CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

1.1 Tổng quan về quá trình trích ly
1.1.1 Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình trích ly
Trích ly là quá trình tách chất hòa tan trong chất lỏng hay chất rắn bằng một chất lỏng
khác nhƣng vẫn giữ đầy đủ thành phần và tính chất của nó.
Trích ly chất màu tự nhiên ứng dụng trong công nghệ nhuộm là quá trình trích ly rắn
lỏng là phƣơng pháp tách một hay một số chất ra khỏi nguyên liệu dựa vào đặc tính của chất
tan cần chiết và dung môi, là sự phân bố giữa hai pha không trộn lẫn vào nhau: một pha lỏng
và một pha rắn tạo cân bằng rắn-lỏng. Dung môi phân cực sẽ tách đƣợc chất phân cực còn
dung môi không phân cực sẽ tách chất không phân cực. Khi nguyên liệu và dung môi tiếp xúc
với nhau, lúc đầu dung môi thấm vào nguyên liệu, sau đó hòa tan những chất tan có trong tế
bào nguyên liệu rồi đƣợc khuếch tán ra ngoài tế bào. Trong quá trình trích ly sẽ xảy ra một số
quá trình nhƣ khuếch tán, thẩm thấu, hòa tan…và chịu sự ảnh hƣởng của nhiều yếu tố nhƣ
nhiệt độ trích ly, thời gian trích ly, tỷ lệ rắn-lỏng, độ mịn của nguyên liệu. Quá trình trích ly
đƣợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa học, thực phẩm cũng nhƣ trong ngành dƣợc
[15].
Lựa chọn dung môi để trích ly muốn chiết hợp chất ra khỏi cây cỏ cần lựa chọn dung
môi thích hợp. Dung môi đƣợc chọn phải có các điều kiện sau: trung tính, không độc, không
quá dễ cháy, hòa tan đƣợc hợp chất cần khảo sát, sau khi chiết tách xong dung môi đó có thể
đƣợc loại bỏ hoặc thu hồi dễ dàng. Cơ sở để lựa chọn dung môi trích ly là độ phân cực của
các hợp chất chứa trong nguyên liệu và độ phân cực của dung môi [15].
Muốn chiết hợp chất ra khỏi nguyên liệu thô ngoài chọn dung môi phù hợp còn phải chú
ý việc sử dụng kỹ thuật trích ly phù hợp (chiết ngâm, soxhlet… sao cho đạt hiệu quả chiết
hợp chất hữu cơ từ nguyên liệu thô cao nhất. Mỗi phƣơng pháp trích ly có ƣu nhƣợc điểm
khác nhau, tùy thuộc hợp chất hữu cơ muốn chiết mà chọn phƣơng pháp phù hợp, dễ tiến
hành mà thu đƣợc hiệu quả chiết mong muốn.
1.1.2 Các phƣơng pháp trích ly chất màu tự nhiên
1.1.2.1 Phương pháp trích ly ngâm (chiết ngâm)
Phƣơng pháp trích ly chiết ngâm hay còn gọi là đun cách thủy đƣợc tiến hành ở nhiệt độ
dƣới 100 oC, ở áp suất 1 atm (hay 101.325 Pa , là phƣơng pháp tƣơng đối đơn giản và dễ lắp

kiệt. Sau khi hoàn tất, lấy dung môi trích ly ra khỏi bình cầu (1 , đuổi dung môi, thu đƣợc cao
chiết.

Hình 1.1 Hệ thống chiết Soxhlet [15]

(1)- Bình cầu đặt trong bếp đun có thể điều chỉnh nhiệt độ
(3)- Dẫn dung môi từ bình (1 bay lên đi vào ống (4 chứa bột cây
(6)- Là ống thông nhau để dẫn dung môi từ (4 trả ngƣợc trở lại bình cầu (1
(9)- Ống ngƣng tụ hơi
Ưu điểm:

4


- Tiết kiệm dung môi, chỉ một lƣợng ít dung môi mà chiết kiệt đƣợc mẫu cây. Không phải
tốn công lọc và châm dung môi mới;
- Không tốn các thao tác lọc và châm dung môi mới nhƣ các kỹ thuật khác. Chỉ cần cắm
điện, mở nƣớc hoàn lƣu là máy sẽ thực hiện sự chiết;
- Chiết kiệt hợp chất trong bột cây vì bột cây luôn đƣợc liên tục chiết bằng dung môi tinh
khiết.
Nhược điểm:
- Kích thƣớc của máy Soxhlet làm giới hạn lƣợng bột cây cần chiết. Máy loại lớn nhất
với bình cầu dung tích 15 L, có thể chứa một lần đến 10 L dung môi; ống D có thể chứa
800gam bột cây xay nhỏ. Với máy nhỏ hơn, chỉ có thể cho vào mỗi lần vài trăm gam
bột cây, muốn chiết lƣợng lớn bột cây cần phải lặp lại nhiều lần;
- Trong quá trình trích ly, các hợp chất chiết ra từ bột cây đƣợc trữ lại trong bình cầu, nên
chúng luôn bị đun nóng ở nhiệt độ sôi của dung môi vì thế các hợp chất kém bền nhiệt
có thể bị hƣ hại ví dụ nhƣ carotenoid.
1.1.2.3 Phương pháp có sự hỗ trợ của vi sóng
Vi sóng (microwave là sóng điện từ lan truyền trong không gian với vận tốc ánh sáng,

WAVELENGTH
2450mhz)
sóng (khoảng(122cm
120cm - for
2450
mhz)
C :SPEED
OF LIGHT
(300.000Km/s)
Vận tốc sóng
(xấp xỉ 300.000
km/s)

Hình 1.2 Mô tả sóng trong microwave [84]

Vi sóng cung cấp một kiểu đun nóng không dùng sự truyền nhiệt thông thƣờng. Với
kiểu đun nóng bình thƣờng, nhiệt truyền từ bề mặt của vật chất lẫn vào bên trong, còn trong
trƣờng hợp sử dụng vi sóng, vi sóng xuyên thấu vật chất và làm nóng vật chất ngay từ bên
5


trong. Vi sóng tăng hoạt những phân tử phân cực, đặc biệt là nƣớc. Nƣớc bị đun nóng do hấp
thụ vi sóng bốc hơi tạo ra áp suất cao tại nơi bị tác dụng, đẩy nƣớc đi từ tâm vật đun ra đến bề
mặt của nó [84]. Nhiệt độ và áp suất phụ thuộc vào năng lƣợng vi sóng, vào sự phân cực, tính
bay hơi của dung môi, thể tích chiếm của dung môi trong bình và cả khí đƣợc sinh ra trong
phản ứng. Chúng có khả năng làm giảm đáng kể thời gian phản ứng.
Đối với dung môi không phân cực thì sự gia tăng nhiệt độ và áp suất rất kém, chúng đặc
trƣng bởi hằng số điện môi.
Bảng 1.1 Ảnh hưởng của tính phân cực đến khả năng gia tăng nhiệt dưới sự chiếu xạ vi sóng [86]
Stt

2

Metanol

65

65

11

Etyl aceatat

73

77

3

Etanol

78

78

12

Cloroform

49


131

153

6

1-pentanol

106

137

15

Dietyl ete

32

35

7
8

1-hexatanol

92

158

Hexan

Tetracloro-cacbon

28

77

Trong các phản ứng hóa học bình thƣờng, vi sóng cung cấp động lực để tất cả các phân
tử đủ năng lƣợng vƣợt qua hàng rào năng lƣợng. Thông thƣờng, năng lƣợng hoạt hóa cho các
phản ứng trong tổng hợp hữu cơ vào khoảng 50 kcal/mol [88].
Phƣơng pháp gia nhiệt truyền thống trong tổng hợp hữu cơ là đun nóng bình thƣờng.
Khi nguồn nhiệt bên ngoài, nhiệt sẽ truyền qua thành thiết bị, đối lƣu qua dung môi rồi mới
truyền tới đối tƣợng mong muốn. Đây là quá trình chậm và không có hiệu quả. Đun nóng
bằng vi sóng thì khác hẳn: vi sóng truyền nhiệt trực tiếp đến từng phân tử, sự gia tăng nhiệt độ
đạt đƣợc nhanh chóng vì sự dẫn nhiệt không phụ thuộc vào thành vật chứa [84].
Quá trình chuyển hóa năng lƣợng điện từ thành năng lƣợng nhiệt gồm 2 cơ chế: Cơ chế
quay phân tử: khi có một điện trƣờng thì phân tử quay theo chiều của điện trƣờng, đầu (+) của
phân tử quay về cực (-) của điện trƣờng. Cơ chế chuyển dần ion: nhiệt sinh ra do sự chuyển
dần ion, là kết quả của sự gia tăng trở kháng của môi trƣờng chống lại sự dịch chuyển các ion
trong trƣờng điện từ. Một hỗn hợp vật chất khi bị chiếu xạ bởi vi sóng, nếu vật chất đó càng
phân cực thì sự chuyển động của ion càng nhiều, nhiệt sinh ra càng lớn.

