Luận án nghiên cứu quy trình trích ly các hợp chất màu tự nhiên từ vỏ quả măng cụt và quả mặc nưa ứng dụng cho nhuộm vải tơ tằm

CHƢƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan trình trích ly 1.1.1 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình trích ly Trích ly trình tách chất hòa tan chất lỏng hay chất rắn chất lỏng khác nhƣng giữ đầy đủ thành phần tính chất Trích ly chất màu tự nhiên ứng dụng công nghệ nhuộm trình trích ly rắn lỏng phƣơng pháp tách hay số chất khỏi nguyên liệu dựa vào đặc tính chất tan cần chiết dung môi, phân bố hai pha không trộn lẫn vào nhau: pha lỏng pha rắn tạo cân rắn-lỏng Dung môi phân cực tách đƣợc chất phân cực dung môi không phân cực tách chất không phân cực Khi nguyên liệu dung môi tiếp xúc với nhau, lúc đầu dung môi thấm vào nguyên liệu, sau hòa tan chất tan có tế bào nguyên liệu đƣợc khuếch tán tế bào Trong trình trích ly xảy số trình nhƣ khuếch tán, thẩm thấu, hòa tan…và chịu ảnh hƣởng nhiều yếu tố nhƣ nhiệt độ trích ly, thời gian trích ly, tỷ lệ rắn-lỏng, độ mịn nguyên liệu Quá trình trích ly đƣợc ứng dụng rộng rãi công nghiệp hóa học, thực phẩm nhƣ ngành dƣợc [15] Lựa chọn dung môi để trích ly muốn chiết hợp chất khỏi cỏ cần lựa chọn dung môi thích hợp Dung môi đƣợc chọn phải có điều kiện sau: trung tính, không độc, không dễ cháy, hòa tan đƣợc hợp chất cần khảo sát, sau chiết tách xong dung môi đƣợc loại bỏ thu hồi dễ dàng Cơ sở để lựa chọn dung môi trích ly độ phân cực hợp chất chứa nguyên liệu độ phân cực dung môi [15] Muốn chiết hợp chất khỏi nguyên liệu thô chọn dung môi phù hợp phải ý việc sử dụng kỹ thuật trích ly phù hợp (chiết ngâm, soxhlet… cho đạt hiệu chiết hợp chất hữu từ nguyên liệu thô cao Mỗi phƣơng pháp trích ly có ƣu nhƣợc điểm khác nhau, tùy thuộc hợp chất hữu muốn chiết mà chọn phƣơng pháp phù hợp, dễ tiến hành mà thu đƣợc hiệu chiết mong muốn 1.1.2 Các phƣơng pháp trích ly chất màu tự nhiên 1.1.2.1 Phương pháp trích ly ngâm (chiết ngâm) Phƣơng pháp trích ly chiết ngâm hay gọi đun cách thủy đƣợc tiến hành nhiệt độ dƣới 100 oC, áp suất atm (hay 101.325 Pa , phƣơng pháp tƣơng đối đơn giản dễ lắp đặt, gia nhiệt gián tiếp qua nƣớc, tránh tƣợng nhiệt đun nóng, hạn chế đƣợc tƣợng cháy chất cần đun Bên cạnh đó, sử dụng nhiệt gián tiếp từ nƣớc góp phần kiểm soát đƣợc nhiệt độ giảm nhiệt nhanh tăng cao so với nhiệt độ khảo sát [15] Phƣơng pháp đƣợc ứng dụng nhiều công nghệ tách chất màu tự nhiên từ thực vật 1.1.2.2 Phương pháp soxhlet [15] Phƣơng pháp đƣợc thực hệ thống soxhlet nhƣ hình 1.1: bột xay thô đƣợc đặt trực tiếp ống (4) tốt đặt túi vải để dễ lấy bột khỏi máy Lƣu ý đặt vài viên bi thủy tinh dƣới đáy ống (4 để tránh làm nghẹt lối vào ống thông (6 Rót dung môi lựa chọn vào bình cầu cách tháo hệ thống chỗ nút mài số (2 , nhƣ dung môi thấm ƣớt bột xuống bình cầu, ngang qua ngõ ống thông (6) Mở cho nƣớc chảy hoàn lƣu ống ngƣng Sử dụng bếp điện điều chỉnh nhiệt cho dung môi bình cầu sôi nhẹ Dung môi tinh khiết đƣợc đun nóng bốc lên cao, theo ống (3 lên cao hơn, theo ống ngƣng lên cao nữa, nhƣng dung môi bị ống ngƣng làm lạnh, ngƣng tụ thành thể lỏng, rớt thẳng xuống ống (4) chứa bột Dung môi ngấm vào bột chiết chất hữu hòa tan vào dung môi Theo trình đun nóng, lƣợng dung môi rơi vào ống (4) nhiều, mức dung môi lên cao ống (4 đồng thời dâng cao ống (6 , ống thông Đến mức cao ống (6), dung môi bị hút bình cầu (1) lực hút rút hết lƣợng dung môi chứa ống (4) Bếp tiếp tục đun quy trình vận chuyển dung môi theo nhƣ mô tả lúc đầu Các hợp chất đƣợc hút xuống bình cầu nằm lại đó, có dung môi tinh khiết đƣợc bốc bay lên để tiếp tục trình trích ly Tiếp tục đến chiết