Nghiên cứu xử lý nâng cao độ bền màu của vải bông nhuộm bằng chất màu tự nhiên từ củ nghệ

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NÂNG CAO ĐỘ BỀN MÀU CỦA VẢI BÔNG NHUỘM BẰNG CHẤT MÀU TỰ NHIÊN TỪ CỦ NGHỆ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI... Ở trong nước, các vật liệu tự nhiên như củ nâu, lá chàm, cán

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NÂNG CAO ĐỘ BỀN MÀU CỦA VẢI BÔNG

NHUỘM BẰNG CHẤT MÀU TỰ NHIÊN TỪ CỦ NGHỆ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI CAM ĐOAN 3

LỜI CẢM ƠN 4

DANH SÁCH CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG 6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ VÀ ĐỒ THỊ 7

LỜI MỞ ĐẦU 8

1 Lý do chọn đề tài 8

2 Lịch sử nghiên cứu 9

3 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận văn 10

4 Phương pháp nghiên cứu 10

5 Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả 11

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 12

1.1 Giới thiệu về nghệ 12

1.1.1 Sơ lược về cây nghệ vàng 12

1.1.2 Tình hình sản xuất nghệ vàng 16

1.1.2 Thành phần, tính chất hóa học của củ nghệ 18

1.1.4 Các ứng dụng của củ nghệ 22

1.2 Phương pháp nhuộm màu bằng chất màu tự nhiên 24

1.2.1 Phương pháp nhuộm tận trích 24

1.2.2 Phương pháp nhuộm ngấm ép cuộn ủ 25

1.2.3 Phương pháp nhuộm liên tục 26

1.3 Các phương pháp cầm màu cho vải nhuộm 28

1.3.1 Xử lý cầm màu 28

1.3.2 Xử lý cầm màu bằng chất cầm màu cation 28

1.3.3 Xử lý cầm màu bằng chất cầm màu cation và muối kim loại 29

1.3.4 Xử lý bằng nhựa và các chất tạo liên kết ngang 30

1.4 Các phương pháp đánh giá độ bền màu 31

1.4.1 Phương pháp đánh giá độ bền màu với giặt 32

1.4.2 Phương pháp đánh giá độ bền màu với ánh sáng đèn xenon 35

1.4.3 Phương pháp đánh giá độ bền màu với ma sát 36

1.4.4 Phương pháp đánh giá độ bền màu với hóa chất 36

1.5 Tiểu kết tổng quan 36

CHƯƠNG II 38

ĐỐI TƯỢNG – NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38

2.1 Mục tiêu nghiên cứu: 38

2.2 Đối tượng nghiên cứu: 38

2.2.1 Củ nghệ 38

2.2.2 Vải bông 38

2.2.3 Các hóa chất sử dụng 38

2.3 Nội dung nghiên cứu: 39

2.4 Phương pháp nghiên cứu và thiết bị sử dụng: 41

2.4.1 Trang thiết bị phục vụ nghiên cứu 41

2.4.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 43

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 46

3.1 Nghiên cứu lựa chọn quy trình nhuộm 46

3.2 Nghiên cứu lựa chọn các chất cầm màu 47

3.3 Ảnh hưởng của nồng độ và nhiệt độ cầm màu tới độ bền màu của vải 50

3.4 Kết luận 51

KẾT LUẬN CHUNG 52

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

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 thầy giáo hướng dẫn nghiên cứu, do tác giả tự 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 16 tháng 10 năm 2016

Người thực hiện

Đặng Thị Đan

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tất cả các thầy cô trong Viện Dệt may – Da giầy và Thời trang cùng toàn thể thầy cô trong Bộ môn Vật liệu và Công nghệ Hóa dệt của trường đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình truyền đạt kiến thức cho em trong suốt quá trình em học tập và nghiên cứu

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Vũ Mạnh Hải, người đã luôn tạo mọi điều kiện tốt nhất để em nghiên cứu thực hiện đề tài này Thầy tận tình giúp đỡ, dìu dắt

em trong suốt quá trình thực hiện cũng như hoàn thành nghiên cứu

Tuy đã rất nỗ lực và cố gắng nhưng bài luận văn của em không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự quan tâm và góp ý của quý thầy cô và tất cả các bạn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, ngày 16 tháng 10 năm 2016 Người thực hiện

Đặng Thị Đan

DANH SÁCH CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Viện HLKHVN: Viện Hàn Lâm Khoa Học Việt Nam

KHKT : Khoa học kỹ thuật

TPCN : Thành phần công nghệ

ĐHBK : Đại Học Bách Khoa

HVCH : Học viên cao học

DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG

Bảng 1.1: Thành phần hóa học của củ nghệ 18

Bảng 1.2: Giới hạn kim loại nặng cho vải tiếp xúc với da( mg/kg) 30

Giới hạn kim loại nặng cho vải tiếp xúc với da( mg/kg) 30

Bảng 1.3: Mối liên quan giữa đánh giá theo thang thước xám và giá trị Delta E 31

Bảng 1.4: Quy định về vải thử kèm 33

Bảng 1.5: Các cặp vải thử kèm 34

Bảng 3.1: Các phương án nhuộm cho vải bông 46

Bảng 3.2: Kết quả nhuộm dưới các phương án khác nhau 47

Bảng 3.3: Các phương án khảo sát khả năng cầm màu của một số ion kim loại và chất tạo màng 48

