đề tài Xây dựng quy trình chiết tách phẩm màu annatto E của hạt điều nhuộm ở quy mô pilot

Cảm quan và màu sắc bắt mắt của thực phẩm là một trong những yếu tố quan trọng thu hút các thực khách. Bởi thế mà từ xa xưa, ông cha ta đã biết dùng các chất màu tự nhiên từ thực vật như màu đỏ từ gấc, cà chua, ớt chín; màu tím từ hoa dâm bụt chua, lá cẩm; màu xanh từ lá dứa thơm, rau ngót; màu vàng từ nghệ...để làm phụ gia cho thực phẩm, giúp cho món ăn trông ngon miệng, đẹp mắt và hấp dẫn hơn. Ngày nay, để đáp ứng nhu cầu của các nhà chế biến thực phẩm, phẩm màu tổng hợp dần ra đời và ngày càng được ưa chuộng bởi tính đa dạng, độ bền cao, dễ sử dụng và chi phí thấp. Tuy nhiên, việc sử dụng thực phẩm chứa phẩm màu tổng hợp lâu dài sẽ có những nguy hại cho sức khỏe như: gây mầm bệnh u não, ung thư bàng quang, dị ứng, hen suyễn, chứng hiếu động thái quá ở người... Qua những nghiên cứu cho thấy sự độc hại khi sử dụng phẩm màu tổng hợp, việc sử dụng phẩm màu tự nhiên đang là vấn đề được nhiều người quan tâm bởi yếu tố không những an toàn cho sức khỏe mà nó còn cung cấp cho chúng ta nguồn dinh dưỡng và các chất vi lượng khác tốt cho sức khỏe. Sức khỏe là tài sản quý nhất của mỗi con người nói riêng và của quốc gia nói chung. Vì vậy, vấn đề bảo vệ sức khỏe luôn luôn được ưu tiên và đặt lên hàng đầu. Tuy nhiên, việc nghiên cứu sản xuất những phẩm màu tự nhiên có tính quy mô từ nguồn nguyên liệu dồi dào và rẻ tiền ở Việt Nam để dần thay thế phẩm màu tổng hợp vẫn chưa được xem trọng. Cây điều nhuộm là một loại cây thông dụng được trồng khá phổ biến ở Việt Nam. Thành phần chính tạo màu trong hạt điều nhuộm là bixin và norbixin. Hai loại hợp chất hóa học này đều thuộc loại carotenoit. Các thành phần hóa học trong hạt điều nhuộm không chỉ cho màu sắc đẹp, hấp dẫn mà còn có những tính chất quý như chống oxy hóa, bảo vệ gan, giảm cholesterol, giảm huyết áp, dưỡng da... Ở Việt Nam, các nhà nội trợ thường sử dụng biện pháp truyền thống để tách phẩm màu từ hạt điều nhuộm để làm chất màu trong chế biến thức ăn, bằng cách cho dầu vào chảo, khi dầu nóng đem ra khỏi bếp

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA H -   -

LỜI MỞ ĐẦU

Cảm quan và màu sắc bắt mắt của thực phẩm là một trong những yếu tố quan

trọng thu hút các thực khách Bởi thế mà từ xa xưa, ông cha ta đã biết dùng các chất

màu tự nhiên từ thực vật như màu đỏ từ gấc, cà chua, ớt chín; màu tím từ hoa dâm bụt chua, lá cẩm; màu xanh từ lá dứa thơm, rau ngót; màu vàng từ nghệ để làm phụ gia cho thực phẩm, giúp cho món ăn trông ngon miệng, đẹp mắt và hấp dẫn hơn Ngày nay, để đáp ứng nhu cầu của các nhà chế biến thực phẩm, phẩm màu tổng hợp dần ra đời và ngày càng được ưa chuộng bởi tính đa dạng, độ bền cao, dễ

sử dụng và chi phí thấp Tuy nhiên, việc sử dụng thực phẩm chứa phẩm màu tổng hợp lâu dài sẽ có những nguy hại cho sức khỏe như: gây mầm bệnh u não, ung thư bàng quang, dị ứng, hen suyễn, chứng hiếu động thái quá ở người

Qua những nghiên cứu cho thấy sự độc hại khi sử dụng phẩm màu tổng hợp, việc sử dụng phẩm màu tự nhiên đang là vấn đề được nhiều người quan tâm bởi yếu

tố không những an toàn cho sức khỏe mà nó còn cung cấp cho chúng ta nguồn dinh dưỡng và các chất vi lượng khác tốt cho sức khỏe Sức khỏe là tài sản quý nhất của mỗi con người nói riêng và của quốc gia nói chung Vì vậy, vấn đề bảo vệ sức khỏe

luôn luôn được ưu tiên và đặt lên hàng đầu Tuy nhiên, việc nghiên cứu sản xuất

những phẩm màu tự nhiên có tính quy mô từ nguồn nguyên liệu dồi dào và rẻ tiền ở Việt Nam để dần thay thế phẩm màu tổng hợp vẫn chưa được xem trọng

