Nghiên cứu khả năng sử dụng chất màu được chiết tách từ bắp cải tím với sự trợ giúp của sóng siêu âm cho vật liệu cảm biến PH

Trong số các chất màu tự nhiên, anthocyanin chiết xuất từ bắp cải tím vừa có tác dụng là chất màu thiên nhiên được sử dụng khá an toàn trong thực phẩm, tạo ra nhiều màu sắc hấp dẫn cho m

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SỬ DỤNG CHẤT MÀU ĐƢỢC CHIẾT TÁCH TỪ BẮP CẢI TÍM VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA SÓNG SIÊU ÂM CHO VẬT LIỆU CẢM BIẾN pH

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

LỜI CAM ĐOAN 5

LỜI CẢM ƠN 6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 7

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 9

MỞ ĐẦU 11

1 Lý do chọn đề tài 11

2 Mục tiêu nghiên cứu 12

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 13

4 Phương pháp nghiên cứu 13

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 14

6 Bố cục luận văn 15

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 16

1.1 Chất màu anthocyanin 16

1.1.1 Sơ lược về bắp cải tím và chất màu anthocyanin trong bắp cải tím 16

1.1.2 Anthocyanin trong thiên nhiên và ứng dụng 17

1.1.3 Cấu trúc của anthocyanin 18

1.1.4 Các yếu tố ảnh hướng đến màu của anthocyanin 19

1.2 Chiết tách anthocyanin 22

1.3 Vật liệu nền 25

1.3.1 Vật liệu từ xenlulo 25

1.3.2 Vật liệu hyđrogel 27

1.4 Phương pháp nhuộm cho vật liệu nền 30

1.4.1 Giới thiệu các phương pháp nhuộm 30

1.4.2 Phương pháp nhuộm tận trích 31

1.5 Tiểu kết phần tổng quan 32

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33

2.1 Mục tiêu nghiên cứu 33

2.2 Nội dung nghiên cứu 33

2.3 Đối tượng, hóa chất và thiết bị 33

2.3.1 Đối tượng nghiên cứu 33

2.3.2 Hóa chất 34

2.3.3 Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm 34

2.4 Phương pháp nghiên cứu 37

2.4.1 Phương pháp chiết tách chất màu 37

2.4.2 Phương pháp đánh giá và định lượng chất màu 38

2.4.3 Lập kế hoạch thực nghiệm 39

2.5 Phương pháp nhuộm màu cho các vật liệu nền 40

2.5.1 Nhuộm màu cho xenlophan 40

2.5.2 Nhuộm màu cho màng xơ xenlulo 42

2.5.3 Nhuộm màu cho vật liệu hyđrogel PCA23-30 43

2.6 Phương pháp khảo sát khả năng chỉ thị màu của anthocyanin theo pH 44

2.6.1 Phương pháp khảo sát khả năng chỉ thị màu của dung dịch chất màu anthocyanin chiết trong dung môi (Antho-a) theo pH 44

2.6.2 Phương pháp khảo sát khả năng chỉ thị màu của vật liệu nhuộm màu anthocyanin theo pH 45

2.7 Khảo sát khả năng ứng dụng chất màu anthocyanin để nhận biết sự phân hủy theo thời gian của một số sản phẩm sữa 46

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 48

3.1 Đánh giá định lượng chất màu anthocyanin 48

3.2 Quy hoạch thực nghiệm 49

3.3 Ảnh hưởng của điều kiện chiết tách 52

3.4 Tối ưu hóa quá trình chiết tách 54

3.5 Khả năng chỉ thị màu của dung dịch chất màu anthocyanin theo pH 56

3.6 Kết quả nhuộm màu vật liệu và khả năng chỉ thị màu của vật liệu nhuộm theo pH…… 58

3.6.1 Vật liệu xenlophan nhuộm màu 58

3.6.2 Vật liệu xenlulo nhuộm màu 62

3.6.3 Vật liệu hyđrogel PCA23-30 nhuộm màu 63

3.7 Ứng dụng vật liệu cảm biến pH để nhận biết sự phân hủy của sữa 64

KẾT LUẬN 67

HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

PHỤ LỤC 73

Quy trình tổng hợp PCA23-30 73 Bài báo khoa học

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan toàn bộ kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là do tác giả cùng nhóm sinh viên nghiên cứu khoa học (SVNCKH) được thầy giáo TS Nguyễn Ngọc Thắng hướng dẫn Trong đó, phần kết quả nghiên cứu chiết tách chất màu anthocyanin từ bắp cải tím (từ mục 3.1 đến mục 3.4) đã được nhóm SVNCKH báo cáo trong Hội nghị SVNCKH 2016 Các phần còn lại của luận văn là

do tác giả tự nghiên cứu và trình bày, không sao chép từ các luận văn khác Tác giả xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật về những nội dung, hình ảnh cũng như các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn

Hà Nội, ngày tháng năm 2016

Người thực hiện

Nguyễn Thị Ly

Dệt may - Da giầy và Thời trang cùng toàn thể thầy cô trong Bộ môn Vật liệu và Công nghệ Hóa dệt, trung tâm thí nghiệm Vật liệu Dệt may - Da giầy của trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Nguyễn Ngọc Thắng đã luôn tận tình truyền đạt kiến thức, giúp đỡ tôi vượt qua nhiều khó khăn trong suốt quá trình thực hiện cũng như hoàn thành nghiên cứu này

Tôi xin cảm ơn nhóm sinh viên nghiên cứu khoa học Bùi Thị Thanh Xuân, Phạm Thị Điệp và Phạm Thị Ngọc đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện nghiên cứu Tôi xin cảm ơn sự hỗ trợ kinh phí từ trường Đại học Bách Khoa Hà Nội thông qua đề tài cấp Trường T2016 - PC - 081

Tuy đã rất nỗ lực và cố gắng, không ngừng học hỏi trau dồi kiến thức, tích cực nghiên cứu thu thập tài liệu, tổng hợp các kiến thức nhưng luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự quan tâm và đóng góp nhiệt tình của thầy cô giáo và tất cả các bạn bè, đồng nghiệp

Tôi xin chân thành cảm ơn!

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Hình ảnh cải bắp tím 16

Hình 1.2 Các anthocyanin trong một số nguồn thực vật 17

Hình 1.3 Cấu trúc cơ bản của aglycon của anthocyanin 19

Hình 1.4 Sự thay đổi màu sắc phụ thuộc vào cấu trúc của anthocyanin 20

Hình 1.5 Sự thay đổi màu sắc của anthocyanin theo pH 21

Hình 1.6 Phương trình phản ứng tạo xenlophan 26

Hình 2.1 Hình ảnh đối tượng nghiên cứu và hóa chất sử dụng 35

Hình 2.2 Hình ảnh dụng cụ và thiết bị thí nghiệm 36

Hình 2.3 Sơ đồ quy trình chiết tách chất màu và nhuộm cho vật liệu 38

Hình 2.4 Sơ đồ quy trình nhuộm Xelo/Antho-a 41

Hình 2.5 Sơ đồ quy trình nhuộm Xelo/Antho-Aq 41

Hình 2.6 Sơ đồ quy trình nhuộm Xel/Antho-a 42

Hình 2.7 Sơ đồ quy trình nhuộm Xel/Antho-Aq 43

Hình 2.8 Quy trình khảo sát sự thay đổi màu của dung dịch anthocyanin theo pH 45

Hình 2.9 Quy trình khảo sát sự thay đổi màu của vật liệu nhuộm màu anthocyanin theo pH 45