Bảng 3.4: Kết quả đánh giá sau khi xử lý bằng một số tác nhân cầm màu 49

Bảng 3.5: Bố trí thực nghiệm các phương án cầm màu bằng ion Fe2+ và Optifix 50

Bảng 3.6: Kết quả đánh giá các phương án công nghệ cầm màu bằng ion Fe2+ và Optifix 50

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Cây nghệ 12

Hình 1.2: Hoa nghệ 13

Hình 1.3: Củ nghệ 13

Hình 1.4: Bột nghệ 14

Hình 1.5: Cụm hoa Nghệ khô hạn Curcuma arida Škorničk 15

Hình 1.6: Nghệ Curcuma pambrosima Škorničk Nghệ Curcuma vitellina Škorničk 15

Hình 1.7: Nghệ sa huỳnh Curcuma sahuynhensis Škorničk Nghệ C xanthella Škorničk 15

Hình 1.8: Cấu trúc hóa học của curcuminoid 20

Hình 1.9: Các hợp chất curcuminoid 20

Hình 1.10: Đồng phân hình học dạng cis-trans của curcumin 21

Hình 1.11: Dạng keto và enol của curcumin 21

Hình 1.12: Ứng dụng curcumin trong lĩnh vực làm đẹp 24

Hình 2.1: Sơ đồ nội dung nghiên cứu 40

Hình 2.2: Cân điện tử 41

Hình 2.3: Máy nhuộm Ti – Color I 42

Hình 2.4: Buồng ánh sáng chuẩn Gretag Macbeth The Jugde II 42

Hình 2.5: Chất cầm màu, thang thước xám, củ nghệ 43

Hình 3.1 Đồ thị độ phản xạ R của các mẫu nhuộm và cầm màu 48

LỜI MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Khi xã hội phát triển thì nhu cầu và mong muốn của con người ngày càng tăng lên Màu sắc không chỉ dừng lại ở sự đa dạng và phong phú mà còn đòi hỏi sự đảm bảo an toàn cho người sử dụng Hiện nay, các chất màu tổng hợp được sử dụng rộng rãi và phổ biến với đặc tính màu sắc đa dạng, độ bền màu cao, rẻ, tiện lợi nhưng giá trị sinh thái còn hạn chế Các chất màu tự nhiên dùng để nhuộm vải được công nhận là

an toàn vì hầu hết trong số đó không dị ứng, có khả năng phân hủy sinh học, không độc hại và không gây ung thư Do đó, việc ứng dụng chất màu tự nhiên để tạo màu cho các sản phẩm trong các lĩnh vực dược phẩm, mỹ phẩm, thực phẩm, may mặc đang là

xu hướng được ưa chuộng

Việc sử dụng chất màu tự nhiên để nhuộm màu cho vải là nghề truyền thống đã

có từ lâu đời trên thế giới Ở trong nước, các vật liệu tự nhiên như củ nâu, lá chàm, cánh kiến đã được dân gian sử dụng để nhuộm màu cho vải sử dụng hàng ngày, hình thành các loại vải như diềm bâu, lãnh, các mặt hàng thổ cẩm Trong quá trình nhuộm màu, người ta thấy rằng vải được nhuộm bằng chất màu tự nhiên thường có độ bền màu với giặt, với ánh sáng kém Chính vì vậy trong dân gian đã sử dụng kinh nghiệm của mình để cầm màu cho vải, giúp cho vải nhuộm màu tự nhiên có độ bền màu tốt hơn Đối với vải nhuộm bằng củ nâu, người ta đã biết ngâm xuống bùn để lợi dụng ion sắt có sẵn trong bùn cầm màu cho vải Một số loại lá có tanin cao cũng đã được sử dụng để cầm màu cho sản phẩm nhuộm từ lá chàm, ví dụ như lá trầu không

Trên thế giới, người ta cũng đã sử dụng chất màu tự nhiên để nhuộm màu cho vải và cầm màu để tăng độ bền Nghiên cứu cho thấy rằng khi nhuộm màu bằng rễ cây Thiên thảo (Madder) để tạo màu đỏ, người ta cũng đã sử dụng ion sắt để cầm màu, giúp cho độ bền màu của vải tăng từ 1 đến 2 cấp bền màu [1]