Cây điều nhuộm là một loại cây thông dụng được trồng khá phổ biến ở Việt Nam Thành phần chính tạo màu trong hạt điều nhuộm là bixin và norbixin Hai loại hợp chất hóa học này đều thuộc loại carotenoit Các thành phần hóa học trong hạt điều nhuộm không chỉ cho màu sắc đẹp, hấp dẫn mà còn có những tính chất quý như chống oxy hóa, bảo vệ gan, giảm cholesterol, giảm huyết áp, dưỡng da Ở Việt Nam, các nhà nội trợ thường sử dụng biện pháp truyền thống để tách phẩm màu từ hạt điều nhuộm để làm chất màu trong chế biến thức ăn, bằng cách cho dầu vào chảo, khi dầu nóng đem ra khỏi bếp, cho hạt điều vào, dầu nóng sẽ làm hạt điều ra

màu Ở quy mô phòng thí nghiệm cũng đã có vài nghiên cứu về việc chiết tách phẩm màu từ loại hạt này Tuy nhiên việc đưa nghiên cứu ở phòng thí nghiệm vào sản xuất ở quy mô lớn là một khoảng cách khá xa Trong tình hình hiện nay, việc sử dụng phẩm màu tổng hợp đang còn gây nhiều tranh cải Việc sản xuất được phẩm màu vàng đỏ từ tự nhiên với qui mô công nghiệp là một yêu cầu mang tính bức thiết, có tính thực tế cao Vì vậy, xuất phát từ những thực tế đó, tôi xin chọn đề tài

“Xây dựng quy trình chiết tách phẩm màu annatto E của hạt điều nhuộm ở quy mô pilot” nhằm nghiên cứu các thông số tối ưu trong việc chiết tách bixin và

norbixin từ hạt điều nhuộm để ứng dụng trong sản xuất phẩm màu góp phần tạo ra một loại phẩm màu thương mại tốt cho sức khỏe của người tiêu dùng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 GIỚI THIỆU VỀ CÂY ĐIỀU NHUỘM [1], [3], [4], [8]

1.1.1 Đặc điểm sinh thái

1.1.1.1 Tên gọi

- Tên thường gọi: Cây điều nhuộm, Điều

màu, Cà ri, Xiêm phụng, Môi son

- Tên khoa học: Bixa orellana L

- Giới: Planetae

- Bộ: Malveles (cùng bộ với cây bông vải,

giâm bụt, đậu bắp, đay cách )

- Họ: Bixacae

1.1.1.2 Nguồn gốc và phân bố

Nguồn gốc Nam Mỹ (Brazil), phân bố ở châu

Phi, châu Mỹ Latin, Phillipines và một số nước Đông

Nam Á

1.1.2 Đặc tính thực vật

Cây điều nhuộm là cây gỗ nhỏ, cao 5 - 10m Lá đơn, mềm nhẵn, hình tam giác, nhọn mũi, hình tim ở gốc, nhọn ở chóp, dài 12cm, rộng 7cm hoặc hơn, cuống phình ở đỉnh, dài 3 - 4cm Hoa khá to, 4 - 5cm, màu tím hay trắng, xếp thành chuỳ ngắn ở ngọn các nhánh Chùm hoa tụ tán ở ngọn cành, có long hoe Quả có màu đỏ tía, hình cầu, bao phủ bởi gai cứng hay mềm, mở thành 2 mảnh van mang mỗi cái một giá noãn ở mặt trong Hạt rất nhiều, hình khối lập phương, có cuống hạt phồng lên thành một cái áo, hạt ngắn dạng ống tay áo; vỏ hạt có những hạt lổn nhổn màu

đo đỏ

Hình 1.1 Cây điều nhuộm

Một vài hình ảnh của cây điều nhuộm

1.1.3 Cây điều nhuộm ở Việt Nam

Cây điều nhuộm có nguồn gốc châu Mỹ nhiệt đới, được nhập trồng từ lâu

vào Việt Nam và nhiều nước khác như Lào, Campuchia, Ấn Độ, Trung Quốc

Ở Việt Nam, cây điều nhuộm được trồng quanh năm, được trồng nhiều và phát triển tốt ở các tỉnh Tây Nguyên Do có khả năng chịu hạn cao nên có thể trồng trên tất cả các loại đất từ vùng ven biển đến đất phù sa cổ, đất đồi trọc, đất bazan thoái hóa, cũng có thể trồng để che phủ mặt đất, hạn chế cỏ dại Đến năm thứ 2 thì cây điều có thể ra quả và thu hoạch Hạt điều được thu hoạch 2 lần trong một năm (khoảng tháng 1 đến tháng 2 và khoảng tháng 8 đến tháng 9) Mỗi cây có thể cung cấp đến 270kg hạt Khi quả chín mà không thu hoạch kịp thời thì quả tự khô và nứt

ra, các hạt rơi xuống đất và phát triển thành cây điều khác hoặc bị hư hỏng

Hình 1.3 Hoa của cây điều nhuộm hoa tím Hình 1.2 Hoa của cây điều nhuộm hoa trắng

Hình 1.4 Quả của cây điều nhuộm Hình 1.5 Hạt của cây điều nhuộm

1.1.4 Thành phần hóa học của cây điều nhuộm

Trong phần cơm của hạt điều có chứa 40 - 50% cellulose; 3,5 - 5,5% sucrose; 0,3 - 0,9% tinh dầu; 3% fixed oil; 20 - 28% chất dễ bay hơi; 4,5 - 5,5% sắc

tố và 13 - 16% protein, trong đó có nhiều loại alpha và beta-carotenoids Hạt điều cũng chứa tannin, saponin, palmitin, phytosterol

Chất nhuộm màu chủ yếu trong phần cơm của hạt điều nhuộm là cis - bixin (este monomethyl của acid dicarboxilic norbixin), chiếm hơn 80% phần cơm của hạt điều nhuộm và là nguyên nhân gây ra màu đỏ từ phần chiết trong dầu Ngoài bixin còn có norbixin (acid dicarboxilic) cũng là chất tạo ra màu vàng

Ngoài ra, cũng có một phần tỷ lệ nhỏ các chất khác được tách từ phần chiết của hạt điều nhuộm bằng phương pháp sắc ký bao gồm 6 apocarotenoids, 8 diapocarotenoids và 1 dẫn xuất của apocarotenoids