kiệt chất bột (dung môi eter dầu hỏa chiết kiệt chất phân cực tan đƣợc eter dầu hỏa nóng) Kiểm tra chiết kiệt cách tắt máy để nguội mở hệ thống chỗ nút mài (8), rút lấy giọt dung môi thử mặt kiếng, thấy không vết kiếng chiết kiệt Sau hoàn tất, lấy dung môi trích ly khỏi bình cầu (1 , đuổi dung môi, thu đƣợc cao chiết Hình 1.1 Hệ thống chiết Soxhlet [15] (1)- Bình cầu đặt bếp đun điều chỉnh nhiệt độ (3)- Dẫn dung môi từ bình (1 bay lên vào ống (4 chứa bột (6)- Là ống thông để dẫn dung môi từ (4 trả ngƣợc trở lại bình cầu (1 (9)- Ống ngƣng tụ Ưu điểm: - Tiết kiệm dung môi, lƣợng dung môi mà chiết kiệt đƣợc mẫu Không phải tốn công lọc châm dung môi mới; - Không tốn thao tác lọc châm dung môi nhƣ kỹ thuật khác Chỉ cần cắm điện, mở nƣớc hoàn lƣu máy thực chiết; - Chiết kiệt hợp chất bột bột đƣợc liên tục chiết dung môi tinh khiết Nhược điểm: - Kích thƣớc máy Soxhlet làm giới hạn lƣợng bột cần chiết Máy loại lớn với bình cầu dung tích 15 L, chứa lần đến 10 L dung môi; ống D chứa 800gam bột xay nhỏ Với máy nhỏ hơn, cho vào lần vài trăm gam bột cây, muốn chiết lƣợng lớn bột cần phải lặp lại nhiều lần; - Trong trình trích ly, hợp chất chiết từ bột đƣợc trữ lại bình cầu, nên chúng bị đun nóng nhiệt độ sôi dung môi hợp chất bền nhiệt bị hƣ hại ví dụ nhƣ carotenoid 1.1.2.3 Phương pháp có hỗ trợ vi sóng Vi sóng (microwave sóng điện từ lan truyền không gian với vận tốc ánh sáng, có độ dài sóng từ 1cm đến 1m (tƣơng ứng với tần số 300 Mhz đến 32 Ghz) Vi sóng gồm thành phần điện trƣờng từ trƣờng, nhƣng có điện trƣờng chuyển thành nhiệt để đun nóng; tƣơng tác với từ trƣờng trƣờng hợp nhiều ý nghĩa quan trọng Bản chất điện trƣờng có hƣớng nên có tác dụng lớn lên phân tử có cực làm phân tử thay đổi hƣớng theo biến đổi điện trƣờng tạo quay phân tử Sự quay làm phân tử va chạm vào nóng lên Các phân tử phân cực không đối xứng đƣợc làm nóng tốt dƣới tác dụng vi sóng Các phân tử phân cực dễ bị làm nóng Nƣớc có độ phân cực lớn, dung môi lý tƣởng để làm nóng vi sóng Ngoài nhóm phân cực hợp chất hữu nhƣ –OH, -NH2, -COOOH…… chịu tác động tƣơng tự điện trƣờng [70] MICROWAVE  C H   : Trường ELECTRIC điện FLELD MAGNETIC FLELD từ H : Trường  :Bước WAVELENGTH 2450mhz) sóng (khoảng(122cm 120cm - for 2450 mhz) C :SPEED OF LIGHT (300.000Km/s) Vận tốc sóng (xấp xỉ 300.000 km/s) Hình 1.2 Mô tả sóng microwave [84] Vi sóng cung cấp kiểu đun nóng không dùng truyền nhiệt thông thƣờng Với kiểu đun nóng bình thƣờng, nhiệt truyền từ bề mặt vật chất lẫn vào bên trong, trƣờng hợp sử dụng vi sóng, vi sóng xuyên thấu vật chất làm nóng vật chất từ bên Vi sóng tăng hoạt phân tử phân cực, đặc biệt nƣớc Nƣớc bị đun nóng hấp thụ vi sóng bốc tạo áp suất cao nơi bị tác dụng, đẩy nƣớc từ tâm vật đun đến bề mặt [84] Nhiệt độ áp suất phụ thuộc vào lƣợng vi sóng, vào phân cực, tính bay dung môi, thể tích chiếm dung môi bình khí đƣợc sinh phản ứng Chúng có khả làm giảm đáng kể thời gian phản ứng Đối với dung môi không phân cực gia tăng nhiệt độ áp suất kém, chúng đặc trƣng số điện môi Bảng 1.1 Ảnh hưởng tính phân cực đến khả gia tăng nhiệt chiếu xạ vi sóng [86] Stt Nhiệt độ Stt Nhiệt độ Nhiệt độ Nhiệt độ sôi sôi sôi gia sôi gia Dung môi chiếu xạ Dung môi chiếu xạ nhiệt thông nhiệt thông vi sóng vi sóng thƣờng o thƣờng ( C) (oC) (oC) (oC) 10 Nƣớc 81 100 Acid acetic 110 119 Metanol 65 65 11 Etyl aceatat 73 77 Etanol 78 78 12 Cloroform 49 61 1-propanol 97 97 13 Aceton 56 56 1-butanol 109 117 14 Dimetylformamide 131 153 1-pentanol 106 137 15 Dietyl ete 32 35 1-hexatanol 92 158 Hexan 25 68 1-clobutan 76 78 16 17 Heptan 26 98 1-bromobutan 95 101 18 Tetracloro-cacbon 28 77 Trong phản ứng hóa