị thông số màu sắc màng chitosan-genipin với các nồng độ
Nồng độ (g/L) Giá trị L* Giá trị a* Giá trị b*
3.3.2 Phổ UV-Vis của màng khi thay đổi nồng độ genipin
Thí nghiệm này được đánh giá theo độ truyền qua Có một mẫu để đối chứng hoàn toàn là chitosan và năm mẫu còn lại được sắp xếp theo thứ tự tăng dần nồng độ genipin từ 0,05 đến 1 g/L
Nhìn Hình 3.14 ta thấy, khi tăng dần nồng độ genipin phản ứng với chitosan thì độ hấp thu giảm chứng tỏ khả năng truyền quang càng kém và đỉnh hấp thụ ở 600 xuất hiện rồi tăng dần theo nồng độ genipin là do phản ứng của genipin với nhóm NH2 của chitosan Đỉnh này khớp với đỉnh hấp thụ UV-vis của chất màu xanh (Hình 3.9) càng khẳng định là
41 do phản ứng giữa genipin với gốc amine vì màu xanh này cũng do genipin phản ứng với amine của MSG
Trong vùng tử ngoại, khả năng truyền quang kém chứng minh việc bổ sung chất tạo liên kết ngang là genipin có ảnh hưởng lớn đến khả năng truyền ánh sáng của màng và ngăn chặn tia UV, tuy nhiên độ trong suốt của màng cũng bị giảm Với tính chất ngăn tia cực tím cho thấy ứng dụng tiềm năng của nó trong bảo vệ các vật thể khỏi tác hại của tia
Hình 3.14: Đồ thị phổ UV-Vis của màng khi thay đổi nồng độ genipin
3.3.3 Phổ FTIR của màng khi thay đổi nồng độ genipin
Phổ FTIR cho biết được các nhóm chức có trong cấu trúc Phân tích FTIR của màng chitosan không liên kết ngang và genipin liên kết ngang được thực hiện để nghiên cứu những thay đổi hóa học Cơ chế tạo liên kết ngang liên quan đến phản ứng giữa các nhóm amine của chitosan với genipin, tạo ra liên kết amide và một amine dị vòng
42 Sau khi để màng khô ta tiến hành đo FTIR để biết cấu trúc của chitosan sẽ thay đổi như thế nào khi tác dụng với genipin Trên hình có bốn mẫu với sự thay đổi nồng độ genipin từ 0,05 g/L đến 0,75 g/L và một mẫu chitosan đối chứng
Phổ FTIR của chitosan được đặc trưng bởi một số dải hấp thụ: dải rộng của dao động O-H ở 3286 cm -1 kéo dài đến 2921 cm -1 của dao động Csp 3 -H, các đỉnh ở 1646 cm -1 và 1558 cm -1 được cho là do C=O kéo dài trong amide I và NH uốn cong trong amide II, tại đỉnh 1150 cm −1 thể hiện cho sự kéo dài không đối xứng đặc trưng của C-O-C của cấu trúc polysacaride [62]
Hình 3.15: FTIR của màng khi thay đổi nồng độ genipin
Từ kết quả của Hình 3.15, có thể thấy rằng khi tăng nồng độ genipin trong dung dịch chitosan thì sẽ các dải thay đổi theo xu hướng tăng dần từ 1639 đến 1646 cm -1 , có nghĩa là phổ FTIR có xu hướng rộng hơn Ở đỉnh cao 1412cm -1 , có xu hướng giảm dần Đỉnh ở
1412 cm -1 với nồng độ genipin là 0,75 g/L rộng hơn trong ba đường cong còn lại tương ứng với sự hiện diện của sự kéo dài vòng của liên kết ngang amine dị vòng với genipin Đoạn CN của amin thơm bậc ba của iridoid nitrogen genipin liên kết ngang, liên kết cộng hóa trị với chitosan, được xác định là nguồn gốc của dải ở 1150 cm -1
3.3.4 Độ ẩm màng chitosan – genipin
Mục đích của việc đo độ ẩm của màng là để xem sự thay đổi độ ẩm khi genipin liên kết ngang với chitosan
Bảng 3.3: Độ ẩm màng chitosan - genipin
STT Màng chitosan – genipin (g/L) Độ ẩm (%)
Từ kết quả của bảng 3.4, khi bổ sung genipin thì độ ẩm của màng giảm so với mẫu đối chứng, chứng tỏ có màng ngăn nước các phân tử dễ dàng xâm nhập Tuy nhiên khi tăng nồng độ genipin phản ứng thì độ ẩm không thay đổi đáng kể Thêm genipin vào màng chitosan có thể làm giảm độ ẩm vì genipin có tính chất chống thấm nước.Màng chitosan sau khi được xử lý bằng genipin sẽ có khả năng hấp thụ và giữ nước dưới mức thấp hơn so với màng chitosan ban đầu Do đó, việc thêm genipin vào màng chitosan sẽ làm giảm độ ẩm của màng, làm cho nó ít hấp thụ nước hơn và giữ được tính chất cơ học tốt hơn khi bị tiếp xúc với môi trường ẩm Việc độ ẩm không giảm khi tăng nồng độ genipin dường như cho thấy không có liên kết ngang tạo thành, và điều này cũng phù hợp với kết cơ tính bên dưới
3.3.5 Tính chất cơ học của màng genipin – chitosan
Mục tiêu của thí nghiệm này là đo độ bền kéo và độ giãn dài của màng, cũng như như tính linh hoạt và độ bền cơ học của chúng, xem xét các tính chất của màng và sự ổn định khi thay đổi nồng độ genipin Khảo sát 5 nồng độ genipin và một mẫu đối chứng không chứa genipin Mẫu lớn nhất có nồng độ genipin 1 g/L và mẫu nhỏ nhất có nồng độ genipin là 0,05 g/L Độ dày của màng không thay đổi đáng kể khi thay tăng dần nồng độ genipin Cơ tính giảm khi tăng nồng độ genipin phản ứng với màng chitosan cho ta thấy có nhiều khả năng không tạo liên kết ngang vì khi tạo liên kết ngang các mạch nối với nhau dẫn đến cơ tính tăng [63]
Bảng 3.4: Tính chất cơ học màng chitosan - genipin
(g/L) Độ dày (mm) Độ bền kéo (Mpa) Độ giãn dài (%)