1.1.5 Ứng dụng cây điều nhuộm trong thực tế

 Về đời sống

Tại Đông Nam Á, người ta thu hái hạt để làm chất màu cho thực phẩm; chất nhuộm màu cho lụa, bông Chính vì thế mà loài cây này còn có tên gọi là điều nhuộm Hạt điều nhuộm đã được thổ dân châu Mỹ sử dụng từ rất lâu để làm thuốc màu vẽ lên cơ thể, đặc biệt là môi, vì thế mà đôi khi nó còn được gọi tại khu vực này là “cây son môi”

 Về y học

Cây điều nhuộm có rất nhiều ứng dụng về mặt y học Hầu hết các bộ phận của cây đều được sử dụng để phòng và chữa bệnh trên khắp thế giới Một số công dụng của cây điều nhuộm được thể hiện qua bảng 1.1

Bảng 1.1: Ứng dụng của cây điều nhuộm trong y học trên thế giới

Ứng dụng của cây điều nhuộm đƣợc sử dụng trên thế giới trong

SVTH: Phan Thục Uyên Trang 8

- Tro lá dùng để trị sốt và sốt rét

Châu Mỹ

- Dùng hạt làm thuốc tẩy giun

- Nước sắc hạt điều nhuộm dùng làm thuốc sát trùng âm đạo và làm lành vết sẹo khi dùng ngoài da

Các nước

Đông Dương,

Trung quốc,

Indonexia

- Chất màu của điều nhuộm dùng làm thuốc săn da và xổ nhẹ

Campuchia - Lá được xem như có tính chất hạ nhiệt, thường dùng chữa sốt

phát ban, sốt rét và các chứng sốt khác

Colombia - Dùng để trị nọc rắn Lá và thân cây điều nhuộm hóa giải được

một phần nọc rắn trước 60 phút từ khi nọc rắn vào cơ thể

Nam Mỹ

- Các bộ phận của cây có thể sử dụng để làm thuốc chống say nắng, viêm amiđan, bỏng, hủi, viêm màng phổi, ngừng thở, các rối loạn trực tràng và đau đầu

- Đọt non cây này được dùng để trị bệnh kiết lỵ, làm cường dương, thu liễm, chữa các bệnh ngoài da, sốt, viêm gan

Brazil - Lá sắc uống trị bệnh tim, bao tử, có tính nhuận tràng nhẹ

Bộ lạc Cojede - Hoa được dùng làm thuốc xổ, chống đờm dãi ở trẻ em mới sinh

1.2 CẤU TRÚC MANG MÀU [10], [11]

1.2.1 Bixin

1.2.1.1 Cấu trúc của bixin

- Tên gọi quốc tế: (4,8,13,17 - Tetramethylicos - 2,4,6,8,10,12,14,16,18 -

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Trần Thị Ngọc Bích

1.2.1.2 Tính chất vật lý

- Màu sắc: Bixin có màu đỏ

- Tính tan: Tan trong dung môi hữu cơ như etylaxetat, axit axetic,

axeton và trong dầu, mỡ nóng

- Có tính oxy hóa và bảo vệ gan

- Chữa sốt, kiết lỵ, các bệnh về đường tiêu hóa

- Nhuận trường, chữa long đờm, bao tử, bệnh tim

1.2.2 Norbixin

1.2.2.1 Cấu trúc của norbixin

- Tên gọi quốc tế: Axit dicacboxilic

1.2.2.2 Tính chất vật lý

- Màu sắc: Norbixin có màu vàng cam

- Tính tan: Tan nhiều trong nước, hòa tan ít trong etanol, không hòa tan

trong dầu

- λmax= 453, 483 nm

1.2.2.3 Hoạt tính sinh học

- Chữa viêm gan, long đờm, ho

- Giảm huyết áp, giảm cholesterol trong máu, chữa động kinh

- Chống ung thư, là chất chống oxy hóa mạnh

1.2.3 Phẩm màu annatto [3], [4], [12]

1.2.3.1 Giới thiệu về phẩm màu annatto

Annatto là dịch chiết từ hạt điều nhuộm Chất gây màu chính là cis-bixin chiếm hơn 80% phần cơm của hạt điều và cũng là nguyên nhân gây ra màu đỏ tan trong dầu Bên cạnh đó còn có norbixin là chất tạo ra màu vàng tan trong nước Ngoài ra annatto còn chứa bixaghanene, bixein, bixol, crocetin, ellagic acid, ishwarane, isobixin, phenylalanine, salicylic acid, threonine, tomentosic acid và tryptophan

Là phẩm màu carotenoid tiêu biểu Tuy tính tan của norbixin và bixin có giới hạn nhưng vì hiệu lực của chất màu cao nên tính hòa tan hạn chế của nó cũng không ngăn cản được sự ứng dụng rộng rãi của chất màu này trong thực tế Những kiểu màu annatto có giá trị trong sản xuất gồm :

- Annatto A: Hạt điều được chiết với dung môi, cô đuổi dung môi

- Annatto B: Hạt điều được chiết với dung môi Lọc để loại bỏ phần không tan, đuổi dung môi, kết tinh thu được tinh thể khô

- Annatto C: Thêm dung dịch kiềm vào annatto B, đun nóng và để nguội Sau đó lọc dung dịch và axit hóa để kết tủa norbixin Lọc, rửa kết tủa, làm khô và xay thành bột nhỏ

- Annatto D: Hạt điều được cọ sát trong dầu nóng để tạo chất màu

- Annatto E: Chất màu được chiết bằng dung dịch kiềm, sau đó thêm axit

để tạo kết tủa Lọc, rửa, sấy khô, ta thu được sản phẩm

- Annatto F: Sau khi được cọ sát trong dung dịch kiềm thêm tiếp dung dịch kiềm để tạo thể vẩn, đun nóng, ta thu được chất màu Sau đó, ta để nguội