học bình thƣờng, vi sóng cung cấp động lực để tất phân tử đủ lƣợng vƣợt qua hàng rào lƣợng Thông thƣờng, lƣợng hoạt hóa cho phản ứng tổng hợp hữu vào khoảng 50 kcal/mol [88] Phƣơng pháp gia nhiệt truyền thống tổng hợp hữu đun nóng bình thƣờng Khi nguồn nhiệt bên ngoài, nhiệt truyền qua thành thiết bị, đối lƣu qua dung môi truyền tới đối tƣợng mong muốn Đây trình chậm hiệu Đun nóng vi sóng khác hẳn: vi sóng truyền nhiệt trực tiếp đến phân tử, gia tăng nhiệt độ đạt đƣợc nhanh chóng dẫn nhiệt không phụ thuộc vào thành vật chứa [84] Quá trình chuyển hóa lƣợng điện từ thành lƣợng nhiệt gồm chế: Cơ chế quay phân tử: có điện trƣờng phân tử quay theo chiều điện trƣờng, đầu (+) phân tử quay cực (-) điện trƣờng Cơ chế chuyển dần ion: nhiệt sinh chuyển dần ion, kết gia tăng trở kháng môi trƣờng chống lại dịch chuyển ion trƣờng điện từ Một hỗn hợp vật chất bị chiếu xạ vi sóng, vật chất phân cực chuyển động ion nhiều, nhiệt sinh lớn Hình 1.3 Các chế gia nhiệt vi sóng [70] Một ƣu điểm bật vi sóng tốc độ gia nhiệt nhanh Sự truyền lƣợng vi sóng gián đoạn với thời gian 10-9 giây Năng lƣợng phân tử hấp thu đƣợc phải 10-5 giây đƣa trạng thái bình thƣờng Nhƣ vậy, lƣợng đƣợc cung cấp với tốc độ lớn tốc độ giải phóng tạo trạng thái không cân lƣợng, kết nhiệt độ tăng lên nhanh chóng phản ứng dịch chuyển Thời gian tồn phức chất hoạt động thƣờng ngắn 10-9 giây nên không ảnh hƣởng đến chế phản ứng Những chất trung gian có thời gian tồn lớn 10-9 giây hấp thu vi sóng thúc đẩy chuyển đến trạng thái tạo sản phẩm, chất trung gian thông thƣờng không phân cực hợp chất ion nên chúng dễ dàng hấp thu lƣợng vi sóng Việc sử dụng vi sóng làm thay đổi thành phần hóa học sản phẩm tạo thành Nhƣ đun nóng lò vi sóng đun nóng nội từ bên khối vật chất, nên đạt đƣợc nhiệt độ cao thời gian ngắn [78,87] Cấu tạo thiết bị vi sóng: 800 Kw Time Start Cửa lò Nút chỉnh công suất Bộ phận xạ sóng Nút chỉnh thời gian Nút khởi động Sóng Bình phản ứng Phích nguồn Đèn Hình 1.4 Cấu tạo lò vi sóng [84] Lò vi sóng có hai loại: Lò vi sóng gia dụng (Multimode thƣờng dùng để nấu nƣớng sóng tỏa rộng khắp lò Sự chiếu xạ bên lò không đồng nên trƣớc thực phản ứng lò cần phải dò tìm vị trí xạ tập trung nhiều Và lò vi sóng chuyên dùng (Monomodel) xạ vi sóng chiếu thẳng hội tụ vào mẫu phản ứng nhờ ống dẫn sóng Việc chuyển đổi lò vi sóng thành thiết bị chiết tách dựa vào lịch sử hình thành phát triển lò vi sóng nhƣ trình nghiên cứu công nghệ hóa học nói chung Lò vi sóng Percy Spencer phát minh năm 1947 [9] Tuy nhiên, đến năm 1978 Michael J Collin thiết kế lò vi sóng áp dụng cho phòng thí nghiệm phân tích Sau hàng loạt thiết bị vi sóng đƣợc phát minh để phục vụ vào nghiên cứu nhƣ phục vụ sản xuất công nghiệp [70] Việc áp dụng lƣợng vi sóng hỗ trợ thực phản ứng hóa học chiết hợp chất tự nhiên đƣợc quan tâm [88] Các thiết bị vi sóng chuyên dụng đắt tiền nên việc trang bị loại thiết bị không đơn giản phòng thí nghiệm Việt Nam Trong điều kiện đó, lò vi sóng gia dụng trở thành lựa chọn ƣu tiên chi phí trang bị chuyển đổi công thấp Hiện nhiều phòng thí nghiệm Việt Nam bắt đầu đƣa lò vi sóng vào phục vụ cho nghiên cứu, nhiên vài phòng thí nghiệm tham gia cải tiến lò vi sóng gia dụng thành thiết bị chuyên dùng phục vụ cho mục đích nghiên cứu chuyên ngành Hình 1.5 Hệ thống lò vi sóng gia dụng sử dụng trích ly hợp chất màu tự nhiên Trên sở “Nghiên cứu chuyển đổi lò vi sóng gia dụng thành thiết bị chiết hợp chất tự nhiên thực tổng hợp hữu cơ”[9] tiếp tục nghiên cứu chuyển đổi lò vi sóng gia dụng thành thiết bị chiết chiết ngâm có chiếu xạ vi sóng Lò vi sóng gia dụng đƣợc chuyển đổi thành thiết bị chiết - vi