Củ nghệ (Turmeric) từ lâu đã được sử dụng làm phẩm màu trong lĩnh vực thực phẩm Thành phần chính của củ nghệ là Curcumin, một chất cho màu vàng kim Đây

là màu khá hiếm trong tự nhiên vì đa phần màu sắc tự nhiên có gam màu trầm Curcumin cũng được biết đến như một chất có dược tính cao, giúp tăng cường khả

năng kháng sinh, được dùng như một thực phẩm chức năng để hỗ trợ chữa bệnh Gần đây một số nghiên cứu đã đề cập đến khả năng nhuộm màu cho vải của chất màu chiết xuất từ củ nghệ [3] Tuy nhiên qua nghiên cứu sơ bộ cho thấy, độ bền màu của vải nhuộm bằng củ nghệ rất kém.Từ đó thấy rằng việc nghiên cứu khả năng cầm màu cho vải sau khi nhuộm màu bằng chất màu tự nhiên tách chiết từ củ nghệ là cần thiết Trong các nghiên cứu về cầm màu cho vải, phương pháp sử dụng ion kim loại thường được ứng dụng Các ion kim loại được sử dụng là những ion có độ âm điện lớn, có khả năng tạo phức với các hợp chất hữu cơ Sau khi tạo phức, các hợp chất hữu

cơ mang màu sẽ hình thành mạng liên kết không gian trên vật liệu, tăng cường khả năng liên kết với vật liệu giúp cho độ bền màu tốt hơn Rào cản lớn nhất hiện nay chính là việc một số ion kim loại đã bị khống chế hàm lượng trên vải, hoặc bị cấm theo tiêu chuẩn Oekotex [4] Chính vì vậy việc lựa chọn phương pháp cầm màu phù hợp cũng là một nghiên cứu cần quan tâm

Với những lý do trên, tác giả lựa chọn đề tài “Nghiên cứu xử lý nâng cao độ bền màu của vải bông nhuộm bằng chất màu tự nhiên từ củ nghệ’’ nhằm đóng góp

một giải pháp góp phần nâng cao độ bền màu cho vải bông, làm phong phú và đa dạng hơn nữa màu sắc nhuộm từ chất màu tự nhiên

Đối tượng tác giả hướng đến nghiên cứu là củ nghệ mua ngoài thị trường với thời gian khác nhau, vải dùng để nhuộm có thành phần 100% vải bông, được sản xuất tại công ty dệt 8/3

Khi chọn đề tài này tác giả cũng đã hướng theo hai mục tiêu lớn:

-Khả năng xử lý nâng cao độ bền màu của vải bông khi nhuộm bằng chất màu

tự nhiên từ củ nghệ vàng tại Việt Nam

-Xác định chất cầm màu để nâng cao độ bền màu cho vải bông nhuộm từ chất màu từ củ nghệ

2 Lịch sử nghiên cứu

Nghiên cứu này là sự tiếp tục phát triển các nghiên cứu về chất màu tự nhiên từ các đề tài nghiên cứu của PGS Hoàng Thị Lĩnh và nghiên cứu của HVCH khóa 2013B Nguyễn Thị Mai

3 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận văn

 Mục đích nghiên cứu

Mục đích của đề tài là khảo sát, xác định được hóa chất, công nghệ cầm màu cho vải bông nhuộm bằng chất màu tách chiết từ củ nghệ Nhằm nâng cao độ bền màu với giặt

 Đối tượng nghiên cứu

+ Củ nghệ dạng thương phẩm, được mua trên thị trường

+Vải bông 100% sản xuất tại công ty Dệt 8/3 đã qua nấu, tẩy trắng

- CuSO4 (CuSO4.5H2O), % ≥ 99.0

- ZnSO4( ZnSO4.7H2O), % ≥ 99.5

- FeSO4 (FeSO4.7H2O), % 99.0 ~ 100.0

-Al2 (SO4)3

- Chất cầm màu Optifix RSL của hãng Clariant

 Phạm vi nghiên cứu

+ Khảo sát lựa chọn nhiệt độ, thời gian nhuộm

- Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ chất cầm màu, thời gian, nhiệt độ đến khả năng cầm màu của vải bông

+ Khảo sát nhiệt độ và thời gian cầm màu

+ Khảo sát nồng độ chất cầm màu

- Đánh giá khả năng cầm màu thông qua độ bền giặt

4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết

- Nghiên cứu thực nghiệm

+ Nghiên cứu khả năng cầm màu bằng các ion kim loại

+ Nghiên cứu khả năng cầm màu bằng màng cao phân tử

+ Đánh giá khả năng cầm màu bằng nhóm tiêu chuẩn ISO – 105 – C về độ bền giặt

5 Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả

Chất màu tự nhiên đƣợc tách chiết từ củ nghệ có thể đƣợc sử dụng để nhuộm cho vải bông Chất màu cho màu vàng ánh kim, là màu tự nhiên khá hiếm Đề tài đã tiến hành khảo sát và lựa chọn nhiệt độ nhuộm là 60 oC, thời gian nhuộm 45 phút, dung tỷ nhuộm 1:30

Độ bền màu với giặt của vải bông đƣợc nhuộm bằng nghệ khá thấp, chỉ đạt cấp

2 hoặc cấp 2-3 Chính vì vậy việc nghiên cứu để cầm màu cho vải nhuộm là cần thiết Trong khuôn khổ nghiên cứu của mình, đề tài đã lựa chọn và sử dụng Ion sắt (FeSO4) là tác nhân cầm màu Kết quả nghiên cứu cho thấy sau khi cầm màu cho vải bông, độ bền màu của vải có thể đạt cấp 4 Nghiên cứu cũng cho thấy cầm màu ở nhiệt