ở nhiệt độ thường, loại bỏ chất béo và phần bã Dung dịch sau khi lọc được axit hóa lấy kết tủa

- Annatto G: Là sản phẩm khi thêm K2CO3 vào annatto E

Trong phạm vi khóa luận này tôi xin chọn phẩm màu annatto E để nghiên cứu

1.2.3.2 Tính chất của phẩm màu annatto E

a Tính tan

Sự chiết chất màu bằng dung dịch kiềm sẽ chuyển bixin thành muối norbixin, hòa tan trong dung dịch kiềm Axit hóa dịch chiết thì norbixin được kết tủa từ muối của nó, ở dạng này thì norbixin không hòa tan được trong nước Ngoài muối của norbixin người ta cũng có thể tăng khả năng hòa tan của bixin và norbixin bằng việc

sử dung chất tạo thể nhũ sữa như polyssorbatos, propylene glycol Sự tạo thể nhũ sữa này rất có ý nghĩa trong việc ứng dụng chất màu trong thực phẩm có pH thấp

Annatto được pha trộn với caramel để tạo phẩm màu có sắc đỏ, bền hơn trong môi trường axit Đây là điều đáng ao ước trong sản xuất phẩm màu thực phẩm

 Ánh sáng: Annatto sẽ mất dần màu sắc nếu để lâu dưới ánh sáng mạnh và trực tiếp

 Acid/kiềm: Annatto dễ bị tác động hóa học trong môi trường axit Ở môi trường acid thì norbixin bị kết tủa Khi norbixin bị kết tủa, nó có thể kết hợp với chất đạm, chất bột và thành phần khác tạo ra sự đồng nhất màu trong sản phẩm Annatto rất ổn định trong môi trường kiềm

 Sự oxy hóa: Màu annatto dễ bị thoái biến, phân hủy bởi sự oxi hóa

 Tấn công của vi khuẩn: Màu annatto chống lại sự tác động của vi khuẩn, có khả năng tiệt trùng và vô khuẩn

 Nhiệt độ: Annatto ổn định nhất khi ở dưới 1000C và trên 1250C sẽ bị chuyển hóa Điều này rất có ý nghĩa trong việc làm bánh

1.2.3.3 Ứng dụng phẩm màu annatto trong thực tế

 Trong thực phẩm

Từ xưa đến nay, ở Việt Nam cũng như nhiều nước trên thế giới, annatto được

sử dụng làm thuốc nhuộm màu cho thực phẩm Nó được dùng như một gia vị trong chế biến món ăn để làm tăng sức thu hút của món ăn cũng như kích thích cảm quan của người dùng Ngày nay, chất màu này được sử dụng phổ biến trong công nghiệp chế biến thực phẩm như tạo màu cho phomat, bơ, bột cà ry, bò khô

Chất màu annatto đã tạo ra một hướng đi mới, một con đường sử dụng chất màu tự nhiên trong công nghiệp chế biến thực phẩm Ở Mỹ, sẽ được miễn giấy chứng nhận an toàn thực phẩm khi sử dụng annatto là chất màu cho thực phẩm Điều này đã chứng tỏ độ an toàn và tốt cho sức khỏe của người dùng khi sử dụng loại phẩm màu này Nó đã giải quyết những lo lắng về sức khỏe của con người khi

sử dụng phẩm màu hóa học

 Trong y học

Annatto giúp trị bệnh tuyến tiền liệt, viêm bên trong nội tạng, cao huyết áp, cao cholesterol, béo mập, suy thận và loại bỏ axit uric trong máu

Y học truyền thống sử dụng annatto để trị chứng ợ nóng, đau dạ dày do gia

vị của thức ăn Người Peru dùng nó để chống nhiễm trùng da, giúp da kéo da non, chữa các bệnh về gan và dạ dày Người Mỹ gốc da đỏ bôi annatto lên tóc và cơ thể

để tránh nắng, sâu bọ

Ngoài ra annatto còn được dùng để điều trị bệnh đái tháo đường hay chống nhiễm nấm

 Trong công nghiệp vải sợi

Sự bắt đầu của một thiên niên kỷ mới đảm bảo đem đến rất nhiều thay đổi quyết liệt trong cuộc sống con người Một trong những sự biến chuyển này là hướng tới những loại thuốc nhuộm tự nhiên và cách sử dụng chúng sao cho có hiệu quả hơn so với loại thuốc nhuộm tổng hợp - là loại hoá chất hiện đang mất dần chỗ đứng

do những nhận thức mang tính quốc tế về bảo vệ môi trường và sinh thái

Các nhà khoa học đã nghiên cứu và phát triển các quy trình làm cho chất nhuộm annatto bền hơn trên chất liệu tơ sợi Điều này đã dẫn đến một sự mở đầu mới đối với thuốc nhuộm annatto bởi nó có thể dùng một cách tiết kiệm để tạo ra màu sáng của chất nhuộm tự nhiên trên vải sợi, đặt biệt là silk

Nhờ việc sử dụng những chất cắn màu, thuốc nhuộm annatto có thể bền hơn với sự lựa chọn thích hợp và hiệu quả được nâng lên mức cao nhất khi sử dụng những phương pháp nhuộm phù hợp Màu cam rực rỡ trên vải silk sẽ là một bước ngoặc với đặc tính kinh tế cao của thuốc nhuộm màu annatto

 Các ngành công nghiệp khác

Thuốc nhuộm annatto có ái lực tương đối cao đối với sợi nylông và sợi polyester Màu sắc trên sợi nylông và sợi polyester có độ bền tương đối cao với xà phòng Nên được làm thuốc nhuộm màu vàng đỏ trên nylông và polyester