sóng, sử dụng vào việc chiết hợp chất tự nhiên Việc nghiên cứu sử dụng đƣợc thực hợp chất mang màu từ dịch mặc nƣa hợp chất mang màu từ dịch vỏ măng cụt Các trình trích ly nói đƣợc thực song song hệ thống chiết ngâm hệ thống soxhlet Ưu điểm: Giảm đáng kể thời gian trích ly xuất, khoảng vài giây đến vài phút, sản phẩm trích ly chất lƣợng tốt, giảm lƣợng dung môi sử dụng, cải thiện hiệu suất chiết, khả tự động hóa độ xác cao, thích hợp với chất bền nhiệt, thiết bị dễ sử dụng, an toàn bảo vệ môi trƣờng, có tác dụng đặc biệt với phân tử phân cực Nhược điểm: Nhiệt độ sôi dung môi đạt đƣợc nhanh gây nổ, không áp dụng cho phân tử không phân cực, khó áp dụng cho quy mô công nghiệp đầu tƣ cho thiết bị vi sóng không nhỏ để có đủ công suất 1.1.3 Trích ly chất màu tự nhiên từ vỏ măng cụt mặc nƣa ứng dụng công nghệ nhuộm vật liệu dệt Trích ly chất màu từ vỏ măng cụt mặc nƣa trình trích ly rắn lỏng Trong trình này, dung môi tiếp xúc trực tiếp với nguyên liệu, hòa tan vận chuyển chất màu vào dung môi, thƣờng xảy tƣợng hòa tan, khuếch tán, thẩm thấu Vì tốc độ trình phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ: hình dạng, kích thƣớc, thành phần, cấu trúc bên vật thể rắn, tính chất hóa lý chế độ thủy động dung môi, kiểu thiết bị, phƣơng pháp trích ly, tỷ lệ rắn lỏng, thời gian nhiệt độ trích ly Hình 1.6 Sự phân bố nồng độ pha trình chuyển khối [17] Động lực trình trích ly chất màu chênh lệch nồng độ hợp chất mang màu bề mặt nguyên liệu nồng độ chúng dịch chiết Co Trạng thái cân đạt đƣợc hóa cấu tử hòa tan chất rắn hóa dung dịch nhiệt độ Khi nồng độ dung dịch tƣơng ứng với nồng độ bão hòa gọi độ hòa tan Phƣơng trình cấp khối hay tốc độ trình trích ly có dạng: Trong đó: M lƣợng cấu tử phân bố, F bề mặt tiếp xúc pha thời điểm τ; β hệ số cấp khối; Cbh nồng độ cấu tử hòa tan bề mặt chất rắn, nồng độ cân đƣợc thiết lập nhanh; Co nồng độ trung bình cất rắn hòa tan dung dịch Cơ chế trình chuyển khối hệ rắn lỏng phức tạp phụ thuộc vào nhiều yếu tố Nếu gọi D hệ số khuếch tán phân tử hệ số cấp khối β = D/δ tỷ lệ nghịch với chiều dày lớp màng chảy dòng δ sát bề mặt vật thể rắn, tức phụ thuộc vào chế độ thủy động dung môi (a) (b) Hình 1.7 Sự thay đổi nồng độ cấu tử mang màu gần bề mặt nguyên liệu (a) xác định tốc độ trình trích ly rắn-lỏng (b) [17] Ngoài ra, kích thƣớc hạt rắn giảm tốc độ trình trích ly tăng, tăng bề mặt tiếp xúc pha giảm đoạn đƣờng khuếch tán hạt rắn Tuy nhiên, kích thƣớc hạt rắn giảm lƣợng tiêu tốn cho trình nghiền tăng, phải chọn kích thƣớc hạt rắn thích hợp Tỷ lệ lƣợng dung môi lƣợng chất rắn ảnh hƣởng lớn đến tốc độ khuếch tán Tỷ lệ cao tăng tốc độ khuếch tán khả tách triệt để cấu tử phân bố nhiều, nhƣng tiêu tốn lƣợng để tách cấu tử phân bố dung môi tăng Do phải chọn tỷ lệ lƣợng dung môi lƣợng chất rắn thích hợp Trong trình trích ly chất rắn, dung môi phải xâm nhập vào mao quản chất rắn để tác dụng với cấu tử phân bố, nên tốc độ toàn trình giảm nhanh Tốc độ trình trích ly đƣợc định tốc độ khuếch tán bên 1.2 Tình hình nghiên cứu phƣơng pháp trích ly chất màu tự nhiên từ vỏ măng cụt mặc nƣa ứng dụng công nghệ nhuộm 1.2.1 Tình hình nghiên cứu giới Trong nhiều thập kỷ qua, công trình nghiên cứu trình trích ly hay tách chiết hợp chất màu tự nhiên cô lập xác định hợp chất riêng lẻ đƣợc nghiên cứu nhiều [75,76,78,79,80,91,92,93,97,108,126,127] Trong đó, có số công bố việc sử dụng mô hình thực nghiệm tối ƣu hóa mô hình vào trình tách chiết chất màu tự nhiên đơn lẻ [79,80,90,110,130] Tuy nhiên vấn đề trích ly chất màu tự nhiên ứng dụng công nghệ nhuộm lại mang ý nghĩa ứng dụng khác; không cô lập hợp chất đơn lẻ mà sử dụng hỗn hợp