Hình 2.10 Sơ đồ quy trình khảo sát khả năng nhận biết sự phân hủy của sữa bằng chất màu anthocyanin 46

Hình 3.1 Phổ UV-Vis của chất màu anthocyanin chiết từ bắp cải tím 48

Hình 3.2 Ảnh hưởng đến hàm lượng anthocyanin của tương tác giữa nhiệt độ và

thời gian ở nồng độ 45% 52

Hình 3.3 Ảnh hưởng đến hàm lượng anthocyanin của tương tác giữa nhiệt độ và nồng độ etanol ở thời gian 25 phút 53

Hình 3.4 Phổ hấp thụ của anthocyanin khi thay đổi nồng độ và khi thay đổi nhiệt 54 Hình 3.5 Độ kỳ vọng và điều kiện tối ưu cho hàm lượng anthocyanin cực đại 55

Hình 3.6 Phổ hấp thụ anthocyanin trong các môi trường pH từ 1-13 57

Hình 3.7 Ảnh chụp của Xelo/Antho-a tại các điều kiện nhuộm khác nhau 58

Hình 3.8 Quang phổ hấp thụ của vật Xelo/Antho-a khi cố định nhiệt độ và thay đổi thời gian nhuộm 59

Hình 3.9 Quang phổ hấp thụ của vật liệu Xelo/Antho-a khi cố định thời gian và thay đổi nhiệt độ nhuộm 60

Hình 3.10 Mẫu xenlophan trước và sau khi nhuộm 61

Hình 3.11 Mẫu màng xơ xenlulo trước và sau khi nhuộm 62

Hình 3.12 Vật liệu hyđrogel PCA23-30 trước và sau khi nhuộm 63

Hình PL1 Sơ đồ tổng hợp màng hyđrogel PCA23-30 73

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Màu của chất tương đương với bước sóng hấp thụ cực đại 22

Bảng 2.1 Hóa chất thí nghiệm 34

Bảng 3.1 Bảng ma trận mã hóa theo mô hình hợp tâm BBD và kết quả thực nghiệm của hai hàm mục tiêu 49

Bảng 3.2 Kết quả phân tích hồi quy theo mô hình đa thức bậc hai cho hàm lượng anthocyanin 50

Bảng 3.3 Bảng giá trị ước lượng các hệ số hồi quy của hàm mục tiêu là hàm lượng anthocyanin 51

Bảng 3.4 Sự thay đổi màu của dung dịch chất màu anthocyanin theo pH 56

Bảng 3.5 Vật liệu xenlophan nhuộm màu thay đổi màu sắc theo pH 61

Bảng 3.6 Màng xơ xenlulo nhuộm màu thay đổi màu sắc theo pH 62

Bảng 3.7 Vật liệu hyđrogel PCA23-30 nhuộm màu thay đổi màu sắc theo pH 63

Bảng 3.8 Khả năng chỉ thị màu của anthocyanin theo pH 64

Bảng 3.9 Bảng nhận biết sự phân hủy của sữa đậu nành bằng vật liệu cảm biến pH 65

Bảng 3.10 Bảng nhận biết sự phân hủy của sữa bò tươi bằng vật liệu cảm biến pH 66

DANH MỤC CÁC KÍ KIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT

Antho-a Anthocyanin chiết trong dung môi

Antho-Aq Anthocyanin chiết trong nước

BBD Mô hình Box-Benken (Box-Behnken Design)

DX10 Phần mềm quy hoạch thực nghiệm (Design Expert 10)

Hyđrogel Hyđrogel PCA23-30

PCA23-30 Hyđrogel của PVA, Chitosan, Poliacrylic axit

RSM Phương pháp bề mặt đáp ứng (Respose surface methodolodgy)

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Màu sắc đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống hằng ngày của chúng ta Các vật liệu mà màu có thể thay đổi thuận nghịch khi có kích thích từ bên ngoài như: ánh sáng, nhiệt độ và pH đã thu hút nhiều nhà nghiên cứu trong thời gian gần đây, đặc biệt trong lĩnh vực cảm biến Các vật liệu cảm biến pH là những vật liệu có thể thay đổi màu sắc khi thay đổi pH của môi trường đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi như băng vết thương, làm quần áo bảo hộ, màng lọc Một số thuốc nhuộm tổng hợp cũng có khả năng thay đổi từ màu này sang màu khác theo pH môi trường Tuy nhiên, các thuốc nhuộm đó có khả năng gây hại cho môi trường, người tiêu dùng và gây ra các tác dụng tiêu cực khác Do đó, việc sử dụng chất màu tự nhiên thân thiện, an toàn với con người và môi trường đang được quan tâm nghiên cứu rộng rãi [1]

Việc thay thế các thuốc nhuộm tổng hợp bằng các chất màu tự nhiên là một thách thức rất lớn vì để đảm bảo sự ổn định màu sắc của chất màu với ánh sáng, sự oxi hóa, nhiệt độ và pH là tương đối khó Trong số các chất màu tự nhiên, anthocyanin chiết xuất từ bắp cải tím vừa có tác dụng là chất màu thiên nhiên được

sử dụng khá an toàn trong thực phẩm, tạo ra nhiều màu sắc hấp dẫn cho mỗi sản phẩm, lại vừa là hợp chất có nhiều hoạt tính sinh học quý như: khả năng chống oxy hóa cao nên được sử dụng để chống lão hóa, hoặc chống oxy hóa cho các sản phẩm thực phẩm, hạn chế sự suy giảm sức đề kháng; có tác dụng làm bền thành mạch, chống viêm, hạn chế sự phát triển của các tế bào ung thư; tác dụng chống các tia phóng xạ [2-4] Những đặc tính quí báu của anthocyanin mà các chất màu hóa học, các chất màu khác hình thành trong quá trình gia công kỹ thuật không có được đã

mở ra một hướng nghiên cứu ứng dụng hợp chất màu anthocyanin lấy từ thiên nhiên vào trong đời sống hàng ngày, đặc biệt trong công nghệ chế biến thực phẩm Trong nước và trên thế giới có rất nhiều công trình nghiên cứu về việc chiết tách chất màu

anthocyanin nhờ hỗ trợ của sóng siêu âm [5-8] và ứng dụng chất màu này trong công nghệ thực phẩm như nhuộm màu thực phẩm, làm chất chị thị trong hóa học phân tích và hóa học thực phẩm, nhuộm màu cho vật liệu dệt… nhưng chưa có công trình nghiên cứu nào công bố về việc ứng dụng chất màu anthocyain chiết tách từ bắp cải tím nhuộm màu cho vật liệu nền để tạo ra một vật liệu cảm biến pH Chính

vì vậy, tác giả lựa chọn đề tài “Nghiên cứu khả năng sử dụng chất màu được chiết tách từ bắp cải tím với sự trợ giúp của sóng siêu âm cho vật liệu cảm biến pH” sẽ cung cấp thông tin đầy đủ hơn về quy trình chiết tách chất màu anthocyanin

từ bắp cải tím, quy trình nhuộm màu cho các vật liệu nền và khả năng thay đổi màu theo pH của vật liệu đã tạo ra Góp phần khai thác có hiệu quả chất màu này và đánh giá khả năng nhận biết mức độ lên men hay mức độ phân hủy của một số sản phẩm trong lĩnh vực thực phẩm để đảm bảo sức khỏe của con người