độ 95o C, nồng độ 2 g/l, dung tỷ 1:30 là thích hợp

Bên cạnh Ion sắt, lựa chọn hóa chất cầm màu Optifix RSL của hãng Clariant cũng có thể đảm bảo độ bền màu với giặt đạt cấp 3-4 Công nghệ cầm màu phù hợp với chất này là nồng độ 2 g/l, nhiệt độ 95o C với dung tỷ 1:30

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về nghệ [8]

1.1.1 Sơ lược về cây nghệ vàng

 Nguồn gốc, phân bố

Nghệ vàng là cây thân thảo lâu năm thuộc họ Gừng (Zingiberaceae) có tên khoa

học là Curcuma Longa được đặt tên vào năm 1753, có củ (thân rễ) dưới mặt đất Ngày

nay nghệ được trồng ở Ấn Độ, Pakitan, Malaysia, Myanmar, Việt nam, Thái Lan, Philippines, Nhật, Trung quốc, Hàn Quốc, Sri lanka, Nepal, những hòn đảo ở Nam Thái Bình Dương, Đông và Tây Phi, các đảo ở biển Caribean, Châu mỹ, nhưng Ấn Độ vẫn là nơi sản xuất và xuất khẩu nghệ vàng chủ yếu hiện nay

Hình 1.1: Cây nghệ

Hình 1.2: Hoa nghệ

Hình 1.3: Củ nghệ

Hình 1.4: Bột nghệ

Nghệ mọc hoang dại và phân bổ khắp những vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, thích nghi ở nhiệt độ 20º C - 30º C Đây là loại cây thu hoạch theo năm, rễ và củ của chúng có thể tái sinh chồi mới trong nhiều năm Ở Việt Nam nhiều loại nghệ như

Curcuma aeruginosa (nghệ xanh) đã được trồng ở miền Bắc, Curcuma angustifolia (nghệ lá hẹp) có ở Đắc Lắc, Curcuma longa Linn hay C.domestica Valeton: Nghệ vàng, uất kim, khương hoàng Một số tài liệu cho đây

là hai loài nghệ khác nhau có nhiều ở Quảng Bình, Quảng Nam, Đắc Nông

Ở Ấn Độ, nghệ vàng được sử dụng từ lâu đời: dùng làm gia vị, dung trong các phương thuốc truyền thống của người Ấn Độ Ngày nay nó còn được dùng trong công nghiệp thực phẩm (chủ yếu là chất màu), công nghiệp dược phẩm (chống oxy hóa, chữa bệnh, kháng khuẩn, chống viêm, làm đẹp )

Hình 1.5: Cụm hoa Nghệ khô hạn Curcuma arida Škorničk

Hình 1.6: Nghệ Curcuma pambrosima Škorničk Nghệ Curcuma vitellina Škorničk

Hình 1.7: Nghệ sa huỳnh Curcuma sahuynhensis Škorničk Nghệ C xanthella Škorničk

 Đặc điểm

Cây nghệ thuộc loại cây thân thảo, tán lá cao khoảng 70 -100 cm Củ nghệ có

hình trụ hay hình bầu dục, phân nhánh có đường kính 1,5 - 2 cm, có màu vàng tươi, có nhiều đốt, tại các đốt có những vảy khô do lá biến đổi thành

Lá có hình dài, trái xoan, có kích thước dài 45 cm rộng 18 cm , hai mặt nhẵn, màu xanh lục đậm ở mặt trên, nhạt ở mặt dưới Bẹ lá hình lòng máng, dài 18 - 28 cm,

ôm sát vào nhau tạo thành một thân cây có màu xanh, trên bẹ lá có các đường gân dọc song song Lưỡi nhỏ là một màng mỏng màu trắng, cao 2-3 mm

Hoa mọc từ giữa các lá lên thành hình nón thưa, cánh hoa ngoài màu xanh lục vàng nhạt, chia thành ba thùy Thùy trên to hơn, phiến cánh hoa trong cũng chia thành

ba thùy, hai thùy hai bên đứng và phẳng, thùy dưới hõm thành máng sâu Quả nang

mở ba ngăn, mở bằng ba van Hạt có áo hạt

 Trồng trọt: Đất phải được cày xới 6 – 8 lần cho đất được tơi xốp Sau đó đất

được đánh luống để thuận tiện cho việc chăm bón, tưới tiêu và thoát nước tốt Thời gian trồng trọt là từ giữa tháng 6 đến giữa tháng 7 Giống là những củ to, chắc, chiếm khoảng từ 15 – 20% lượng thu hoạch của mùa vụ trước Trong thời gian trồng, cần làm cỏ và bón phân đầy đủ Đồng thời, phải có các biện pháp phòng và trống các bệnh thường gặp như bệnh vết lá, đốm lá và bệnh cuốn lá do sâu bệnh gây ra