dịch chiết nhuộm cho loại vật liệu vải sợi khác Những năm gần đây, vấn đề nghiên cứu quy trình nhuộm vải chất màu tự nhiên đƣợc nhiều nhà khoa học giới quan tâm mà chủ yếu tập trung vào chất màu trích ly từ thực vật Sự đa dạng hệ thực vật giới tạo nhiều gam màu đa dạng cho công trình nghiên cứu công nghệ Vào năm 1994 nhóm nghiên cứu C Mahidol bắt đầu nghiên cứu hoạt tính sinh học loại trồng tự nhiên Thái Lan [53]; năm 2012 Supaluk Teppanrin cộng nghiên cứu khả nhuộm màu vải cotton, tơ tằm vải tơ tằm dịch chiết từ hạt đậu Marind [119]…v.v… Từ năm 2000 đến 2014, có nhiều công trình nghiên cứu khả nhuộm vật liệu dệt dịch chiết từ vỏ măng cụt đƣợc công bố số báo trƣờng đại học viện nghiên cứu chủ yếu Thái Lan, Ấn Độ, Mỹ Úc Một số báo tập trung nghiên cứu quy trình nhuộm loại vật liệu cotton, tơ tằm, len đƣợc công bố Năm 2006, Siriwan Kittinaovarat cộng đại học Chulalongkorn, Thái Lan công bố kết nghiên cứu quy trình nhuộm hoàn tất vải cotton dịch chiết từ vỏ măng cụt sử dụng phƣơng pháp nhuộm bể [118] Tiếp theo, năm 2007 M.Chairat cộng tiếp tục nghiên cứu quy trình nhuộm cotton tơ tằm dịch chiết từ vỏ măng cụt [89]; năm 2009, Padma S Vankar, Thái Lan nghiên cứu quy trình nhuộm vải cotton, tơ tằm len dịch chiết từ vỏ măng cụt có hỗ trợ ion kim loại [107] Đến năm 2010, Charuwan Suitcharit công bố kết nghiên cứu ảnh hƣởng phân tử chitosan đến khả cầm màu vải cotton nhuộm dịch chiết từ vỏ măng cụt [54] số công trình công bố nhà khoa học khác [36,37,41,45,46,47,49,50,53, 55,58,67,71,89,94,95,96,99,100,102,103,104,105,106] Tuy nhiên, hƣớng nghiên cứu phụ thuộc nhiều vào chất cầm màu muối kim loại, chƣa thật sâu vào hƣớng hoàn toàn thân thiện với môi trƣờng Đồng thời, kết nghiên cứu ứng dụng cho công nghệ nhuộm, không đề cập đến trình trích ly dung dịch nhuộm hay ảnh hƣởng thông số trình trích ly dịch từ vỏ măng cụt, nhƣ hoàn toàn chƣa đề cập đến chế phản ứng gắn màu loại vật liệu dệt cụ thể Các công trình nghiên cứu mặc nƣa đƣợc công bố từ năm 1957 nay, chƣa thấy nghiên cứu thức khả nhuộm màu mặc nƣa, đề cập đến hợp chất tạo màu đen sử dụng nhuộm vải Các nghiên cứu 10 chủ yếu nghiên cứu thành phần chất có mặc nƣa dƣợc tính chúng [76,82,92,93] 1.2.2 Tình hình nghiên cứu Việt Nam Những năm gần đây, số nghiên cứu vấn đề Việt Nam, có nhiều kết công bố vấn đề tối ƣu hóa trình tách chiết, chẳng hạn tác giả Lê Xuân Hải, Nguyễn Thị Lan công bố tạp chí phát triển KH&CN, tập 11, số 09-2008 “Tối ưu hóa đa mục tiêu ứng dụng trình chiết tách màu anthocyanin” Hay số công bố kết nghiên cứu tách chiết vỏ măng cụt chủ yếu tập trung xác định thành phần dƣợc tính, nhƣ tác giả Đào Hùng Cƣờng Đỗ Thị Thúy Vân vào năm 2010 công bố công trình nghiên cứu chiết tách xác định Xanhthones từ vỏ măng cụt [4], hay năm 2013 tác giả Đàm Sao Mai Lê Văn Tán, Đại học Công nghiệp Tp.HCM công bố nghiên cứu cô lập Anthocyanin từ vỏ măng cụt [61] Tuy nhiên kết công bố cho hƣớng nghiên cứu ứng dụng chất màu tự nhiên không nhiều, khảo sát mang tính tự phát, chƣa đƣợc công bố tạp chí uy tín Đối với mặc nƣa chƣa tìm thấy công trình nghiên cứu công bố kết luận án v.v… Tại Việt Nam, tính đến thời điểm này, trƣờng đại học viện nghiên cứu có nhiều nghiên cứu công nghệ nhuộm vải chất màu tự nhiên từ nhiều loại thực vật khác Tuy nhiên, ý tƣởng xu hƣớng nghiên cứu chủ yếu dựa công trình nghiên cứu PGS.TS Hoàng Thị Lĩnh, Khoa Công nghệ Dệt may Thời trang, Đại học Bách khoa Hà Nội PGS.TS Hoàng Thị Lĩnh tìm công nghệ nhuộm vải cotton lụa tơ tằm bàng, xà cừ, củ nâu, trầu không, chàm, thiên lý, tre, găng, ngải cứu, bạch đàn, chè, hồng xiêm, vỏ xà cừ, chè, móng, xà cừ, nghệ, bạch đàn, sapoche… Là