2 Mục tiêu nghiên cứu

 Nghiên cứu quá trình chiết tách, đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt độ, thời gian, dung tỉ đến hiệu suất chiết tách và hàm lượng chất màu anthocyanin từ bắp cải tím bằng dung môi etanol được axit hóa bởi axit

formic với sự trợ giúp của sóng siêu âm

 Sử dụng phần mềm Design Expert 10 (DX 10) để tối ưu hóa hiệu suất chiết

theo phương pháp bề mặt đáp ứng (Response surface methodology, RSM)

 Đánh giá khả năng chỉ thị pH thông qua sự thay đổi màu sắc của chất màu

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Bắp cải tím, màng xenlophan, màng xơ xenlulo, màng

hyđrogel PCA23-30, sữa đậu nành, sữa bò tươi

Phạm vi nghiên cứu: Quy trình chiết tách, các yếu tố ảnh hướng đến hiệu suất

chiết tách, đánh giá sự thay đổi màu sắc của chất màu trong các môi trường pH khác nhau Quy trình nhuộm màu cho các vật liệu nền, đánh giá khả năng ứng dụng vật liệu nhuộm màu để nhận biết sự phân hủy một số sản phẩm sữa

Các thí nghiệm được tiến hành tại Trung tâm thí nghiệm Vật liệu và Công nghệ Hóa dệt, Phòng thí nghiệm Vật liệu Dệt của trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

4 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết

Thu thập tài liệu, nghiên cứu lý thuyết tổng quan về hợp chất màu anthocyanin, điều kiện chiết tách, tổng quan về vật liệu nền xenlophan, màng xơ xenlulo, vật liệu hyđrogel, lý thuyết phương pháp nhuộm màu vật liệu

- Đánh giá chất lượng và định lượng chất màu anthocyanin sau chiết

- Nghiên cứu sự thay đổi màu của anthocyanin tại các điều kiện pH khác nhau

* Chiết tách trong môi trường nước (mẫu đối chứng)

- Xử lý mẫu: làm sạch, nghiền nhỏ

- Chiết tách chất màu anthocyanin trong nước

- Nghiên cứu sự đổi màu của anthocyanin tại các điều kiện pH khác nhau

 Nhuộm màu cho vật liệu nền

- Nhuộm màu cho vật liệu màng xenlophan bằng chất màu anthocyanin tại các điều kiện nhuộm khác nhau, sử dụng phương pháp nhuộm tận trích, tìm điều kiện tối ưu để nhuộm cho các vật liệu màng xơ xenlulo

và màng hyđrogel PCA23-30

- Nghiên cứu, đánh giá sự thay đổi màu của anthocyanin trên các vật liệu nhuộm màu trong các dung dịch pH khác nhau

- Ứng dụng vật liệu nhuộm màu anthocyanin để nhận biết sự phân hủy của một số sản phẩm sữa theo thời gian

- Đánh giá khả năng nhận biết sự phân hủy sữa của các vật liệu nhuộm màu anthocyanin

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Qua thực nghiệm, cung cấp thông tin khoa học về quy trình chiết tách anthocyanin từ bắp cải tím với sự hỗ trợ của sóng siêu âm, đồng thời xác định được điều kiện tối ưu trong khoảng nghiên cứu để thu được hàm lương anthocyanin cao nhất cũng như đưa ra sự ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt độ, nồng độ etanol và thời gian đến quá trình chiết tách

Làm rõ khả năng đổi màu của anthocyanin tại các điều kiện pH khác nhau Cung cấp thông tin và quy trình nhuộm màu cho vật liệu xenlophan tại các điều kiện nhuộm khác nhau và điều kiện nhuộm tối ưu trong khoảng nghiên cứu cho

các vật liêu nền khác Đánh giá khả năng ứng dụng nhận biết sự phân hủy của sữa theo thời gian bằng vật liệu nhuộm màu anthocyanin Mở ra một hướng nghiên cứu mới trong việc sử dụng chất màu tự nhiên anthocyanin để tạo vật liệu cảm biến, ứng dụng trong nhận diện sự thay đổi môi trường pH của thực phẩm

Chương 2 Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

Chương 3 Kết quả và thảo luận

Kết luận

Hướng nghiên cứu tiếp theo

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Chất màu anthocyanin

1.1.1 Sơ lược về bắp cải tím và chất màu anthocyanin trong bắp cải tím

Bắp cải tím có tên khoa học là

Brassica oleracea var captitala ruba thuộc

họ cải bắp, có nguồn gốc từ phía Tây Bắc

của Châu Âu và đã trở nên quan trọng

khắp Châu Âu vào thế kỷ 16 Từ đó nó

cũng được biết đến và trồng tại nhiều quốc

gia trên thế giới trong đó có Việt Nam

Khu vực tốt nhất cho bắp cải tím sinh

trưởng và phát triển là vùng có nhiệt độ

ban ngày dao động từ 15 - 20°C và có nhiệt độ chênh lệch giữa ngày và đêm là 5°C, nhiệt độ trên 25°C bắp cải tím vẫn có thể phát triển nhưng khả năng cuộn bắp bị hạn chế Với điều kiện như vậy ở vùng nhiệt đới và á nhiệt đới chỉ có ở những nơi có độ cao trên 800m so với mực nước biển mới thích hợp cho bắp cải tím sinh trưởng và phát triển Bởi vậy, ở Việt Nam bắp cải tím được trồng chủ yếu ở Đà Lạt Thành phần hóa học của bắp cải tím chứa khoảng 88% nước, 1,9% protein, 0,2% lipit, 9% gluzit và 4% chất xơ Ngoài ra, trong bắp cải tím còn có các vitamin nhóm B (B1, B3, B8), vitamin C, vitamin E, vitamin A và beta caroten; giàu khoáng kali rất tốt cho những người cao huyết áp… Đặc biệt, trong bắp cải tím còn chứa một lượng chất màu anthocyanin vừa tạo sắc màu tím hấp dẫn cho bắp cải tím cũng là một chất chống oxy hóa giúp bảo vệ các tế bào não, ngăn ngừa bệnh mất trí nhớ [2-4]

Bắp cải tím thuộc họ rau được công nhận là giàu nguồn chất anthocyanin với nhiều ứng dụng trong đời sống Sắc tố chính được chiết xuất từ bắp cải tím đó là cyanidin 3,5-diglucozit của hệ màu anthocyanin có các đặc tính thích hợp như: dễ hòa tan trong dung dịch nước, có màu biến thiên theo một khoảng pH rộng như