 Thu hoạch: Nghệ ra bông vào khoảng tháng 8 và được thu hoạch vào mùa thu

Khi thu hoạch, rễ để riêng, thân để riêng Để thuận tiện cho việc thu hoạch, người dân thường cắt bỏ phần trên của cây nghệ bao gồm phần thân, lá và hoa Sau đó người dân cày hay cuốc cho đất vỡ ra và từng cụm nghệ được kéo lên một cách cẩn thận Nghệ sau khi thu hoạch được rửa qua nước để làm sạch đất,

rễ và vảy sau đó được cất vào kho Muốn để nghệ được lâu người ta phải đồ hoặc hấp từ 6 – 12h, sau đó để ráo nước rồi đem phơi nắng hay sấy khô

1.1.2 Tình hình sản xuất nghệ vàng

Trong những năm qua, ở Việt nam và nhiều nước châu Á đã tăng cường tìm kiếm công nghệ mới để sản xuất Curumin cũng như các sản phẩm từ củ nghệ Với sản

lượng cao nhằm sử dụng vào mục đích chữa bệnh và làm chất màu tự nhiên có độ an toàn vệ sinh thực phẩm cao nhất Để cung ứng nguyên liệu nghệ vàng cho các cơ sở chế biến trong nước cũng như xuất khẩu Một số địa phương thuộc các tỉnh Thanh Hóa, hòa Bình, Hưng Yên, Bắc Ninh, Quảng Ninh… đã trồng thử nghiệm và phát triển cây nghệ trên quy mô hàng trăm ha taị mỗi địa phương trong những năm gần đây Tuy nhiên, do việc áp dụng giống địa phương và kỹ thuật canh tác truyền thống nên đã làm hạn chế đáng kể đến năng suất và hiệu quả kinh tế Chưa tương xứng với tiềm năng và điều kiện tự nhiên, khí hậu của vùng Các kết quả điều tra về hiệu quả cach tác nghệ đã cho thấy năng suất nghệ trong điều kiện sản xuất đại trà biến động từ 10 – 15 tấn/ha/năm, trong khi một số giống nghệ triển vọng do trung tâm tài nguyên thực vật nghiên cứu có tiềm năng 25 – 40 tấn/ha Trong đó nghệ (N8) là một giống điển hình với năng suất > 30 tấn/ha, hàm lượng Curumin > 6 %, rất thích hợp cho việc mở rộng sản xuất và nâng cao hiệu quả kinh tế trong sản xuất nghệ ở một số địa phương

Hiện nay, nhiều sản phẩm thuốc được chiết xuất từ cây nghệ có chất lượng, có tác dụng kháng khuẩn, chống viêm, chữa dạ dày….được nhiều người tin dùng Tuy nhiên, để phát triển các sản phẩm từ cây nghệ và tiến tới xuất khẩu thì vẫn còn nhiều khó khăn, vướng mắc

Các tổ chức nghiên cứu của Vương quốc Anh đã mang đến kinh nghiệm cũng như sự hỗ trợ về công nghệ sinh học phân tử, công nghệ gien, công nghệ tinh chế, công nghệ bào chế, công nghệ bào chế và phát triển dạng sản phẩm ưu việt từ curcumin, đảm bảo chất lượng và phát triển nông nghiệp bền vững Dự án này được các nhà khoa học hai bên lựa chọ dựa trên cơ sở ngững thành công ban đầu mà các nhà khoa học thuộc Viện hóa học phối hợp Liên hiệp Khoa học Công nghệ hóa học và môi trường (Hội hóa học Việt nam) đã đạt được trong việc chiết xuất tinh nghệ từ củ nghệ vàng và hoạt chất enzyme Bromelain từ cây dứa để sản xuất thành công thực phẩm chức năng tinh nghệ và dứa Sản phẩm Brocurma C-B xuất phát từ nguồn gốc thiên nhiên như nghệ và dứa, được sử dụng như thực phẩm chức năng an toàn nhằm tăng cường miễn dịch và khả năng đề kháng của cơ thể, tăng khả năng phòng một số bệnh, đồng thời hỗ trợ trong điều trị các bệnh nan y, hiểm nghèo nhờ hoạt tính sinh học cộng hưởng của nghệ và dứa

Hiện nay có một số đơn vị nghiên cứu, doanh nghiệp đã chiết xuất curcumin từ cây nghệ Tuy nhiên để nghiên cứu tổng thể toàn diện về cây nghệ, phát triển cây nghệ thành cây trồng công nghiệp để sản xuất thuốc, thực phẩm chức năng thì là một nghiên cứu cấp thiết và cần được quan tâm Khí hậu và đất đồi núi ở Việt nam rất thuận lợi cho việc trồng nghệ ở quy mô lớn, trong khi phần lớn bà con nông dân hiện nay vẫn trồng cây nghệ một cách tự phát Vì vậy, một phần mục tiêu của Dự án phát triển toàn diện cây nghệ ở Việt Nam là tận dụng quỹ đất chưa được khai thác ở miền núi, tạo công ăn việc làm cho nông dân địa phương