chuyên gia hóa nhuộm, đam mê khoa học PGS.TS Hoàng Thị Lĩnh bắt đầu nghiên cứu lĩnh vực từ năm 1996, đến Bà chủ nhiệm nhiều đề tài, dự án công nghệ nhuộm vật liệu dệt chất màu tự nhiên Trong đó, phải kể đến đề tài Nghị định thƣ hợp tác phủ Việt Nam phủ Áo: “Nghiên cứu khả sử dụng chất màu tự nhiên để nhuộm vải tơ tằm, thiết lập qui trình công nghệ triển khai ứng dụng cho số sở làng nghề dệt nhuộm Trong dự án PGS.TS Hoàng Thị Lĩnh nghiên cứu thành phần chất loại chất màu có nguồn gốc thiên nhiên, từ xây dựng, lựa chọn tối ƣu hóa trình tách chiết chất màu với thông số công nghệ phù hợp; xây dựng quy trình nhuộm chất màu chiết tách từ chè, bàng, xà cừ hạt điều màu cho vải vải tơ tằm; nghiên cứu biện pháp xử lý sau nhuộm nâng cao độ bền màu sản phẩm Khẳng định độ bền màu nhƣ số tính chất ƣu việt sản phẩm nhuộm màu từ loại thảo mộc nhƣ khả chống nhàu, khả hút ẩm, độ thóang khí Nghiên cứu đa dạng hóa màu sắc sản phẩm nhuộm chất màu chiết tách từ loại thảo mộc cách phối ghép nguyên liệu cầm màu để nâng cao độ bền màu [26] Sự thành công dự án phải kể đến chuyển giao công nghệ cho nông dân để sản xuất hàng thủ công, góp phần xoá đói, giảm nghèo, mang ý nghĩa an sinh xã hội cao Ngoài ra, PGS.TS Hoàng Thị Lĩnh thực thành công dự án kết hợp với doanh nghiệp “Thay chất nhuộm hóa học chất màu tự nhiên - Phương pháp sản xuất hiệu hơn” triển khai nghiệm thu 2012-2013, với tài trợ dự án Đổi Sáng tạo Việt Nam 11 Phần Lan (IPP), Công ty TNHH Dệt nhuộm Trung Thƣ - Hƣng Yên phối hợp nghiên cứu áp dụng thành công công nghệ nhuộm vải chất màu tự nhiên thay chất nhuộm hóa học Kết dự án phần khẳng định thành công công nghệ nhuộm vật liệu dệt chất màu tự nhiên thân thiện môi trƣờng, giảm thiểu tƣợng ô nhiễm môi trƣờng Hình 1.8 Sản phẩm làm từ chất liệu vải dệt nhuộm màu tự nhiên [26] Năm 2011, nhóm nghiên cứu đề tài thuộc Khoa Sinh học Trƣờng Đại học Đà Lạt tiến hành đề tài “Điều tra, khảo sát loài cho chất nhuộm tự nhiên Lâm Đồng khả ứng dụng ngành nhuộm dệt vải thổ cẩm đồng bào Dân tộc thiểu số địa” đƣợc Sở Khoa học Công nghệ đánh giá cao ý nghĩa hiệu kinh tế; nhiên kết dừng lại khảo sát ban đầu Bên cạnh nghiên cứu đề cập, đồng bào dân tộc thiểu số miền núi phía Bắc trì truyền thống nhuộm vải số loại chất màu tự nhiên nhƣ củ nâu, chàm…; ngƣời dân An Giang dùng mặc nƣa để nhuộm vải tơ tằm vải polymide Tuy nhiên công nghệ nhuộm truyền thống nhiều thời gian, mang tính chất thủ công, khó sản xuất đại trà, sản phẩm nhuộm không đảm bảo tiêu độ bền màu Ngoài ra, đề tài cấp đƣợc nghiệm thu Viện kỹ thuật Dệt may Tp.HCM, có đề cập đến việc nhuộm vỏ măng cụt vải tơ tằm Tuy nhiên kết mang tính chất khảo sát sơ đƣa đơn công nghệ nhuộm đơn giản; hoàn toàn không đề cập đến trình trích ly nhƣ nghiên cứu sâu yếu tố ảnh hƣởng nhƣ kết nghiên cứu luận án 1.3 Tổng quan lý thuyết màu sắc chất màu tự nhiên 1.3.1 Sự hấp thụ ánh sáng chế xuất màu hợp chất hữu 1.3.1.1 Sự hấp thụ ánh sáng Khi ánh sáng trắng chiếu vào vật thể tán xạ hoàn toàn mắt thấy vật thể màu trắng Ngƣợc lại, toàn tia đập lên vật bị hấp thu hết vật có màu đen Còn vật thể hấp thu số tia đơn sắc đập vào tán xạ tia lại mắt thấy có màu Nhƣ vậy, màu sắc kết hấp thu chọn lọc miền xác định phổ liên tục ánh sáng trắng đập vào Ví dụ: vật thể hấp thu tia đỏ màu vật thể đƣợc tạo thành phối hợp tia lại ánh sáng trắng (thiếu màu đỏ) tức màu lục Ngƣợc lại, vật thể hấp thu vật thể tán xạ tất tia trông thấy nên có màu trắng Có nhiều trƣờng hợp vật thể không hấp thu tia phổ 12 Phụ lục 35 Kết chụp phổ MS dịch chiết từ măng cụt tối ƣu trƣớc nhuộm Phụ lục 36 Kết chụp phổ MS dịch chiết từ măng cụt tối ƣu sau nhuộm 151 