Hình 1.1 Hình ảnh cải bắp tím

0.1

trong môi trường axit nó có màu đỏ bền và khi môi trường chuyển sang bazơ màu của nó chuyển sang xanh và ổn định trong thời gian dài [1] Đây là đặc tính rất khác

so với các anthocyanin của một số nguyên liệu khác (màu thay đổi liên tục tại pH kiềm) như lá tía tô, quả dâu… Theo nghiên cứu, bắp cải tím có chứa hàm lượng chất màu anthocyanin tương đối cao, là một nguồn nguyên liệu dồi dào để thu nhận

và sử dụng chất màu tự nhiên này

1.1.2 Anthocyanin trong thiên nhiên và ứng dụng

Anthocyanin là họ màu phổ biến nhất trong các chất màu tự nhiên, chúng tập

trung trong hoa và quả, ngoài ra cũng có ở lá và rễ của các giống cây hạt kín và những loài ra hoa Trong những loại thực vật này, anthocyanin được tìm thấy chủ yếu ở các lớp tế bào nằm bên ngoài như biểu bì, trong không bào hoặc các túi gọi là anthocyanoplast Các hợp chất anthocyanin tồn tại trong hầu hết các thực vật bậc

cao, xuất hiện rộng rãi trong khoảng ít nhất 27 họ, 73 loài (Bridle và Timberlake, 1996) và trong vô số giống thực vật sử dụng làm thực phẩm như: quả nho, quả dâu,

bắp cải tím, lá tía tô, rau dền, hoa dâm bụt, đậu đen, cà tím Các loại anthocyanin phổ biến nhất là các glycozit của cyanidin, tiếp đó là các pelargonidin, peonidin và delphinidin, sau đó petunidin và maldivin Số lượng các 3 - glycozit nhiều gấp 2.5 lần các 3, 5 - glycozit Loại anthocyanin hay gặp nhất chính là cyanidin - 3 - glycozit (C3G) [9]

Độ đậm của màu sắc quả liên

quan đến hàm lượng anthocyanin trong

rau quả, quả càng đậm thì hàm lượng

anthocyanin càng cao và ngược lại

Giống và loài cây quyết định tỷ lệ các

anthocyanin có trong rau quả đó, đồng

thời anthocyanin trong mỗi loài thực vật

là một hỗn hợp chứ chúng không phải là

một chất thuần nhất [9] Hình 1.2 Các anthocyanin trong

một số nguồn thực vật [10]

Với sự đa dạng của anthocyanin kèm theo đó là các tính chất, tác dụng quý báu mà ngày nay chúng càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như mĩ phẩm, thực phẩm, y học, sản phẩm dệt… [2-4,11]

Anthocyanin là chất màu thiên nhiên được sử dụng khá phổ biến và an toàn trong thực phẩm, tạo ra nhiều màu sắc hấp dẫn cho mỗi sản phẩm như: trong công nghiệp bánh kẹo, sản xuất đồ uống nhẹ, sản xuất đồ uống có cồn, sản xuất kem Trong y học anthocyanin cũng được ứng dụng đa dạng: Các dẫn xuất của anthocyanin có thể dùng để tái tạo võng mạc và giúp tăng thị lực vào ban đêm Nhờ khả năng làm giảm tính thấm thành mạch và tế bào mà anthocyanin có thể được sử dụng trong trường hợp chảy máu hoặc nguy cơ chảy máu bên trong cơ thể; khả năng chống oxy hóa, tốt cho gan, ngăn ngừa gan nhiềm mỡ và hoại tử mô gan, chúng còn có tác dụng chống ung thư [2-4]

Ngoài ra khả năng ứng dụng để sử dụng làm chất chỉ thị thông minh, an toàn, sinh thái, thân thiện với con người và môi trường cũng rất được quan tâm hiện nay Những đặc tính quí báu của anthocyanin mà các chất màu hóa học, các chất màu khác không có được, đã mở ra một hướng nghiên cứu mới, ứng dụng hợp chất màu anthocyanin lấy từ thiên nhiên vào trong đời sống hằng ngày Điều đó hoàn toàn phù hợp với xu hướng hiện nay ở trong nước và các nước trên thế giới là nghiên cứu, khai thác và sử dụng chất màu từ thiên nhiên bởi vì chúng có tính an toàn cao cho người sử dụng

1.1.3 Cấu trúc của anthocyanin

Anthocyanin là những glucozit có gốc đường glucose, galactose kết hợp với gốc aglycon có màu (anthocyanidin) Cấu trúc cơ bản gốc aglycon của anthocyanin (hình 1.3) bao gồm một nhóm mang màu (có một vòng 6 C là A và một vòng chứa

3 C là vòng C) và một nhóm thơm thứ 2 (gồm vòng chứa 6 C ở vị trí thế thứ 2) Vị trí liên kết của glucozit vào aglycon thông thường nhất là các vị trí 3-OH, 5-OH hoặc 7-OH [12] Phân tử anthocyanin gắn đường vào vị trí 3 gọi là monoglycozit, ở

vị trí 3 và 5 gọi là diglycozit Từ hình ta thấy anthocyanin có chứa nhóm điện tích

dương tự do, nên có thể tạo thành muối trong môi trường axit và môi trường bazơ [13]

Các gốc aglycon của anthocyanin khác nhau chính là do sự khác nhau của các nhóm thế R3, R5, R6, R7, R3’, R4’, R5’ các nhóm thế này có thể là -H, -OH, -OCH3

Do đó khi thay thế các nhóm thế R3, R5, R6, R7, R3’, R4’, R5’ bằng các nhóm hiđroxyl và methoxyl thì thu được các loại anthocyanin khác nhau được trình bày ở hình 1.3 Mặc dù thực tế rằng 31 anthocyanidin monomeric khác nhau đã được xác định (bao gồm cả 3 proanthocyanidin, proanthocyanidin và sphagnorubin), nhưng 90% của anthocyanin có trong tự nhiên chỉ dựa vào sáu cấu trúc (30% trên cyanidin

2, 22% trong delphinidin 3, 18% trong pelargonidin 1 và 20% trong peonidin 4, petunidin 5 và malvidin 6) [14]

1.1.4 Các yếu tố ảnh hướng đến màu của anthocyanin

Theo nhiều nghiên cứu khảo sát tính chất màu của anthocyanin cho thấy

chúng chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như: cấu trúc, pH, ánh sáng…

Hình 1.3 Cấu trúc cơ bản của aglycon của anthocyanin [12]

1.1.4.1 Ảnh hưởng của cấu trúc

Khả năng hoạt động và độ bền màu của anthocyanin phụ thuộc vào bản chất,

vị trí liên kết của các nhóm thế (glucozit, nhóm acyl, nhóm hiđroxyl, nhóm methoxyl) vào khung aglycon Màu sắc của các anthocyanin khác nhau do số lượng nhóm hyđroxyl gắn vào phân tử của chúng đặc biệt là sự thay thế ở vòng B (hình 1.3) Khi số nhóm hyđroxyl trong vòng B tăng, bước sóng hấp thụ cực đại ở vùng thấy được dịch chuyển về phía có bước sóng dài hơn và màu thay đổi từ cam đến xanh dương Khi nhóm methoxyl thay thế nhóm hyđroxyl thì ta thu được kết quả ngược lại [15,16]

Khi mức độ hyđroxyl hóa các aglycon tăng, tính bền của các anthocyanin sẽ giảm Tuy nhiên khi tăng sự methoxyl hóa, sẽ thu được kết quả ngược lại Các anthocyanin được glycosyl hóa và acyl hóa sẽ cho dạng màu xanh Sự glycol hóa những nhóm OH tự do làm tăng tính bền của anthocyanin Vì vậy, các diglucozit bền hơn các monogluzit của cùng một anthocyanin [15]

1.4.1.2 Ảnh hưởng của pH [16-19]

