a. Sự hấp thụ ánh sáng và màu sắc
Anthocyanin là một hợp chất có khả năng hấp thụ các tia sáng trong vùng nhìn thấy. Màu của anthocyanin tạo ra từ màu tím đến xanh của nhiều loại rau quả. Độ hấp thụ anthocyanin phụ thuộc vào dung môi, pH và nồng độ. Ngoài ra, màu sắc của các anthocyanin còn được quyết định bởi cấu trúc phần glucosyl hóa, nhiệt độ, ánh sáng, pH dung dịch và sự tổ hợp màu…
b. Tính tan
Anthocyanin là hợp chất khá phân cực do phân tử chứa nhóm chức phân cực (H, -
OH, -OCH3) nên tan tốt trong dung môi phân cực như nước, metanol, axeton, etanol,...
c. Tính không bền
Độ bền của các anthocyanin được quyết định bởi nhiều yếu tố bao gồm cấu trúc phân tử, nồng độ anthocyanin, pH, nhiệt độ, cường độ và bản chất bức xạ ánh sáng chiếu vào, sự tổ hợp màu, sự có mặt của các ion kim loại, enzym, oxy, acid ascorbic, đường, các sản phẩm phân hủy của chúng và sulfur dioxit [39].
TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG ANTHOCYANIN TỰ NHIÊN
Một số đề tài, công trình nghiên cứu về anthocyanin trong thời gian gần đây:
− Huỳnh Thị Kim Cúc, Phạm Châu Huỳnh (2013). Xác định hàm lượng
anthocyanin trong một số nguyên liệu rau quả bằng phương pháp pH vi sai, Tạp chí Khoa học & Công nghệ, Trường Đại học Đà Nẵng [1].
− Kiều Thị Nhi, Nguyễn Tuấn Kiệt, Hoàng Thị Ngọc Nhơn (2017). Nghiên cứu
quy trình chiết tách anthocyanin hiệu quả từ hành tím, hành lá, tỏi tía, cần tây, cần ta, Tạp chí Khoa học Công nghệ và Thực phẩm 12 (1) (2017) 0-7, Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP.HCM [4].
−Nguyễn Thị Trang (2011). Nghiên cứu chiết xuất chất màu anthocyanin từ cây
Cẩm, Đồ án tốt nghiệp, Trường Đại học Nha Trang. Kết quả xác định được một số thành phần hóa học cơ bản của lá Cẩm như sau: Hàm lượng nước 78.32%, anthocyanin tổng số 39272 mg/kg khô), hiệu suất chiết anthocyanin từ lá Cẩm bằng phương pháp ngâm
chiết ở 0oC và phương pháp siêu âm ở 80oC gần như nhau và khá cao (93-96%) [3].
− Nguyễn Thị Hiền và các cộng sự (2013). Nghiên cứu chiết tách anthocyanin từ
Hibiscus Sabdariffa - ứng dụng để sản xuất giấy chỉ thị phát hiện nhanh hàn the trong thực phẩm, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Nông nghiệp Hà Nội [5].
CHƯƠNG 2.THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
2.1.1. Nguyên vật liệu
a. Hoa đậu biếc
Hoa đậu biếc được mua tại các chợ trên địa bàn Thành phố Đà Nẵng. Đây là một loài hoa rất dễ trồng và cũng rất dễ sinh trưởng. Hoa có nguồn gốc từ các nước Đông Nam Á, tuy nhiên hiện nay nó đã được di thực đi phân bố ở nhiều nơi trên thế giới. Đặc biệt là Trung Quốc, Ấn Độ, Việt Nam, … Ở nước ta, mới chỉ có một số tỉnh thành trồng loại hoa này. Nhiều nơi vẫn chưa biết đến hoa đậu biếc và những công dụng mà nó mang lại đối với sức khỏe và đời sống [51]. Cây hoa đậu biếc thuộc loại cây thân leo khỏe mạnh, dễ trồng và chăm sóc, chịu được nắng nóng và hạn rất tốt, sợ rét, ít sâu bệnh. Nhiệt độ ưa thích của đậu biếc là từ 20-32oC.
Hình 2.1. Hoa đậu biếc
b. Vải tơ tằm
Vải tơ tằm 100% được sản xuất tại công ty lụa Mã Châu, thị trấn Nam Phước, huyện Duy Xuyên, tỉnh Quảng Nam đã được tẩy hồ trước khi nhuộm.