Bên cạnh đó, các phòng thí nghiệm thuộc dự án liên kết Việt - Anh đã đánh giá tiềm năng của cây nghệ để có thể tạo ra một loạt các sản phẩm có giá trị cao tại Việt Nam, có khả năng ứng dụng thực tiễn trong công nghệ thực phẩm, bảo vệ sức khỏe hay bảo vệ thực vật Hiện nay, ngoài việc sản xuất ra sản phẩm tinh bột nghệ là chính, các nhà khoa học cũng đang tiến hành nghiên cứu để tận dụng các phế phẩm để sản xuất ra các sản phẩm khác Thí dụ bã nghệ có thể sử dụng làm phân bón, tinh dầu có khả năng xua đuổi muỗi, côn trùng, thuốc bảo vệ thực vật dành cho hoa quả

1.1.2 Thành phần, tính chất hóa học của củ nghệ [3]

 Thành phần hóa học

Thành phần trong củ nghệ vàng gồm có: chất màu curcưmin (curcuminoids), tinh dầu nghệ dễ bay hơi, chất xơ, chất khoáng, protein, chất béo, lượng ẩm, và carbohydrate

Bảng 1.1: Thành phần hóa học của củ nghệ Thành phần của củ nghệ vàng Turmeric Curcumin (Curcuminoids) 2 - 8 %

Tinh dâu (Volatile essential oil) 3 - 7 %

Chât khoáng (Mineral matter) 3 - 7 %

Theo Ishita Chattopadhyay (2004), trong tinh dầu (5.8%) thu được bằng chưng cất lôi cuốn hơi nước của củ nghệ gồm có a-phellandren (1%), sabinene (0.6%), cineol (1%), bomeol (0.5%), zingiberene (25%) và sesquiterpines (53%)

 Giới thiệu về curcumin

Curcumin là các hợp chất có tác dụng tạo nên màu vàng cho củ nghệ Cùng với tinh dầu, các hợp chất curcumin tạo nên vị cay và mùi hăng đặc trưng cho củ nghệ Ngoài ra curcumin còn bảo vệ nghệ chống lại sự xâm nhập của nấm và vi sinh vật Curcumin là thành phần quan trọng nhất và linh động nhất trong củ nghệ Nó có hoạt tính sinh học quan trọng như hoạt tính kháng viêm; chống oxy hóa, dị ứng; liền vết thương; chống co thắt; kháng khuẩn, nấm và khối u

Ở Mỹ, curcumin được dùng như một chất tạo màu trong pho mát, mustard, ngũ cốc, hoa quả dầm, bột khoai tây, trong súp, kem và cả yogurts

 Cấu trúc hóa học của curcumin

Năm 1815, cấu trúc của curcumin (C21H2006) lần đầu tiên được miêu tả bởi Volger

và Pelletier Và năm 1913, cấu trúc hóa học của curcumin được Lampe xác định qua một loạt các phản ứng:

• Khi đun curcumin với kiềm tạo thành vanilic acid và ferulic acid

• Curcumin nóng chảy vớii kiềm cho protocatechuic acid ((OH)2C6H3COOH)

• Oxy hóa bằng permanganat tạo thành vanilin

• Tác dụng với hydroxylamin tạo dẫn xuất isoxozol

• Hydro hóa dẫn xuất diacetyl của curcumin cho hỗn hợp dẫn xuất hexahydro và tetrahydro

Từ những phản ứng trên, cấu trúc của curcumin được xác định là diferuloymethan

 Cấu trúc hóa học của các hợp chất curcumin trong nghệ

Curcưmin là các hợp chất của phenol có trong củ nghệ Curcumin gồm chủ yếu là

ba hợp chất tạo màu cơ bản cho củ nghệ, tồn tại trong củ nghệ với những tỉ lệ khác nhau và đều là những dẫn xuất dicinnamoylmethane:

1) 1,7-Bis-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-hepta-1,6-diene-3,5-dione

= diferuloylmethane = curcumin

(CTHH: C21H2o06: C.A.S number: 458-37-7, M = 368)

1 (4Hydroxyphenyl)7(4hydroxy3 methoxyphenyl)hepta1,6diene3,5 dione

3) Bisdemethoxycurcumin: R1 = R2 = H

Hình 1.9: Các hợp chất curcuminoid

Trong ba hợp chất trên, curcumin thường chiếm tỉ lệ chủ yếu, sau đó là demeứioxycurcumin, và bisdemethoxycurcumin thường ít linh động hơn

Bên cạnh ba thành phần chủ yếu, người ta cũng tách ra được ba thành phần phụ được cho là các đồng phân hình học của ba hợp chất trên Một trong ba thành phần phụ này được cho là đồng phân hình học dạng cis-trans của curcumin dựa trên phổ uv của nó (curcumin có cấu hình trans-trans) Đồng phân này có điểm nóng chảy thấp hơn

và ít ổn định hơn trong dung dịch cũng như trong ánh sáng so với curcumin

Hình 1.10: Đồng phân hình học dạng cis-trans của curcumin

Hình 1.11: Dạng keto và enol của curcumin

1.1.4 Các ứng dụng của củ nghệ [5] [6] [14] [15]

 Ứng dụng trong y học:

Trong y học cổ truyền, nghệ vàng (Curcuma longa) được sử dụng như một vị thuốc với rất nhiều công dụng như liền vết thương, mờ sẹo, chữa đau dạ dày, giải độc gan, co hồi tử cung sau sinh…

Hoạt chất đem lại tác dụng của nghệ vàng là Curcumin, chỉ chiếm khoảng 0, 3% Nhiều nghiên cứu trên thực nghiệm đã xác minh Curcumin có nhiều hoạt tính sinh học quý như: Chống viêm, chống oxy hóa, kháng khuẩn, chống ung biếu, bảo vệ gan, bảo

vệ thận, ức chế tắc mạch, phòng nhồi máu cơ tim, chống thấp khớp Đặc biệt nhiều nghiên cứu đã chứng minh Curcumin có tác dụng tiêu diệt tế bào ung bướu mạnh do

ức chế cả ba giai đoạn hình thành, phát triển và di căn ung bướu Đồng thời Curcumin

có khả năng dung nạp tốt, an toàn ngay cả khi dùng với liều cao và kéo dài

Tuy nhiên, Curcumin không tan trong nước, hấp thụ kém, đồng thời lại bị chuyển hóa nhanh do vậy khả năng sử dụng trong thực tế của Curcumin chỉ đạt 2 – 3% Theo tính toán của các nhà khoa học, để đạt hiệu quả hỗ chợ điều trị bệnh phải dùng dung từ

4 – 12g curcumin/ngày tương đương 1 – 4kg nghệ tươi Đây là liều rất cao, bệnh nhân khó tuân thủ trong thời gian dài Do vậy hạn chế khả năng sử dụng tinh nghệ và tinh chất Curcumin trong thực tiễn hỗ trợ điều trị bệnh

Curcumin được bào chế bằng công nghệ Nano giúp tăng độ tan, cải thiện độ hấp thu, ổn định đồng bộ trong máu, tăng hiệu quả hỗ trợ điều trị bệnh đồng thời có thể gắn các yếu tố ảnh hưởng, mục đích để tăng tác dụng diệt tế bào ung biếu của Curcumin

Các dược chất không tan trong nước gặp phải rào cản là không hấp thụ được vào máu, các tá dược trợ tan lại có nhược điểm là rất độc, khó sử dụng trong dược phẩm Curcumin có độ an toàn cao, nhiều tác dụng nhưng có nhược điểm là không tan trong nước, chỉ có 2% được hấp thu vào máu Viện HLKHVN đã nghiên cứu chế tạo được hạt Mixen Polyme có kích thước Nano tan trong nước theo „mô hình virus‟ với kích thước siêu nhỏ 30 – 100nm, cấu trúc với hai phần vỏ chứa nước, nhân kỵ nước Hạt mixen trở thành chất mang, đóng gói Curcumin đi qua hang rào miễn dịch, xâm nhập vào mạch máu

Vậy viện HLKHVN đã chế tạo thành công Nano Curcumin với kích thước 30 –

100 nm với Khả năng sử dụng cao hơn nhiều so với Curcumin thường và sản xuất được nguyên liệu với quy mô pilot đủ cho một công ty cung ứng sản phẩm ra thị trường với tên thương mại TPCN Cumargold đạt tiêu chuẩn chất lượng tương đương chế phẩm Nano Curcumin của Mỹ, cao hơn chế phẩm của Ấn Độ, Trung quốc, Đài Loan…

Bước đầu các nhà khoa học đã nghiên cứu so sánh dược động học của Nano Curcumin và Curcumin cho thấy nồng độ cực đại trong máu Cmax của Nano Curumin cao hơn từ 50 – 70 lần so với giá trị Cmax của các mẫu Curcumin

Kết quả cho thấy Nano Curcumin tan trong nước, có khả năng xâm nhập tốt, đạt nồng độ cao tại các tế bào và khối tế bào ung bướu, trong khi Curcumin không tan và không có khả năng xâm nhập vào khối tế bào ung bướu, đồng thời Nano Curcumin có khả năng tiêu diệt tế bào ung thư vú, ung bướu phổi, ung bướu đại trực tràng ngay ở nồng độ rất thấp, còn Curcumin phải ở nồng độ gấp hàng chục lần mới có tác dụng Như vậy có thể đánh giá Nano Curcumin ưu việt hơn hẳn Curcumin cả về độ tan, độ xâm nhập và khả năng tiêu diệt tế bào ung bướu đáp ứng một phần nhu cầu phòng và chữa bệnh của nhân dân

 Ứng dụng trong làm đẹp

 Làm đẹp da

Nghệ còn giúp chống lão hóa da, ngăn ngừa sự hình thành các nếp nhăn, vết nám, làm cho da mịn màng, tươi trẻ Nghệ còn hỗ trợ chống viêm, do ức chế các chất trung gian gây viêm như cyclooxygenaza (COX – 2), lipooxy – genaza (LOX)… Hỗ trợ chống xơ vữa động mạch do cholesterl và tăng độ bền mao mạch ngoại vi