Khi thay đổi giá trị pH thì màu sắc và cấu trúc của anthocyanin cũng thay đổi Như ta đã biết, trên gốc aglycon có chứa điện tích dương tự do nên các anthocyanin

có thể kết hợp với các ion H+ hoặc OH- (tùy thuộc vào môi trường) làm cho màu sắc

và cấu trúc của anthocyanin bị biến đổi Ngoài ra, số nhóm -OH trên gốc aglycon

Hình 1.4 Sự thay đổi màu sắc phụ thuộc vào cấu trúc của anthocyanin [12]

tăng cũng sẽ làm thay đổi màu sắc của anthocyanin Sự thay đổi màu sắc theo pH được biển diễn ở hình 1.5

Từ hình 1.5 ta thấy, khi pH thấp (pH = 1) thì anthocyanin có màu đỏ và khá bền Khi pH tăng lên (pH = 4-5) chuyển về dạng bazơ carbinol nên anthocyanin có dạng không màu Khi pH tăng mạnh thì các anthocyanin kém bền và có màu tím (pH = 6-7) do anthocyanin tồn tại dưới dạng quinoidal anhyđro nên có màu xanh đậm ở pH = 7-8 Anthocyanin tồn tại dướng dạng chalcon có màu vàng ở pH = 8-9

1.4.1.3 Màu sắc anthocyanin phục thuộc vào đặc tính quang phổ [20][21]

Ánh sáng nhìn thấy bao gồm các bức xạ có bước sóng từ 400-750nm Khi cho ánh sáng trắng chiếu qua lăng kính, nó sẽ bị phân tách thành một số tia màu (đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím) Mỗi tia đó ứng với một khoảng bước sóng

Anthocyanin là một hợp chất có khả năng hấp thụ các tia sáng trong vùng nhìn thấy Độ hấp thụ anthocyanin phụ thuộc vào dung môi, pH (độ hấp thụ lớn khi pH ở

Hình 1.5 Sự thay đổi màu sắc của anthocyanin theo pH [12]

vùng axit mạnh) và nồng độ (độ hấp thụ càng mạnh khi nồng độ anthocyanin càng lớn) Độ hấp thụ là yếu tố liên quan mật thiết, tỉ lệ thuận đến màu sắc của anthocyanin và chúng cũng thể hiện bản chất của mỗi loại anthoycianin

Tia hấp thụ

Màu của chất hấp thụ Bước sóng hấp thụ

cực đại ( λ max , nm) Màu

1.2 Chiết tách anthocyanin

1.2.1 Phương pháp chiết tách anthocyanin

Chiết tách là một quá trình làm sạch hoặc để tách một cấu tử riêng hoặc một loạt các cấu tử ra khỏi mẫu ban đầu.Để chiết tách các hợp chất tự nhiên từ thực vật, trước tiên phải lựa chọn dung môi thích hợp, cơ sở quá trình chọn lựa này là tính

Bảng 1.1 Màu của chất tương đương với bước sóng hấp thụ cực đại

phân cực của hợp chất chứa trong chúng và của dung môi, cụ thể như sau: Mẫu rắn hoặc lỏng được chiết bằng dung môi hữu cơ thích hợp Đối với các mẫu nước, dung môi chiết phải không tan trong nước Độ phân cực của dung môi nằm trong một khoảng rộng từ các ankan như pentan, hexan hoặc xiclohexan đến nitrobenzen, n-butanol cũng như các dung môi chứa clo (đặc biệt là dicloetan, clorofom) Sự lựa chọn dung môi chiết phụ thuộc vào tính tan của chất phân tích ở trong dung môi đó

và sự dễ dàng tách được chất rắn cần tách ra khỏi mẫu [22]

Các hợp chất hữu cơ có trong thực vật có độ phân cực khác nhau do đó nó tan trong các dung môi khác nhau Tính phân cực của mỗi chất phụ thuộc vào mạch cacbon và nhóm chức có trong hợp chất Mạch cacbon càng dài thì tính phân cực càng yếu Những hợp chất có chứa nhóm chức có hình thành liên kết hyđro thì độ phân cực càng cao, chẳng hạn:

- Các axit cacboxylic, amin, polysaccarit, muối amin, ancol, glucozit là những hợp chất phân cực nên tan được trong nước

- Hyđrocacbon, carotenoit, tecpen, sterol… là những hợp chất không phân cực nên tan được trong dầu béo và tinh dầu [22]

Như vậy, việc chiết tách hợp chất hữu cơ có trong thực vật không tuân theo một phương pháp chung nào mà tùy thuộc vào từng chất để lựa chọn dung môi thích hợp trong quá trình chiết tách

Do chất màu anthocyanin kém bền với tác động của môi trường như pH, ánh sáng, nhiệt độ, oxy, ion kim loại… nên có nhiều phương pháp được áp dụng để chiết tách hợp chất này Trong đó phương pháp chiết có sử dụng dung môi hữu cơ như axeton, clorofom và ancol được dùng phổ biến hơn [2-4,9,11,23-26] Khi chiết trong ancol, một lượng nhỏ axit khoáng hoặc axit hữu cơ được thêm vào để phá vỡ thành tế bào thực vật, nơi chứa các hợp chất anthocyanin Do tính chất kém bền của chất màu anthocyanin nên các phương pháp chiết hiện đại đều cố gắng làm giảm thời gian chiết và vẫn duy trì hiệu quả chiết xuất cao [23] Trước đây phương pháp chiết tách màu truyền thống bằng cách ngâm ướt cần thời gian dài và đòi hỏi lượng

dung môi rất lớn Ngày nay có nhiều phương pháp chiết tách hiện đại phát triển cho việc chiết tách các hoạt chất sinh học từ thực vật như chiết suất nhờ sóng siêu âm, chiết tách dung dịch lỏng siêu tới hạn, chiết tách enzym, chiết tách bằng hệ vi phân tán lỏng - lỏng [27]

So sánh với nhiều công nghệ chiết tách khác nhau như chiết tách bằng vi sóng, dung dịch lỏng siêu tới hạn thì chiết tách sử dụng hỗ trợ sóng siêu âm là ít tốn kém

và dễ dàng thực hiên hơn Hiệu quả của phương pháp này trong việc tăng hiệu suất chiết, giảm thời gian chiết và tác động xấu đến hợp chất cần trích ly đã được chứng minh bởi sóng siêu âm tạo ra dòng chất lỏng nhỏ, chứa các bọt khí siêu nhỏ, có áp suất lớn, tác động trực tiếp lên bề mặt vật liệu chiết Khi các vi bọt khí này nổ sẽ tạo

áp lực lớn, tác động vào các vị trí gần kề, làm vỡ các tế bào thực vật, tạo động lực cho các hợp chất tự nhiên dễ dàng khuyếch tán ra môi trường chiết [5-7]

Theo khảo sát, trong nước và trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu

để chiết tách chất màu anthocyanin từ bắp cải tím Tuy nhiên chưa có công trình nào công bố việc sử dụng sóng siêu âm để chiết tách chất màu này từ bắp cải tím bằng dung môi etanol được axit hóa bởi axit formic Do đó tôi thực hiên nghiên cứu này nhằm góp phần vào việc khai thác hiệu quả chất màu tự nhiên từ nguồn nguyên liệu có sẵn ở nước ta