Hình 2.2. Phân xưởng dệt lụa Mã Châu
2.1.2. Hóa chất
Hóa chất sử dụng cho nghiên cứu được trình bày trong Bảng 2.1
Bảng 2.1. Hóa chất sử dụng
STT Tên hóa chất Xuất xứ Độ tinh khiết
1 NaOH Trung Quốc ≥ 96 %
2.1.3. Hệ thống thiết bị và dụng cụ
Hệ thống thiết bị và dụng cụ cho nghiên cứu được trình bày trong Bảng 2.2
Bảng 2.2. Hệ thống thiết bị và dụng cụ sử dụng
Thiết bị Dụng cụ
• Bộ dụng cụ chưng ninh
• Máy đo quang UV-Vis
• Máy đo pH • Tủ sấy • Bếp cách thủy • Cân phân tích • Bình cầu • Cốc thủy tinh • Bình tam giác • Bình định mức(25ml, 50ml, 00ml) • Các loại pipet • Giấy lọc • Nhiệt kế dầu • Ống đong (0ml, 250ml) NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Nghiên cứu tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết tách dịch màu từ hoa đậu biếc nhiệt độ chiết tách, thời gian chiết tách, tỉ lệ rắn/lỏng (nguyên liệu/dung môi), pH của môi trường bằng phương pháp UV-VIS.
- Nghiên cứu tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhuộm vải bằng các chất màu chiết tách từ hoa đậu biếc như nhiệt độ nhuộm, thời gian nhuộm, số lần nhuộm, chất cầm màu cho vải sau nhuộm bằng phương pháp CIE LAB.
Hình 2.3. Quy trình trích ly chất màu từ hoa đậu biếc
Đánh giá dịch chiết Đo UV- VIS Xác định mật độ quang
Chiết tách bằng phương pháp chưng ninh
Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình chiết tách Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình chiết tách
pH của môi trường Tỉ lệ nguyên
liệu/dung môi
Xử lí sơ bộ Hoa đậu biếc
Nhiệt độ chiết tách
Thời gian chiết tách
Quá trình trích ly chất màu từ hoa đậu biếc trong dung môi nước được thực hiện như Hình 2.3, với những điều kiện tối ưu về tỉ lệ nguyên liệu/dung môi, nhiệt độ, thời gian.
Dịch chiết tối ưu trích ly từ hoa đậu biếc được nhuộm trên vải tơ tằm 100% theo sơ đồ Hình 2.4.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3.1.Phương pháp trích ly chất màu thiên nhiên
Luận văn sử dụng phương pháp trích ly ngâm (chiết ngâm) để trích ly chất màu từ hoa đậu biếc.
Phương pháp trích ly chiết ngâm hay còn gọi là đun cách thủy được tiến hành ở
nhiệt độ dưới 100oC, ở áp suất 1 atm (hay 1.325 Pa), là phương pháp tương đối đơn giản
và dễ lắp đặt, gia nhiệt gián tiếp qua nước, tránh hiện tượng quá nhiệt khi đun nóng, hạn chế được hiện tượng cháy chất cần đun. Bên cạnh đó, sử dụng nhiệt gián tiếp từ nước sẽ góp phần kiểm soát được nhiệt độ và giảm nhiệt nhanh nếu tăng cao hơn so với nhiệt độ khảo sát [9]. Phương pháp này được ứng dụng nhiều trong công nghệ tách chất màu thiên nhiên từ thực vật.
Quá trình chiết tách chất màu từ hoa đậu biếc được thực hiện trên bộ chưng ninh tại phòng thí nghiệm, trường Đại học Sư Phạm Đà Nẵng.
2.3.2.Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis
Để xác định sơ bộ thành phần các nhóm chức có thể tồn tại trong dịch chiết, xác định số nối đôi liên hợp, bước sóng cực đại, độ hấp thu quang A, tính độ tận trích của
Nhuộm vải
Sản phẩm nhuộm Dịch chiết tối ưu từ quá
trình chiết tách
Đánh giá độ bền màu với giặt Nhiệt độ
nhuộm
Thời gian nhuộm Số lần nhuộm Chất cầm
màu
Xử lí sau nhuộm
dịch chiết lên vật liệu, thông thường xác định bằng cách kiểm tra quang phổ khả kiến - tử ngoại (UV-Vis). Một số ít nhóm chức có thể xác định nhờ phổ UV-VIS, nhưng đặc biệt hữu ích là xác định sự có mặt và giải thích bản chất của các hệ liên hợp có vòng thơm. Các chất có màu là do trong phân tử của các chất chứa nhiều nhóm nối đôi hay
nối ba như C=C, C=O, C=N, N=N, C≡C, N≡N, -NO2… Do vậy, chúng được gọi là
nhóm mang màu. Nếu trong phân tử có nhiều nhóm mang màu liên hợp tạo thành mạch dài thì màu của chất sẽ càng đậm. Các chất màu đậm khi đo phổ tử ngoại khả kiến cho λmax nằm ở vùng có bước sóng dài. Dựa vào λmax, có thể biết được loại liên kết:
λmax < 150nm: chỉ có loại liên kết σ của hợp chất no λmax > 150 nm: có liên kết đôi
λmax quanh vùng 200÷260 nm có thể có benzen và dẫn xuất của benzen
λmax >280 nm: hệ liên hợp
λmax càng lớn thì hệ liên hợp càng dài. Hầu hết các phân tử hữu cơ trong suốt trong một phần của phổ điện tử được gọi là vùng tử ngoại (Ultraviolet-UV) và vùng khả kiến (visible-VIS) với các bước sóng từ 190÷800 nm. Phổ tử ngoại và khả kiến của hợp chất hữu cơ gắn liền với các mức năng lượng electron. Nói chung các bước chuyển xảy ra giữa một orbitan liên kết hay cặp electron không chia sẻ và một orbitan không liên kết hay phản liên kết. Khi đó bước sóng hấp thụ là số đo khoảng cách của các mức năng lượng giữa các orbitan. Khoảng cách năng lượng lớn nhất được tìm thấy khi các electron ở liên kết bị kích thích, cho hấp thụ trong vùng 120÷200 nm. Có hai định luật thực nghiệm được sử dụng tính cường độ hấp thụ. Định luật Lambert phát biểu rằng phần tia tới bị hấp thụ phụ thuộc vào cường độ của nguồn. Định luật Beer phát biểu rằng sự hấp thụ tỷ lệ với phân tử hấp thụ. Từ các định luật này có phương trình của định luật Beer- Lambert [9] như sau:
A= log𝐼0
𝐼 = 𝜀𝐿𝐶 (2.1) Trong đó:
Io và I: cường độ của tia tới và tia phản xạ tương ứng L: chiều dày của dung dịch hấp thụ tính bằng cm C: nồng độ dung dịch tính bằng mol/l
ε: độ hấp thụ phân tử gam và có thứ nguyên là 1000 cm2/mol, đây là tính chất của
phân tử tham gia bước chuyển electron và không phải là hàm số của các thông số thay đổi khi chuẩn bị dung dịch.
A: độ hấp thụ hay mật độ quang
Kích thước của hệ hấp thụ và xác suất mà bước chuyển electron sẽ xảy ra, sẽ kiểm soát độ hấp thụ, nằm trong khoảng từ 0÷104. Các giá trị trên 104 được gọi là sự hấp thụ có cường độ cao, trong khi giá trị dưới 103. Các bước chuyển bị cấm có độ hấp thụ nằm trong khoảng từ 0÷1000. Định luật Beer - Lambert được tuân theo hoàn toàn chỉ khi các dạng đơn lẻ gây ra sự hấp thụ. Tuy nhiên, định luật không thể tuân theo khi một số các phân tử khác đang hấp thụ nằm ở trạng thái cân bằng, khi chất tan và dung môi kết hợp tạo một số dạng phức, khi cân bằng nhiệt tồn tại giữa trạng thái electron cơ bản và trạng
thái kích thích ở mức thấp, hay khi các hợp chất huỳnh quang hoặc các hợp chất bị biến đổi nhờ bức xạ có mặt trong dung dịch.
Độ truyền qua T được định nghĩa: T=𝐼
𝐼0 (2.2)
Phần trăm truyền qua T%: T%=𝐼
𝐼0 .100 (2.3)
Các mối quan hệ giữa mật độ quang A, độ truyền qua T như sau: A= - logT Kết quả xác định UV-Vis được thực hiện trên thiết bị UV-Vis Spectrophotometer tại phòng thí nghiệm trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng.
2.3.3.Phương pháp quang màu CIE LAB
Hệ màu CIE L*a*b* được xây dựng dựa trên khả năng cảm nhận màu của mắt người. Các giá trị Lab mô tả tất cả những màu mà mắt một người bình thường có thể nhìn thấy được. Lab được xem là một mô hình màu độc lập đối với thiết bị và thường được sử dụng như một cơ sở tham chiếu khi chuyển đổi một màu từ một không gian màu này sang một không gian màu khác.
CHƯƠNG 3.KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CHIẾT TÁCH DỊCH MÀU TỪHOA ĐẬU BIẾC
3.1.1.Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng hoa đậu biếc/thểtích dung môi nước
Quá trình chiết tách dịch màu từ hoa đậu biếc thực hiện trong điều kiện thí nghiệm: - Thể tích dung môi: 100 mL nước; nhiệt độ chiết: 60oC; thời gian chiết: 60 phút; pH môi trường 7; khối lượng hoa đậu biếc thay đổi: 10g, 15g, 20g, 25g, 30g, 35g.
- Chiết tách dịch màu từ hoa đậu biếc bằng phương pháp chưng ninh.
Hình 3.1. Sơ đồ ninh hoa đậu biếc
- Sau đó lấy 10 mL dịch màu từ hoa đậu biếc thu được pha loãng 10 lần và lấy đem đi đo UV-Vis.