Hình 1.12: Ứng dụng curcumin trong lĩnh vực làm đẹp

Nghệ làm giảm mụn trứng cá: Nghệ chứa tinh chất kháng khuẩn và khử trùng giúp làm giảm mụn trứng cá Nghệ cũng giúp kiểm soát sự tiết dàu trên da rất tốt cho những người có làn da quá nhờn và làm mờ dần các vết sẹo mụn trứng cá theo thời gian Để tự trị liệu bạn có thể trộn một ít bột nghệ với bột gỗ đàn hương và một lượng nhỏ nước cốt chanh Thoa mặt nạ và đợi cho mặt nạ khô, sau đó rửa lại bằng nước lạnh Nghệ làm da sáng lên và rạng rỡ Đó chính là lý do những cô dâu mới ở vùng Nam Á thường sử dụng nghệ trước ngày cưới của mình để trở nên xinh đẹp và lộng lẫy

1.2 Phương pháp nhuộm màu bằng chất màu tự nhiên [10]

1.2.1 Phương pháp nhuộm tận trích

 Định nghĩa

Nhuộm tận trích là quá trình công nghệ đưa thuốc nhuộm vào sâu trong lõi xơ sợi bằng phương pháp 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

 Nhuộm tận trích là phương pháp nhuộm mà vật liệu được ngâm trong dung dịch suốt quá trình nhuộm Nhờ vậy, chất màu có trong dung dịch nhuộm được đưa lên vật liệu đồng thời thực hiện các liên kết với vật liệu đề gắn màu cho vật liệu

Quá trình nhuộm tận trích thực hiện trong các điều kiện mô đun nhuộm, nhiệt

độ, thời gian khác nhau được nêu cụ thể ở chương 2

Tốn kém thời gian, năng lượng, nước, phát sinh lượng nước thải lớn

Tốn kém trong quá trình xử lý nước thải

Năng suất thấp do mất thời gian đưa thuốc nhuộm vào xơ, sợi theo nguyên lý tự nhiên

 Phạm vi ứng dụng

Sử dụng quá trình nhuộm cho tất cả các loại vật liệu và tất cả các loại thuốc nhuộm Áp dụng được cho cả quy mô công nghiệp và quy mô thủ công

 Thiết bị sử dụng

- Các loại máy nhuộm xơ, sợi

- Các loại máy nhuộm vải dạng dây vải

- Một số thiết bị nhuộm ở dạng mở khổ Jigger, Bean

1.2.2 Phương pháp nhuộm ngấm ép cuộn ủ

 Định nghĩa

Phương pháp nhuộm bán liên tục gọi là phương pháp ngấm ép cuộn ủ, là quá trình đưa thuốc nhuộm vào sâu lõi xơ, sợi bằng các lực cơ học Sau đó thuốc nhuộm liên kết với vật liệu ở nhiệt độ xác định thông qua quá trỉnh ủ trong một thời gian dài Nhuộm ngấm ép là phương pháp vải được chạy qua một máng có chứa dung dịch nhuộm, sau đó được cho chạy qua cặp trục ép để điều chỉnh lượng dung dịch nhuộm

trên vải trong quá trình thực hiện công đoạn gắn màu Sau khi ngấm ép vải được gắn màu bằng cách hong gió, ủ ẩm hoặc chưng hấp gia nhiệt Quá trình nhuộm ngấm ép thực hiện trong các điều kiện mức ép, nồng độ dung dịch thuốc nhuộm, thời gian, nhiệt

độ khác nhau

 Quá trình công nghệ

Sử dụng trục ép để ép thuốc nhuộm và chất trợ vào sâu trong lõi xơ, sợi

Vật liệu được ngấm dung dịch thuốc nhuộm, được ủ trong nhiệt độ phòng hay nhiệt độ xác định Thường là nhiệt độ phòng để thuốc nhuộm có đủ điều kiện liên kết bền vững với vật liệu Sau khi nhuộm, vải được giặt sạch và sấy khô

 Ưu điểm

- Tiết kiệm nguyên liệu

- Chi phí gia công thấp

- Tiết kiệm được chi phí

 Nhược điểm

- Tốn thời gian ủ

- Khó kiểm soát quá trình ủ

- Chỉ dùng để nhuộm cho quy trình nhuộm của một số loại thuốc nhuộm phù hợp với phương pháp này

 Thiết bị sử dụng

Thiết bị ngấm ép - cuận ủ( trục ép, trục cuộn ủ, bể giặt)

 Phạm vi sử dụng

- Sử dụng cho quy mô vừa và nhỏ

- Phù hợp cho nhuộm vải có nguồn gốc tự nhiên (cotton, vải pha len – Cotton, trong đó cotton là chủ yếu)

-Chủ yếu nhuộm cho các màu nhạt bằng thuốc nhuộm axit, thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm hoạt tính

1.2.3 Phương pháp nhuộm liên tục

 Định nghĩa

Phương pháp nhuộm liên tục là quá trình đưa thuốc nhuốc vào sâu trong lõi xơ, sợi bằng các lực cơ học Thuốc nhuộm sau đó hình thành liên kết với xơ, sợi