1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết tách anthocyanin

a) Ảnh hưởng của dung tỷ

Bản chất của quá trình chiết tách là sự khuếch tán mà động lực của quá trình này là sự chênh lệch nồng độ giữa 2 pha Do đó dung tỷ là một yếu tố khá quan trọng ảnh hưởng tới hiệu suất của quá trình chiết tách chất màu anthocyanin Đối với dung tỷ lớn thì lượng chất màu chiết tách thu được nhiều hơn và quá trình bão hòa mất nhiều thời gian hơn Tương tự với cùng một lượng nguyên liệu đó, nếu dung tỷ quá thấp thì lượng chất màu thu được ít hơn và quá trình bão hòa xảy ra nhanh hơn Hiệu suất quá trình chiết tách chất màu chỉ đạt tối đa tại thời điểm bão hòa do đó khi dung tỷ vượt quá ngưỡng bão hòa, thì chất màu cũng không trích ly ra

được nữa Vì vậy, việc xác định dung tỷ để quá trình chiết tách đạt hiệu suất chiết tách tối đa là rất cần thiết

c) Ảnh hưởng của thời gian

Quá trình chiết tách cũng phụ thuộc vào thời gian chiết tách Nếu thời gian chiết tách quá ngắn không đủ để dung môi hòa tan anthocyanin; ngược lại thời gian quá dài ảnh hưởng đến độ tinh khiết của sản phẩm cần chiết tách do có thể hòa tan các chất khác có trong nguyên liệu Mặt khác, nếu kéo dài thời gian chiết tách có thể làm giảm hàm lượng anthocyanin trích được do anthocyanin bị phân hủy dưới tác dụng của các tác nhân khác

Ngoài ra, hiệu suất chiết tách tăng còn phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc giữa vật liệu và dung môi Nếu diện tích tiếp xúc càng lớn thì thời gian chiết tách chất màu càng nhanh và ngược lại thời gian chiết càng dài nếu diện tích tiếp xúc càng nhỏ

Xenlulo có khối lượng riêng khoảng 1,52 - 1,56 g/cm3, không hòa tan trong nước và các dung môi như cồn, benzen, axeton, clorofom… nhưng tan trong dung dịch amoniac đồng Xenlulo bền vững trong môi trường kiềm và bị phá hủy dưới tác dụng của axit vô cơ, làm các liên kết glucozit bị đứt

Xenlulo giảm bền khi tác dụng với các chất oxy hóa Dưới tác dụng của ánh sáng và khí quyển đặc biệt các tia tử ngoại có bước sóng ngắn, các phân tử xenlulo

bị oxy hóa bằng oxy không khí và giảm bền đi một nửa khi thời gian chiếu sáng đủ dài khoảng 900-1000 giờ [28]

Xenlulo là vật liệu dễ cháy và cháy có mùi giấy Với tác dụng của vi sinh vật, khi giữ lâu vật liệu trong điều kiện ẩm, một số vi khuẩn nấm mốc phát triển nhanh gây phá hủy cấu trúc phân tử, có thể thấy vật liệu xenlulo dễ phân hủy bởi vi sinh vật, không độc hại, thân thiện và không gây ô nhiễm môi trường

b) Vật liệu xenlophan

Xenlophan là một sản phẩm dạng màng mỏng, trong suốt, được phát triển bởi nhà hóa học người Thụy Sỹ Jacques Brandenberger vào năm 1908, sau khi phát hiện ra quá trình visco của nhà hóa học người Anh Charles Cross và Ernest Bevan vào năm 1891 Xenlophan được tạo ra bằng cách sử dụng quá trình sản xuất viscovới một số điều chỉnh nhỏ ở phần cuối của quy trình

Quy trình được thực hiện bằng cách hòa tan bột gỗ hoặc các vật liệu thực vật khác trong dung dịch kiềm, mà cacbon disunphit(CS2) được thêm vào để tạo thành

Hình 1.6 Phương trình phản ứng tạo xenlophan [30]

hỗn hợp Hỗn hợp này được cho qua khe nhỏ, dài và đi vào bể hoàn nhiệt hay bể ngưng tụ để đóng rắn và tạo thành màng mỏng Vì vậy, nó được gọi là xenlulo hoàn nguyên Sau đó, màng này được đi qua những dung dịch để tách tạp chất, lọc để trở thành màng trong suốt [29][30].

Xenlophan có nguồn gốc từ xenlulo nên nó mang nhiều tính chất của xenlulo Ngoài ra còn có nhiều tính chất đặc trưng khác như tính hút ẩm tốt, khả năng hàn nhiệt, tính dính và độ trong suốt tốt, có khả năng nhuộm màu Nếu màng được sấy khô thì nó trở nên giòn và dễ xé Với khả năng hút ẩm tốt mà xenlophan được ứng dụng bọc thực phẩm, bánh kẹo…

c) Thuốc nhuộm cho xenlulo nói chung

Xenlulo là một loại vật liệu có chứa 3 nhóm hyđroxyl (-OH) nên rất là ưa nước Mà đối với các vật liệu dệt ưa nước thì thích hợp với thuốc nhuộm hòa tan trong nước, và ngược lại, các thuốc nhuộm không tan trong nước thường được dùng

để nhuộm cho các vật liệu kị nước Xenlulo có thể được nhuộm từ các thuốc nhuộm tổng hợp như: thuốc nhuộm lưu huỳnh, thuốc nhuộm hoạt tính, thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm hoàn nguyên…

Ngoài những nhóm thuốc nhuộm tổng hợp kể trên thì hiện nay xenlulo cũng được nhuộm bằng các loại thuốc nhuộm tự nhiên thân thiện với môi trường như thuốc nhuộm màu chàm, thuốc nhuộm từ hạt lương nho, lá bàng, lá xà cừ, củ nghệ Thông qua một số công trình nghiên cứu về chất màu tự nhiên đã khẳng định rằng vải, sợi nhuộm bằng chất màu tự nhiên có mùi thơm dễ chịu, đảm bảo các chỉ tiêu sinh thái như không azo, không focmandehit, bền màu với mồ hôi, độ bền màu của sản phẩm nhuộm bằng chất màu tự nhiên khá tốt, các sản phẩm an toàn với sức khỏe người mặc, nên sẽ có giá trị sinh thái cao hơn so với sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp

1.3.2 Vật liệu hyđrogel

Hyđrogel được định nghĩa là các polyme ưa nước có cấu trúc không gian ba chiều, có khả năng trương trong nước mà không tan Trên quan điểm về tính chất

lưu biến, hyđrogel được định nghĩa là polyme khâu mạch có tính chất nhớt đàn hồi hoặc đàn hồi thuần túy Khả năng trương của hyđrogel rất lớn, chúng có thể hấp thụ

lượng nước lớn gấp hàng nghìn lần khối lượng khô của chúng [31]

a) Tính chất của hyđrogel

Hyđrogel từ vật liệu polyme có khả năng trương trong nước Khả năng trương này dưới những điều kiện sinh học khiến hyđrogel trở thành vật liệu lí tưởng sử dụng trong vận chuyển thuốc, cố định protein, peptit cũng như các hợp chất sinh học khác Do có hàm lượng nước cao nên các hyđrogel này giống tế bào sống tự nhiên hơn bất kì vật liệu sinh học tổng hợp nào khác [31] Hyđrogel có cấu trúc mạng không gian 3 chiều được khâu mạch vật lí (rối, tinh thể) hoặc hóa học (điểm nút, mối nối) Cấu trúc khâu mạch không gian cho phép cố định các tác nhân hoạt động hay các phân tử sinh học một cách hiệu quả và cho phép giải phóng chúng theo một cách riêng Do khả năng tương hợp sinh học của hyđrogel nên chúng có nhiều ứng dụng khác nhau trong y sinh