Trong quá trình nhuộm thì khi nhiệt độ tăng thì tỷ lệ hấp thu thuốc nhộm cũng tăng lên Và thuốc nhuộm bixin có khả năng nhuộm sợi ion hóa và không ion hóa bằng những cơ chế khác nhau

Ngoài ra, thuốc nhuộm annatto còn được sử dụng trong công nghiệp vecni, xi đánh sàn

1.3 LÝ THUYẾT VỀ MÀU SẮC [2]

Phẩm màu là tên chỉ chung các hợp chất màu hữu cơ có màu rất đa dạng về màu sắc và chủng loại Chúng có khả năng nhuộm màu, nghĩa là bắt màu hay gắn màu trực tiếp cho các vật liệu khác

1.3.1 Phân loại phẩm màu

Có nhiều cách phân loại phẩm màu Dựa vào nguồn gốc thu nhận phẩm màu

mà phẩm màu được chia làm 2 loại:

1.3.1.1 Phẩm màu thiên nhiên

+ Phẩm màu thiên nhiên màu vàng: Đều có nguồn gốc thực vật Màu vàng quan trọng hơn cả được sử dụng trong nhiều thế kỷ qua là rezeda Khi nó phối với màu xanh chàm sẽ nhận được màu xanh lục (màu Lincon) tuyệt đẹp

+ Phẩm màu thiên nhiên màu đỏ: Có nguồn gốc động vật, song màu đỏ quan trọng nhất vẫn là marena hay còn gọi là alizarin thu được từ thực vật Chúng có màu tươi ánh, bền màu rất cao với ánh sáng, có độ bền màu cao hơn nhiều so với các màu vàng

+ Phẩm màu thiên nhiên màu đỏ tía: Được Fridlender tìm ra vào năm 1909 Gần đây từ thân lá của cây Dacathais orbita người ta đã xác định được quá trình tạo thành màu đỏ tía này

+ Phẩm màu thiên nhiên màu chàm: Thuốc nhuộm màu xanh chàm và màu xanh lam vaiđa vẫn được sử dụng cho đến ngày nay Thuốc nhuộm inđigo được tách từ cây họ chàm có tên khoa học là indigofera tinctoria L, có công thức hóa học là:

O OH O

H

OH

O H

O

* Đặc điểm của phẩm màu thiên nhiên: Trừ màu xanh chàm và màu đỏ alizarin là

có độ bền màu cao thì nhìn chung thuốc nhuộm thiên nhiên có độ bền màu thấp, nhất là với ánh sáng, cường lực màu nhỏ do chứa trong phân tử hệ thống mang màu kém Hơn nữa hiệu suất khai thác thuốc nhuộm từ thực vật thấp nên giá thành rất cao

1.3.1.2 Phẩm màu tổng hợp

Phân loại phẩm màu tổng hợp theo cấu tạo hóa học gồm có:

+ Phẩm màu azo: Là phẩm màu quan trọng nhất và có lịch sử phát triển rất lâu đời, chiếm 50% tổng sản lượng phẩm lượng Dựa vào số nhóm azo có trong hệ mang màu của phẩm màu mà người ta chia ra các nhóm phẩm màu:

- Monoazo: Ar – N=N – Ar’

- Diazo: Ar – N=N – Ar’– N=N – Ar’’

- Tri và polyazo: Ar – N=N – Ar’– N=N – Ar’’– N=N – Ar’’’–

Trong đó Ar, Ar’, Ar’’’ là những gốc hữu cơ nhân thơm có cấu tạo đa vòng, dị vòng rất khác nhau

+ Phẩm màu antraquinon: Trong phân tử loại màu này có một hoặc nhiều nhân antraquinon hoặc các dẫn xuất của nó Những dẫn xuất khác nhau ở các vị trí

1, 4, 5, 8 sẽ cho các loại phẩm màu tương ứng như sau:

- Phẩm màu amino – antraquinon

- Phẩm màu hydroxyl – antraquinon

- Phẩm màu axylamino – antraquinon

- Phẩm màu antrimit

- Phẩm màu antraquinon đa vòng

+ Phẩm màu indigoit: Người ta đã tổng hợp được phẩm màu indigoit với nhiều màu sắc phong phú bằng cách đưa thêm các nhóm thế vào phân tử indigo Gốc mang màu của loại phẩm màu này có công thức:

X

Z O

O

O

O

1 2 3 4 10 5

6 7

Vd:

NO2+ Phẩm màu polymetyn: Có công thức tổng quát là: Ar–(CH = CH)n – CH = Ar’, trong đó Ar, Ar’ tương ứng phải có nhóm cho và nhóm nhận điện tử Nhìn chung chúng đều có màu tươi và thuần sắc

+ Phẩm màu lưu huỳnh: Là những phẩm màu mà trong phân tử có nhiều nguyên tử lưu huỳnh Gốc mang màu của phẩm màu thường là các nhóm có cấu tạo như sau:

S

ti azol

S S

S

N azi n

+ Phẩm màu arylamin: Trong phân tử phẩm màu này có hệ mang màu là mạch nối các gốc thơm với nhau qua nguyên tử N trung tâm Ar’ – N = Ar’’ trong

đó Ar’ là gốc thơm chứa nhóm cho điện tử, Ar’’ là gốc thơm chứa chứa nhóm nhận điện tử Theo cấu tạo, lớp phẩm màu này có thể chia thành 4 phân nhóm:

NH

Ar'' Ar'

di aryl am i n

Ar' O Ar'' N H

Ar' S Ar'' N H

Ar' N H

Ar'' N H

+ Phẩm màu azometyn: Trong phân tử của chúng có chứa hệ mang màu là

Ar – CH = N – Ar’ Lớp phẩm màu này ít được sản xuất và chỉ được sử dụng để nhuộm xơ axetat, xơ sợi tổng hợp và in ảnh màu

+ Phẩm màu hoàn nguyên đa vòng: Trong phân tử của chúng có hệ mang màu là các hợp chất đa tụ giữa antraquinon (hoặc dẫn xuất) với các vòng dị thể khác, tạo nên mạch đa vòng

+ Phẩm màu phtaloxianin: Chúng là lớp phẩm màu tương đối mới, hệ thống mang màu trong phân tử của chúng là một hệ liên hợp khép kín Những nguyên tử

H trong nhóm imin dễ dàng bị thay thế bởi các ion kim loại, còn các nguyên tử N khác thì lại tham gia tạo phức với kim loại làm cho màu sắc của phẩm màu này thay đổi Phẩm màu có độ bền màu với ánh sáng rất cao

N H

N H

NH

N H

N N

tetrazaporphin

* Đặc điểm của phẩm màu tổng hợp: Phẩm màu tổng hợp rất đa dạng và phong phú

Màu sắc của chúng không những đẹp mà còn có độ bền màu cao hoặc rất cao với nhiều tiêu chí cơ lý và hóa lý Ngoài ra, nguyên liệu để tổng hợp có chi phí thấp mà hiệu suất cao nên giá thành tương đối rẻ

1.3.2 Các thuyết về hợp chất có màu

1.3.2.1 Thuyết cổ điển về hợp chất có màu

Kí hiệu hợp chất có màu là X – R – Y; trong đó X là nhóm mang màu, Y là nhóm trợ màu, R là chất mang màu

 Nhóm mang màu X

Những nhóm mang màu là những nhóm nguyên tử chưa bão hòa hóa trị Những nhóm mang màu quan trọng là: – CH = CH – (nhóm etylen); – N = N –

(nhóm azo); – N = O (nhóm nitrozo); – NO2 (nhóm nitro); = C = O (nhóm cacbonyl)

 Nhóm trợ màu Y

Khi đưa thêm vào phân tử của nhóm mang màu một nhóm nguyên tử gọi là nhóm trợ màu thì màu của hợp chất sẽ sâu hơn và sẽ có khả năng nhuộm màu cho một số vật liệu thích hợp Những nhóm trợ màu quan trọng là : – OH; – NH2; – N(CH3)2; – N(C2H5)2.

* Quy luật thuyết cổ điển về ảnh hưởng các nhóm chức đến sự thay đổi màu :

- Khi liên kết nối đôi cách trong phân tử của hợp chất hữu cơ được kéo dài thêm thì màu sẽ sâu hơn

- Tăng số nhân thơm trong hợp chất từ cấu trúc đơn giản thành cấu trúc đa nhân phức tạp thì màu sẽ sâu hơn

- Tăng số nhóm cacbonyl liên kết trực tiếp với nhau trong hợp chất cũng dẫn đến màu sâu hơn

- Việc tạo thành mối liên kết mới giữa các nguyên tử C trong từng phần nguyên tử và không phá vỡ hệ thống mối liên kết nối đôi cách cũng làm cho màu sâu hơn

- Việc chuyển nhóm trợ màu thành dạng muối và alkyl hóa nhóm amin sẽ dẫn đến sâu màu

- Khi alkyl hóa nhóm hydroxyl trong nhân thơm hoặc chuyển nhóm trợ màu vào liên kết vòng thì màu của hợp chất sẽ nhạt đi

1.3.2.2 Thuyết hiện đại về hợp chất có màu

Màu sắc là một hiện tượng phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố :

- Cấu tạo của vật thể có màu

- Thành phần của ánh sáng chiếu vào vật thể và góc quan sát

- Tình trạng mắt của người quan sát

Màu quang phổ là màu nhận được khi phân tích ánh sáng trắng ra thành những tia màu hợp thành nhờ các dụng cụ quang học Mỗi màu được đặc trưng bằng những bước sóng nhất định từ 380 nm đến 780 nm, và được gọi là màu đơn sắc

Màu vô sắc là những màu được đặc trưng bằng cường độ màu như nhau của tất cả các bước sóng

Màu đa sắc là màu của tập hợp các phản xạ của một vật nào đó có bước sóng khác nhau nhưng cường độ và tỷ lệ của các tia này không như nhau Màu chủ đạo của vật thể là màu của tia phản xạ nào chiếm tỷ lệ lớn nhất được hòa với màu của các tia còn lại theo quy luật phối màu

1.3.2.3 Phương pháp phối ghép màu

Phối hợp phẩm màu dựa trên nguyên lý ghép cộng và ghép trừ các tia màu quang phổ vì nguyên lý ghép màu có ba tia cơ bản Phương pháp phối màu dựa trên các nguyên tắc sau :

+ Phải dùng phẩm màu cùng lớp theo phân lớp kỹ thuật và có tính chất kỹ thuật tương tự như nhau như cùng điều kiện nhuộm, cùng tốc độ bắt màu, cùng độ bền màu

+ Khi phối màu thuộc các lớp khác nhau để nhuộm vải pha cần chọn những loại không tích điện trái dấu, không chứa các phụ gia có tính chất kị nhau làm cho dịch nhuộm bị kết tủa, sa lắng hoặc biến màu, khó ghép màu