Phụ lục 37 Kết phổ MS dịch chiết từ mặc nƣa điều kiện tối ƣu trƣớc nhuộm 152 Phụ lục 38 Kết phổ MS dịch chiết từ mặc nƣa điều kiện tối ƣu sau nhuộm 153 Phụ lục 39 Kết chụp phổ LC-MS dịch chiết mặc nƣa tối ƣu trƣớc nhuộm 154 Phụ lục 40 Kết chụp phổ LC-MS dịch chiết mặc nƣa tối ƣu sau nhuộm 155 3500 D:\KETQUA11\DHCN\030211\DUY.0 3000 BOT MANG CUT KHO 2500 2000 Wavenumber cm-1 SOLID 1500 1000 419.19 614.88 584.81 895.06 820.74 780.54 1158.30 1102.98 1066.25 1282.92 1518.92 1450.85 1374.88 1613.16 1734.56 2922.23 3396.73 80 85 Transmittance [%] 90 95 100 Phụ lục 41 Kết phổ IR dịch chiết măng cụt 500 2011/03/02 Page 1/1 Phụ lục 42 Kết phổ FT – IR dịch trích ly từ vỏ măng cụt trƣớc nhuộm Phụ lục 43 Kết phổ FT – IR dịch trích ly từ vỏ măng cụt sau nhuộm 156 Phụ lục 44 Kết chụp phổ FT – IR dịch chiết từ mặc nƣa trƣớc nhuộm Phụ lục 45 Kết chụp phổ FT – IR dịch chiết từ mặc nƣa sau nhuộm vải tơ tằm Phụ lục 46 Kết chụp phổ FT – IR vải tơ tằm trắng 157 Phụ lục 47 Kết chụp phổ FT – IR vải nhuộm với dịch chiết từ vỏ măng cụt tối ƣu Phụ lục 48 Kết chụp phổ FT – IR vải nhuộm với dịch chiết từ mặc nƣa tối ƣu Phụ lục 49 Kết phân tích Raman mẫu dịch trích ly từ vỏ măng cụt trƣớc nhuộm 158 Phụ lục 50 Kết phân tích Raman mẫu dịch trích ly từ vỏ măng cụt sau nhuộm Phụ lục 51 Kết chụp phổ Raman dịch chiết từ mặc nƣa điều kiện tối ƣu trƣớc nhuộm Phụ lục 52 Kết chụp phổ Raman dịch từ mặc nƣa điều kiện tối ƣu sau nhuộm 159 Phụ lục 53 Hình ảnh máy nhiễu xạ tia X máy đo màu X-Rite Phụ lục 54 Hình ảnh đèn so mẫu phòng thí nghiệm Phụ lục 55 Hình ảnh máy sấy mẫu phòng thí nghiệm 160 Phụ lục 56 Hình ảnh mặc nƣa dịch mặc nƣa sau trích ly Phụ lục 57 Hình ảnh vỏ măng cụt sau nghiền dịch măng cụt sau trích ly 161 Phụ lục 59 Mẫu vải tơ tằm sau nhuộm với chất màu tự nhiên đƣợc trích ly từ vỏ măng cụt a Mẫu nhuộm với dịch trích ly theo phƣơng pháp chiết ngâm – soxhlet – có hỗ trợ vi sóng Chiết ngâm Soxhlet Vi sóng b Mẫu nhuộm với dịch trích ly theo phƣơng pháp chiết ngâm tối ƣu H2O2 Sau nhuộm Bền giặt Bền Clo Bền mồ hôi c Mẫu nhuộm với dịch trích ly theo phƣơng pháp chiết ngâm tối ƣu có H2O2 Sau nhuộm Bền giặt Bền Clo Bền mồ hôi d So sánh mẫu nhuộm tối ƣu có H2O2 không H2O2 với tác nhân xử lý sau nhuộm Không H2O2 Ánh sáng tự nhiên Ánh sáng đèn Sấy Có H2O2 Ánh sáng tự nhiên Ánh sáng đèn Sấy 162 Phụ lục 60 Mẫu vải tơ tằm sau nhuộm với chất màu tự nhiên đƣợc trích ly từ mặc nƣa a Mẫu nhuộm với dịch trích ly theo phƣơng pháp chiết ngâm – soxhlet – có hỗ trợ vi sóng Chiết ngâm Soxhlet Vi sóng b Mẫu nhuộm với dịch trích ly theo phƣơng pháp chiết ngâm tối ƣu H2O2 Sau nhuộm Bền giặt Bền Clo Bền mồ hôi c Mẫu nhuộm với dịch trích ly theo phƣơng pháp chiết ngâm tối ƣu có H2O2 Sau nhuộm Bền giặt Bền Clo Bền mồ hôi d So sánh mẫu nhuộm tối ƣu có H2O2 không H2O2 với tác nhân xử lý sau nhuộm Không H2O2 Ánh sáng tự nhiên Ánh sáng đèn Sấy Có H2O2 Ánh sáng tự nhiên Ánh sáng đèn Sấy 163 Phụ lục 61 Kết kiểm tra dƣ lƣợng thuốc trừ sâu vải tơ tằm sau nhuộm chất màu trích ly từ vỏ măng cụt 164 Phụ lục 62 Kết kiểm tra dƣ lƣợng thuốc trừ sâu vải tơ tằm sau nhuộm chất màu trích ly từ mặc nƣa 165 [...]