Kết quả ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng hoa đậu biếc/thể tích dung môi nước đến phổ UV-Vis của dịch màu được trình bày ở Hình 3.2 và Bảng 3.1.
Hình 3.2. Phổ UV-Vis của dịch chiết ở các khối lượng hoa đậu biếc khác nhau.
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng hoa đậu / thể tích dung môi nước đến giá trị
mật độ quang A tại λmax (570 nm) của dịch chiết
Khối lượng (g)
10 15 20 25 30 35
A 0.15 0.19 0.27 0.38 0.92 0.91
Hình 3.3. Đồ thị ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng hoa đậu / thể tích dung môi nước
đến giá trị mật độ quang A tại λmax (570 nm) của dịch chiết.
Kết quả Hình 3.2 và Bảng 3.1 cho thấy, khi tỷ lệ khối lượng hoa đậu biếc/thể tích dung môi nước tăng thì mật độ quang của dịch chiết tăng và đạt tối ưu ở tỷ lệ 30g hoa đậu biếc/100mL nước. Nếu tiếp tục tăng tỷ lệ khối lượng hoa đậu biếc từ 30 đến 35 gam thì giá trị mật độ quang giảm, nghĩa là hiệu suất chiết cũng giảm dần. Ứng với một thể tích nước, khi tăng khối lượng nguyên liệu, lượng chất màu trong hoa đậu biếc tách ra càng nhiều. Tuy nhiên khi tăng lượng hoa đậu biếc vượt quá mức tối ưu mà lượng dung môi không đổi thì bề mặt tiếp xúc giữa nguyên liệu và dung môi giảm hay lượng dung môi sẽ không đủ để hòa tan các hợp chất mang màu trong hoa đậu biếc. Do đó chọn tỉ lệ tối ưu là 30g/100 mL nước để khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tiếp theo.
3.1.2.Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình chiết tách dịch màu từhoa đậu biếc
Khảo sát ảnh hưởng của thời gian chiết đến quá trình chiết tách hoa đậu biếc trong điều kiện: khối lượng hoa đậu biếc: 30 g; thể tích dung môi: 100 mL nước; nhiệt độ chiết: 60oC; pH môi trường là 7; thời gian chiết tách thay đổi: 45 phút, 60 phút, 75 phút, 90 phút.
Kết quả ảnh hưởng của thời gian chiết đến phổ UV-Vis và mật độ quang của dịch chiết được trình bày ở Hình 3.4 và Bảng 3.2.
0.15 0.19 0.27 0.38 0.92 0.91 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0 5 10 15 20 25 30 35 40 A
Hình 3.4. Phổ UV-Vis của dịch chiết ở các thời gian chiết khác nhau
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của thời gian chiết đến giá trị mật độ quang A tại max của dịch
chiết.
Thời gian (p) 45 60 75 90
A 0.71 0.92 0.83 0.80
Hình 3.5. Đồ thị ảnh hưởng của thời gian chiết đến giá trị mật độ quang A tại max
của dịch chiết 0.71 0.92 0.83 0.8 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 A Thời gian (phút)
Kết quả Hình 3.4 và Bảng 3.2 cho thấy khi thời gian chiết càng tăng thì lượng chất màu tách ra càng tăng và đạt cao nhất ở 60 phút. Nếu tiếp tục tăng thời gian thì lượng chất màu giảm xuống. Thời gian chiết phụ thuộc vào nguyên liệu, dung môi và nhiệt độ chiết. Khi thời gian chiết càng dài thì hiệu suất càng cao. Tuy nhiên đến một ngưỡng thời gian nhất định việc tăng thời gian không làm tăng hiệu quả chiết mà còn ảnh hưởng đến cấu trúc chất màu hoặc có thể tách ra các chất khác có ảnh hưởng đến màu của dịch nên mật độ quang giảm. Vì vậy, 60 phút là khoảng thời gian đủ để hòa tan hoàn toàn các chất màu có trong hoa đậu biếc nên chọn thời gian tối ưu là 60 phút để khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tiếp theo.
3.1.3.Ảnh hưởng của nhiệt độđến quá trình chiết chất màu từhoa đậu biếc
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình chiết chất màu từ hoa đậu biếc thực hiện trong điều kiện thí nghiệm: khối lượng hoa đậu biếc: 30g; thể tích dung môi: 100 mL nước; thời gian trích ly: 60 phút; pH môi trường là 7; nhiệt độ thay đổi: 600C, 700C, 800C, 900C.
Kết quả ảnh hưởng của nhiệt độ đến mật độ quang của các dịch chiết từ hoa đậu biếc được trình bày ở Hình 3.6 và Bảng 3.3.