* Tính chất đàn hồi

Hyđrogel có thể thực hiện một lực đàn hồi giống như cao su là vật liệu với ứng suất gần như ngay lập tức và biến dạng là hoàn toàn thuận nghịch Hyđrogel cũng thể hiện các đặc tính tương tự trong trạng thái trương nở

* Tính chất đàn hồi nhớt

Hyđrogel không chỉ có tính đàn hồi bình thường mà còn có tính đàn hồi nhớt Đây là một thuộc tính tự nhiên của loại vật liệu vừa có tính rắn vừa có tính lỏng Lý thuyết đàn hồi nhớt xem xét mối quan hệ giữa tính đàn hồi, dòng chảy và chuyển động phân tử trong các vật liệu polyme Do kích thước phân tử lớn, mà đáp ứng đàn hồi nhớt của vật liệu polyme phụ thuộc mạnh vào bản chất chuyển động của phân tử khi chịu tác động cơ học bên ngoài Vì thế, sự phụ thuộc thời gian cũng như độ lớn của ứng suất tác động hoặc biến dạng, có ý nghĩa quan trọng trong việc tiên đoán các đáp ứng cơ học của vật liệu cho các ứng dụng cụ thể [31]

* Tính chất trương và nhả trương

Khả năng trương của một hyđrogel có thể được xác định là khoảng không gian bên trong mạng hyđrogel có sẵn để chứa nước Tuy nhiên, nền tảng cơ bản để xác định hyđrogel trương bắt đầu với các lực tương tác polyme-nước Về cơ bản, polyme càng có cấu trúc ưa nước, tương tác polyme-nước càng mạnh Hyđrogel với nhiều nhóm chức ưa nước trương lên trong nước như là một kết quả điển hình của lực tương tác polyme-nước Nếu cấu trúc hyđrogel chứa các nhóm ion, sự thẩm thấu hình thành bởi các lực kháng ion do sự khác biệt về nồng độ ion trong hyđrogel và dung dịch bên ngoài Sự khác nhau về nồng độ ion càng lớn, áp suất thẩm thấu càng cao Nguồn của các ion trong hyđrogel là sự ion hóa đồng thời của các nhóm ion gắn trên mạch chính; theo đó, nếu các chuỗi trục polyme chính mang điện tích âm hoặc điện tích dương thì các hyđrogel được gọi tương ứng là các hyđrogel anion hoặc cation Các điện tích ion trong trục polyme chính đẩy nhau khi ở trong dung dịch nước sẽ tạo ra không gian đáng kể cho sự hấp thụ nước [31]

b) Ứng dụng

Hyđrogel, đặc biệt là hyđrogel thông minh nhạy với môi trường có rất nhiều ứng dụng quan trọng trong nông nghiệp, công nghệ sinh học và y tế

* Trong nông nghiệp

Hyđrogel có thể làm giảm tỉ lệ chết và giảm công sức chăm sóc đối với thực vật do hyđrogel hấp thụ nước rất tốt, có thể dự trữ một lượng nước rất lớn trong một thời gian dài, hơn nữa việc giữ nước này còn có ý nghĩa quan trọng trong việc trồng cây ở những vùng khô hạn, vận chuyển cây đi xa, các hyđrogel siêu hấp thụ nước còn có khả năng cải tạo đất trồng Hyđrogel làm tăng quá trình lưu thông và thoát nước do nó làm gãy một phần cấu trúc của đất sét nặng khi trương Ngoài ra hyđrogel cũng có thể trương lên cực đại để nhằm mục đích giữ nước hoặc thoát nước nhanh chóng

* Trong y học

Hyđrogel cũng được ứng dụng trong nhiều phương pháp quan trọng dẫn thuốc vào cơ thể người như dẫn thuốc qua miệng, đường tiêu hóa, dẫn thuốc chữa da và qua da Fang J.Y và các đồng sự đã phát triển các hyđrogel cationic với tính chất trương và nhả thuốc nhạy pH để vận chuyển kháng sinh trong môi trường axit của

dạ dày [31] Trong khi vùng ruột kết cũng được coi là vi trí hấp thụ thuốc đối với protein và peptit được đưa qua đường miệng, chủ yếu là do hoạt tính phân giải enzim thấp hơn so với vùng ruột non Nhiều hyđrogel đang được nghiên cứu dưới dạng những hệ tiềm năng để vận chuyển thuốc hướng đích tại ruột kết

Do tính chất giữa nước và hấp thụ nước tốt mà hyđrogel cũng có thể được sử dụng để nhuộm màu bằng dung dịch chất màu anthocyanin trong nghiên cứu này, khả năng hấp thụ tốt sẽ lưu giữ tốt sẽ cho hàm lượng anthocyanin được giữa lại trên vật liệu nhiều hơn

1.4 Phương pháp nhuộm cho vật liệu nền [32]

1.4.1 Giới thiệu các phương pháp nhuộm

Quá trình nhuộm được thực hiện sao cho phân bố đều thuốc nhuộm trên mặt vật liệu, trong đó xảy ra sự khuếch tán của phân tử thuốc nhuộm vào bên trong vật liệu để tạo cho vật liệu có màu sắc mong muốn Mục tiêu của quá trình nhuộm là làm cho các phân tử chất nhuộm gắn chặt vào vật liệu Có các phương pháp đưa thuốc nhuộm vào trong hoặc lên trên bề mặt vật liệu như sau:

 Nhuộm gián đoạn (tận trích)

 Nhuộm bán liên tục

 Nhuộm liên tục

Hiện nay có rất nhiều kiểu thiết bị dùng để nhuộm vật liệu dệt như máy Jigger, Jet, Thics, Baths Quá trình nhuộm là quá trình kỹ thuật được hình thành bởi các yếu tố: vật liệu nhuộm, thuốc nhuộm, nhiệt độ nhuộm, các chất phụ trợ, áp suất, dung tỷ, thiết bị và phương pháp nhuộm Mỗi loại vật liệu sẽ sử dụng một quy trình

và các thiết bị phù hợp riêng tối ưu cho chúng Trong nghiên cứu này tôi lựa chọn phương pháp nhuộm tận trích cho các vật liệu nền trong môi trường kiềm và sử dụng máy nhuộm Baths để nhuộm vìphương pháp này đơn giản, dễ thực hiện, chất lượng quá trình nhuộm khá tốt

1.4.2 Phương pháp nhuộm tận trích

Nhuộm tận trích là phương pháp khuếch tán thuốc nhuộm đã hoà tan vào trong vật liệu Chủ yếu bằng quá trình chuyển dịch cân bằng nồng độ từ dung dịch nhuộm vào xơ, thông qua các quá trình nhiệt động học Thuốc nhuộm sẽ chuyển dịch từ nơi

có nồng độ cao tới nơi có nồng độ thấp Trong phương pháp này vật liệu nằm trong dung dịch trong suốt quá trình nhuộm, nhờ vậy mà chất màu có trong dung dịch nhuộm được đưa lên vật liệu đồng thời thực hiện các liên kết với vật liệu để gắn màu cho vật liệu

Quy trình nhuộm tận trích có thể chia thành 3 giai đoạn:

 Giai đoạn nhuộm (tận trích và hấp phụ): Giai đoạn này diễn ra sự khuếch tán của thuốc nhuộm vào trong sợi vải