... việc bảo tồn tự nhiên, nghiên cứu và phát triển các sản phẩm có lợi cho môi trƣờng, các giải pháp xanh cho ngành dệt nhuộm; chất màu tự nhiên đang dần đƣợc nghiên cứu và ứng dụng trở lại Một số màu cơ bản của thuốc nhuộm tự nhiên nhƣ màu vàng, đỏ, đỏ tía, xanh chàm hay màu đen…đã đƣợc nghiên cứu và tìm thấy nhiều trong một số loài thực vật và động vật 20 Bảng 1.8 Danh mục một số màu tự nhiên tiêu biểu... tồn tại; vỏ quả màu đỏ nâu, dai và xốp Quả chứa 5-8 hạt; quanh hạt có lớp áo bọc (edible arils) màu trắng có vị ngọt, thơm và khá ngon Cây trổ hoa vào tháng 2-5, ra quả trong các tháng 5-8 Nhƣ các loại quả khác, măng cụt ngọt nhờ có nhiều chất đƣờng: sucroza, fructoza, glucoza và có thể cả maltoza [4,13,55] Hình 1.19 Hình cây, lá, hoa và quả măng cụt 1.3.3.2 Thành phần hóa học các hợp chất mang màu có... lƣợng thuốc nhuộm hấp thụ vào xơ ở thời điểm nghiên cứu x∞ là lƣợng thuốc nhuộm hấp phụ vào xơ ở thời điểm bão hòa Co là nồng độ thuốc nhuộm thuốc nhuộm ban đầu trong dung dịch nhuộm - Sự khuếch tán thuốc nhuộm từ bề mặt xơ vào các mao quản: Khác với quá trình khuếch tán thuốc nhuộm từ trong lòng dung dịch thuốc nhuộm tới bề mặt xơ, sự khuếch tán xơ từ bề mặt xơ vào trong các mao quản là một quá trình không... có chất đỏ dùng làm thuốc nhuộm Chromene Màu tía và đen Benzophyrone Cây gỗ vang Xanh Indigoid, Indole colorants Chàm Màu Vàng và nâu - Thuốc nhuộm tự nhiên màu vàng: Tất cả thuốc nhuộm tự nhiên màu vàng đều có nguồn gốc thực vật Màu vàng quan trọng hơn cả đƣợc dùng trong nhiều thế kỷ qua là rezeda Khi phối nó với màu xanh chàm sẽ nhận đƣợc màu xanh lục gọi là màu Lincon tuyệt đẹp [1] Màu vàng hay vàng... hydroxy của antraquinon Các dẫn xuất khác nhau của chúng còn có ứng dụng đến ngày nay có ánh màu tƣơi và độ bền màu rất cao với ánh sáng Vì vậy có thể nói rằng thuốc nhuộm tự nhiên màu đỏ có độ bền màu với các chỉ tiêu cao hơn nhiều so với các nhóm màu vàng Cấu tạo của thuốc nhuộm tự nhiên màu đỏ tía đã đƣợc Fridlender tìm ra vào năm 1909, đó chính là 6,6 -đibrominđigo (4 Gần đây từ thân lá của cây Dacathais... Bằng các mẫu khai quật đƣợc ở Kim Tự Tháp Ai Cập, Trung Quốc, Ấn Độ,… các nhà khoa học đã xác định đƣợc 1500 năm trƣớc Công nguyên ngƣời cổ đại đã biết dùng indigo cho màu xanh chàm để nhuộm vải và sử dụng alizarin lấy từ rễ cây marena để nhuộm màu đỏ, sử dụng campec chiết xuất từ gỗ sồi để nhuộm màu đen cho len và lụa tơ tằm [35] Ngoài ra ngƣời ta còn chiết xuất đƣợc các màu vàng, tím, đỏ tím từ nhiều... Hình 1.15 Một vài màu vàng Flavan-3ol (catechines) thuộc lớp màu vàng pyran [35] 21 Hình 1.16 Giới thiệu một số màu vàng polyene [101] - Thuốc nhuộm tự nhiên màu đỏ: Khác với các màu vàng, ba trong số bốn thuốc nhuộm màu đỏ tự nhiên (cecmec, cosenil, lac) có nguồn gốc động vật, song màu đỏ quan trọng nhất vẫn là marena hay còn gọi là alizarin thu đƣợc từ thực vật Tất cả các thuốc nhuộm màu đỏ kể trên... 14 a Những hợp chất xanthone phân lập từ vỏ quả măng cụt Xanthone là hợp chất hữu cơ không tan trong nƣớc, dễ tan trong rƣợu, là một chất chống oxy hóa trị liệu Nghiên cứu gần đây cho thấy rằng có khoảng 50 loại xanthone đƣợc tách ra từ vỏ măng cụt và loại đầu tiên trong số đó là mangostin đƣợc tìm thấy năm 1855 với tên -mangostin (schmid, 1855) Nó là một chất có màu vàng chứa trong vỏ và nhựa cây... là trong các hạt có dầu ở dạng tự do hoặc ester, một số ở dạng glucoside [5,65] -sitosterol 1.4 Quá trình nhuộm vật liệu dệt bằng chất màu tự nhiên 1.4.1 Bản chất của quá trình nhuộm vật liệu dệt Nhuộm là một quá trình nhằm đƣa thuốc nhuộm từ môi trƣờng bên ngoài vào sâu bên trong vật liệu để tạo ra các sản phẩm có màu sắc mong muốn đạt các chỉ tiêu chất lƣợng nhƣ độ bền màu, độ đều màu Nhuộm còn... động của các lƣợng tử ánh sáng quy t định sự hấp thu chọn lọc các sóng ánh sáng vùng khả kiến Do đó các hợp chất màu thƣờng có chứa trong phân tử hệ liên kết π liên hợp: Kéo dài mạch của các nối đôi liên hợp chuyển từ không màu hay màu nhạt đến màu sẫm Sự hấp thụ chọn lọc xảy ra khi trong phân tử chứa hệ liên hợp đủ mở rộng Để chất có màu sắc đậm, phân tử của chất đó phải chứa một số lớn các nhóm không