+ Có thể phối từ hai phẩm màu kỹ thuật để tạo nên màu mới cần thiết nhưng

số màu mới khác nhau người ta dùng thuật phối ghép từ ba màu cơ bản : đỏ, vàng, xanh lam hoặc đỏ, vàng, xanh lục Đồ thị phối màu được thiết lập theo hình tam giác đều, mỗi màu cơ bản được đặt ở mỗi đỉnh của màu tam giác Tỷ lệ phối ghép được chia đều theo các cạnh Tam giác màu được biểu diễn như sau :

Xanh lam

Tím

Hình 1.6 Tam giác phối ghép màu

- Theo các đường cao của tam giác sẽ là dãy màu do kết quả bổ trợ nhau của nhiều cặp màu tương ứng

- Tâm của tam giác và vùng phụ cận sẽ là miền có màu vô sắc (ghi, xám) do hiệu quả trung hòa lẫn nhau của ba màu cơ bản có cường độ tương đương

- Các điểm khác nằm ở bên trong tam giác sẽ là vô số màu được phối ghép từ

ba màu cơ bản với tỷ lệ khác nhau, màu và ánh màu của chúng tùy thuộc vào tọa độ trên tam giác

1.4 CHIẾT TÁCH CÁC HỢP CHẤT THIÊN NHIÊN [7], [9]

1.4.1 Tầm quan trọng của chiết xuất các hợp chất thiên nhiên

Nước Việt Nam ta sở hữu cả “kho vàng” loài cây quý với gần 5.000 cây có chứa hàm lượng lớn các hoạt chất quý giá, có thể dùng trực tiếp làm thuốc, tách chiết các hoạt chất để bào chế thuốc thành phẩm, tách chiết các hợp chất hữu cơ có tính ứng dụng cao trong các nghành công nghiệp thực phẩm, công nghiệp dệt nhuộm… Sở hữu một khí hậu nhiệt đới, độ ẩm khá cao, diện tích đất rừng rộng, lại

có cả một số vùng núi cao và cao nguyên nên nước ta có nhiều điều kiện thuận lợi

để tự trồng trọt và khai thác nguồn tài nguyên thiên nhiên này

Trước xu hướng trở về với thiên nhiên hiện nay, việc khai thác tiềm năng dồi dào sẵn có của nguồn tài nguyên này dựa trên nền tảng khoa học kỹ thuật hiện đại nhằm đáp ứng nhu cầu về an toàn sức khỏe của con người đang là điều mà các nhà sản xuất đang hướng tới Đồng thời việc chiết xuất để tách các hợp chất tinh khiết,

có tác dụng tạo nguồn nguyên liệu cung cấp cho các ngành công nghiệp đặt biệt là ngành công nghiệp dược, công nghiệp thực phẩm Tuy nhiên, các ngành công nghiệp Việt Nam lại đang phải phụ thuộc rất nhiều vào nguồn nguyên liệu nhập khẩu Sở dĩ có thực trạng này là do ngành công nghiệp chiết xuất các hợp chất thiên nhiên của Việt Nam chưa phát triển Cơ sở nhỏ với các trang thiết bị khá thô sơ và

sự nhận thức về tầm quan trọng của kĩ thuật chiết tách các hợp chất thiên nhiên là điểm hạn chế mạnh của nước ta Vì vậy, để phát triển mạnh công nghiệp chiết xuất các hợp chất thiên nhiên không có cách nào khác là phải đầu tư cho công nghệ chiết xuất

1.4.2 Nguyên liệu chiết xuất

Nguyên liệu dùng để chiết xuất có thể là những bộ phận của động vật, thực vật, khoáng vật hoặc vi sinh vật Thực vật dùng để chiết xuất bao gồm các bộ phận của cây: hoa, quả, hạt, thân, lá, rễ, vỏ, nhựa… Đó là những bộ phận có thành phần phức tạp, không rõ ràng và kém ổn định, hàm lượng hoạt chất hay thay đổi vì phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: giống, loài, khí hậu, đất đai, điều kiện trồng trọt, bộ phận

dùng, giai đoạn sinh trưởng, thời kỳ thu hái… và cách bảo quản

1.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết xuất các hợp chất thiên nhiên

1.4.3.1 Những yếu tố thuộc về thành phần, cấu tạo của nguyên liệu

Màng tế bào của nguyên liệu

Màng tế bào của nguyên liệu có ảnh hưởng nhiều đến quá trình khuếch tán Khi còn sống, đây là nơi xảy ra quá trình trao đổi chất có tính chất chọn lọc Khi chết, đây là nơi xảy ra các hiện tượng khuếch tán, thẩm thấu, thẩm tích, … Màng tế bào có cấu tạo không ổn định, có thể bị thay đổi tính chất vật lý và thành phần hóa học để đáp ứng với những chức phận sinh lý đặc biệt mà nó đảm nhiệm Những sự thay đổi này có thể xảy ra từng phần hoặc toàn phần ở màng tế bào và thường thay đổi nhiều ở thực vật già

Chất nguyên sinh

Các chất nguyên sinh thường chứa đầy trong các tế bào non nhưng trong tế bào già chúng vón lại tạo thành một lớp bao quanh màng tế bào Chính lớp này cản trở quá trình thẩm thấu của các chất như các muối và chất đường hòa tan Chỉ khi lớp nguyên sinh bị phá hủy bởi nhiệt độ hoặc cồn cao độ, các chất tan mới thẩm thấu qua được màng tế bào

Cấu tạo của nguyên liệu

Khi sấy khô nguyên liệu, chất nguyên sinh vón lại, dịch tế bào đóng thành màng, bên trong tế bào có không khí… các yếu tố trên ngăn cản quá trình chiết xuất Ở nguyên liệu già, lớp vỏ tế bào bắt đầu gỗ hóa, vì vậy các bộ phận như hoa

và lá chiết xuất dễ dàng hơn là rễ và vỏ thân

Một số tạp chất có thể có trong nguyên liệu

Đó là sản phẩm của các quá trình trao đổi chất, là chất dự trữ hoặc chất thải của cây Các chất này thường gây cản trở hoặc cũng có khi tác dụng thuận lợi cho quá trình chiết xuất Những tạp chất này có thể là pectin, gôm, chất nhày, tinh bột, chất béo, dầu mỡ, sáp, nhựa, enzym