 Giai đoạn cân bằng: Là giai đoạn mà khi đó nồng độ thuốc nhuộm trên sợi vải đạt đến gần hiệu suất thuốc nhuộm

 Giai đoạn gắn màu thuốc nhuộm: Khi quá trình nhuộm đã ở trạng thái cân bằng, thuốc nhuộm thường đứng yên ở vùng ngoài của sợi vải

Phương pháp này áp dụng trong cả quy mô công nghiệp và thủ công, ứng dụng cho hầu hết các loại vật liệu và các loại thuốc nhuộm do đơn giản, dễ thực hiện và yêu cầu kỹ thuật không cao Các thiết bị sử dụng trong phương pháp này như: Jigger, Beam, Baths – HHS6,

1.5 Tiểu kết phần tổng quan

Qua nội dung nghiên cứu tổng quan có thể rút ra một số kết luận như sau:

1 Trong các hợp chất tự nhiên, anthocyanin, thuộc nhóm flavonoid, có nhiều đặc tính sinh học quý như khả năng chống oxi hóa, bảo vệ tim mạch, chống viêm, hạn chế sự phát triển của các tế bào ung thư Hơn nữa, hợp chất này còn mang màu sắc đẹp (màu đỏ, tím hoặc màu xanh) nên thường được dùng làm chất tạo màu an toàn cho thực phẩm, mỹ phẩm và sản phẩm dệt Anthocyanin có trong nhiều loại thực vật với hàm lượng và thành phần khác nhau tùy thuộc vào loài, giống và môi trường sinh trưởng Bắp cải tím là một trong những nguồn chứa hàm lượng anthocyanin cao với 24 hợp chất đã được phân lập, chủ yếu là cyanidin-3,5-diglucoside, cyanidin-3-sophoroside-5-glucoside và các dạng acrylat hóa khác

2 Do chất màu anthocyanin kém bền với tác động của môi trường như pH, ánh sáng, nhiệt độ, oxy, ion kim loại nên có nhiều phương pháp được áp dụng để chiết tách hợp chất này Trong đó, phương pháp chiết có sử dụng dung môi hữu cơ như axeton, clorofom và ancol được dùng phổ biến hơn Khi chiết trong ancol, một lượng nhỏ axit khoáng hoặc axit hữu cơ được thêm vào để phá vỡ thành tế bào thực vật, nơi chứa các hợp chất anthocyanin Một phương pháp chiết hiện đại được áp dụng để chiết tách các hợp chất thiên nhiên là sử dụng sự trợ giúp của sóng siêu âm cho hiệu quả tốt, ít tốn kém và dễ dàng thực hiên

3 Các vật liệu nền được sử dụng để nhuộm màu anthocyanin trong nghiên cứu bao gồm màng xơ xenlulo, màng xenlophan, màng hyđrogel Trong đó, màng xơ xenlulo và màng xenlophan có cấu tạo từ vật liện xenlulo và màng hyđrogel có cấu tạo từ các polyme ưa nước Hyđrogel có khả năng trương nở trong nước và hấp phụ các hoạt chất sinh học, hợp chất mang màu nên được ứng dụng nhiều trong y sinh

4 Để nhuộm cho các vật liêu trên, một số phương pháp nhuộm bao gồm:

 Nhuộm gián đoạn (tận trích)

 Nhuộm bán liên tục

 Nhuộm liên tục

Trong nghiên cứu này phương pháp nhuộm tận trích được áp dụng

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Mục tiêu nghiên cứu

 Thu được chất màu chiết tách từ bắp cải tím (RC)

 Sử dụng chất màu chiết tách được làm chất chỉ thị cho vật liệu cảm biến pH

2.2 Nội dung nghiên cứu

 Đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt độ, thời gian, dung tỉ đến hiệu suất chiết tách

 Sử dụng phần mềm Design Expert 9 để tối ưu hóa hiệu suất chiết theo

phương pháp bề mặt đáp ứng (Response surface methodology, RSM)

 Đánh giá khả năng chỉ thị pH thông qua sự thay đổi màu sắc của chất màu

2.3 Đối tượng, hóa chất và thiết bị

2.3.1 Đối tượng nghiên cứu

Việt Nam

Màng xơ xenlulo

(Giấy lọc)

Macherey-Nagel GmbH & Co.KG Germany

Hyđrogel PCA 23-30 Vật liệu được tổng hợp bởi TS Nguyễn Ngọc Thắng

[33] (Xem phần phụ lục)

2.3.2 Hóa chất

Các hóa chất sử dụng trong quá trình thực nghiệm được trình bày ở bảng 2.1

2.3.3 Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm

 Máy xay Philips HR2100

 Bể rửa siêu âm: Elmasonic - S70H

 Máy đo mật độ quang phổ UV-VIS (Unico 4802 Double Beam Uv/Vis

Spectrophotometer)

 Micropipet - BIOHT, dung tích 5-50µ

 Máy sấy chân không (Vaccum oven ADP 300)

 Máy cất quay chân không - Hãng BUCHI

 Máy nhuộm BATHS HH-S6

 Một số dụng cụ khác như: ống nghiệm, giấy lọc, cuvet, cốc thủy tinh

Bảng 2.1 Hóa chất thí nghiệm

Hình 2.1 Hình ảnh đối tượng nghiên cứu và hóa chất sử dụng

Amoniac Sữa bò tươi

Các hóa chất pha dung dịch pH

Micropipet Máy sấy

Máy đo độ pH Cân khối lượng

2.4 Phương pháp nghiên cứu

2.4.1 Phương pháp chiết tách chất màu

Chất màu từ bắp cải tím được chiết tách theo hai dạng là chiết trong dung môi (dung môi etanol được axit hóa bởi axit formic) và chiết trong nước để đối chứng rằng chất màu thu được khi chiết trong dung môi không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố hóa chất, nhiệt độ

 Chiết trong nước (Antho-Aq)

Nguyên liệu bắp cải tím được làm sạch, cắt lát và nghiền nhỏ bằng máy xay Philips HR2100 Lấy một lượng khoảng 40g bắp cải tím đã nghiền, chiết lọc lấy dung dịch chất màu Bảo quản trong tủ lạnh cho quá trình nhuộm màu lên vật liệu

 Chiết trong dung môi (Antho-a)

Nguyên liệu bắp cải tím được làm sạch, cắt lát và nghiền nhỏ bằng máy xay Philips HR2100 Cân lượng xác định bắp cải tím đã nghiền (4.0 g) và tiến hành chiết tách chất màu với 20 ml dung môi etanol đã axit hóa bằng axit fomic 1%, trong bể rửa siêu âm công suất 750W (S70H Elmasonic, Đức) Điều kiện chiết bao gồm nhiệt độ, thời gian và nồng độ etanol được trình bày trong bảng 2.2 Sau khi chiết, dung dịch chất màu được phân tách qua giấy lọc Một phần dung dịch chiết được đo mật độ quang bằng thiết bị Unico 4802 Double Beam UV/Vis Spectrophotometer để xác định giá trị độ hấp thụ và tìm điều kiện tối ưu Chiết tách lượng lớn ở điều kiện tối ưu, cất ngay chân không (Buchi Rotavapor R-210) để thu được dung dịch ở dạng cô đặc sau đó trung hòa và bảo quản để sử dụng cho quá trình nhuộm màu lên các vật liệu nền Quy trình chiết tách chất màu từ bắp cải tím

vànhuộm màu cho vật liệu được trình bày trong hình 2.3