1.4.3.2 Những yếu tố thuộc về dung môi

Độ phân cực của dung môi

Nói chung dung môi ít phân cực dễ hòa tan các chất không phân cực và khó hòa tan các chất có nhiều nhóm phân cực và ngược lại

Dựa vào độ phân cực của dung môi người ta phân loại như sau:

- Dung môi không phân cực: ether dầu hỏa, hexan, benzene, toluen…

- Dung môi phân cực yếu và vừa: chloroform, diclorethan, aceton…

- Dung môi phân cực mạnh: nước, glycerin, các loại cồn có mạch carbon ngắn (methanol, ethanol, isopropanol…)

Độ nhớt, sức căng bề mặt của dung môi

Dung môi có độ nhớt càng thấp hoặc sức căng bề mặt càng nhỏ thì dung môi

dễ thấm vào nguyên liệu, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chiết xuất và ngược lại

1.4.3.3 Những yếu tố thuộc về thông số kỹ thuật

Nhiệt độ chiết xuất

Theo lý thuyết khi nhiệt độ tăng và hệ số khuếch tán lớn thì quá trình chiết xuất sẽ thuận lợi hơn Nhưng trên thực tế đôi khi lại đi ngược lại là do

- Đối với những hợp chất kém bền ở nhiệt độ cao: Nhiệt độ tăng cao sẽ gây phá hủy một số hoạt chất như vitamin, glycoside, alkaloid…

- Đối với tạp chất: Khi nhiệt độ tăng, độ hòa tan của tạp chất cũng tăng theo, dịch chiết sẽ bị lẫn nhiều tạp

- Đối với dung môi dễ bay hơi có nhiệt độ sôi thấp: Khi nhiệt độ tăng cao thì dung môi dễ bị hao hụt, khi đó đòi hỏi thiết bị phải kín và phải có bộ phận hồi lưu dung môi

- Đối với một số chất có quá trình hòa tan tỏa nhiệt: Khi nhiệt độ tăng, độ tan của chúng lại bị giảm Do đó để tăng độ tan thì cần phải làm giảm nhiệt độ

Thời gian chiết xuất

Khi bắt đầu chiết, các phân tử có phân tử lượng nhỏ (thường là hoạt chất) sẽ được khuếch tán và hòa tan vào dung môi trước, sau đó mới đến các chất có phân tử lượng lớn (thường là tạp như nhựa, keo…) Do đó nếu thời gian chiết ngắn sẽ không chiết được hết hoạt chất trong nguyên liệu, nhưng nếu thời gian chiết dài quá, dịch chiết sẽ bị lẫn nhiều tạp, gây bất lợi cho quá trình tinh chế và bảo quản

Độ mịn của nguyên liệu

Nguyên liệu càng xay nhỏ, diện tích tiếp xúc bề mặt với dung môi càng lớn, quá trình chiết xuất càng nhanh Nhưng trong thực tế, nếu nguyên liệu nghiền quá mịn lại không có lợi do:

- Tế bào khi bị phá vỡ, nhiều chất khó tan như chất keo sẽ làm cho dịch chiết chứa nhiều tạp chất khó loại, khó lọc

- Dung môi khó tiếp xúc được với nguyên liệu để tiến hành các quá trình khuếch tán, thẩm thấu chất cần chiết Đôi khi dung môi còn tạo với nguyên liệu thành một khối rất khó xử lý

1.4.3.4 Thiết bị chiết xuất

Có rất nhiều cách phân loại các thiết bị chiết xuất Tùy theo các yếu tố khác nhau mà người ta có thể phân loại như sau:

Theo chế độ làm việc có các loại thiết bị:

- Ngược dòng

- Xuôi dòng

- Chéo dòng

Theo kiểu chuyển động tuần hoàn của dung môi có các loại thiết bị:

- Tuần hoàn đơn

Theo cấu tạo, có nhiều cách phân loại và không thống nhất

 Theo hình dạng của thân thiết bị, có các loại thiết bị sau:

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 NGUYÊN LIỆU

Hạt điều khô (hình 2.1) được chọn mua ngẫu nhiên ở chợ Siêu thị Đà Nẵng – Phường Chính Gián – TP Đà Nẵng

Hạt điều nhuộm sau khi mua về được bảo quản trong bao nylông và thùng giấy không ẩm ướt

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU [5], [6]

2.2.1 Phương pháp phân tích trọng lượng

 Giới thiệu phương pháp

Cơ sở của phương pháp phân tích trọng lượng là định luật thành phần không đổi và định luật đương lượng Phương pháp phân tích trọng lượng dựa trên việc đo lường khối lượng được thực hiện nhờ cân phân tích

Trong phương pháp này, chất cần xác định được tách ra dưới dạng nguyên chất hay dưới dạng hợp chất có thành phần xác định Từ hợp chất thu được này, sau khi cân trên cân phân tích, người ta tính được khối lượng của cấu tử xác định và hàm lượng phần trăm của nó

 Ưu, nhược điểm của phương pháp phân tích trọng lượng

Ưu điểm:

- Cho phép ta xác định được với độ chính xác cao hàm lượng hoặc nồng độ của các cấu tử riêng biệt trong mẫu Độ chính xác đạt tới 0,01 – 0,005

Hình 2.1 Hạt điều khô