6


Hình 1.3 Các cơ chế gia nhiệt của vi sóng [70]

Một trong những ƣu điểm nổi bật của vi sóng là tốc độ gia nhiệt rất nhanh. Sự truyền
năng lƣợng của vi sóng gián đoạn với thời gian 10-9 giây. Năng lƣợng đó nếu một phân tử hấp
thu đƣợc phải mất 10-5 giây mới có thể đƣa về trạng thái bình thƣờng. Nhƣ vậy, năng lƣợng
đƣợc cung cấp với tốc độ lớn hơn tốc độ giải phóng sẽ tạo một trạng thái không cân bằng về

3
4
5

7. Bình phản ứng
8. Phích nguồn
9. Đèn

Hình 1.4 Cấu tạo của lò vi sóng [84]

Lò vi sóng có hai loại: Lò vi sóng gia dụng (Multimode thƣờng dùng để nấu nƣớng vì
sóng tỏa rộng khắp lò. Sự chiếu xạ bên trong lò không đồng đều nên trƣớc khi thực hiện phản
ứng trong lò cần phải dò tìm vị trí bức xạ tập trung nhiều nhất. Và lò vi sóng chuyên dùng
(Monomodel) thì bức xạ vi sóng chiếu thẳng hội tụ vào mẫu phản ứng nhờ một ống dẫn sóng.
Việc chuyển đổi lò vi sóng thành thiết bị chiết tách dựa vào lịch sử hình thành và phát triển lò
vi sóng cũng nhƣ quá trình nghiên cứu trong công nghệ hóa học nói chung. Lò vi sóng do
Percy Spencer phát minh đầu tiên năm 1947 [9]. Tuy nhiên, mãi đến năm 1978 Michael J.
Collin mới thiết kế lò vi sóng đầu tiên áp dụng cho phòng thí nghiệm phân tích. Sau đó hàng
loạt thiết bị vi sóng đƣợc phát minh để phục vụ vào nghiên cứu cũng nhƣ phục vụ sản xuất
công nghiệp [70].
Việc áp dụng năng lƣợng vi sóng hỗ trợ thực hiện phản ứng hóa học và chiết hợp chất
tự nhiên hiện đang rất đƣợc quan tâm [88]. Các thiết bị vi sóng chuyên dụng rất đắt tiền nên
việc trang bị các loại thiết bị này không đơn giản đối với các phòng thí nghiệm ở Việt Nam.
Trong điều kiện đó, lò vi sóng gia dụng trở thành lựa chọn ƣu tiên vì chi phí trang bị và
chuyển đổi công năng thấp. Hiện nay nhiều phòng thí nghiệm ở Việt Nam đã bắt đầu đƣa lò vi
sóng vào phục vụ cho nghiên cứu, tuy nhiên chỉ một vài phòng thí nghiệm tham gia cải tiến lò

7



trích ly, tỷ lệ rắn lỏng, thời gian và nhiệt độ trích ly.
Hình 1.6 Sự phân bố nồng độ trong các pha
của quá trình chuyển khối [17]

8


Động lực của quá trình trích ly chất màu là sự chênh lệch nồng độ của các hợp chất
mang màu trên bề mặt nguyên liệu và nồng độ của chúng trong dịch chiết Co. Trạng thái cân
bằng đạt đƣợc khi thế hóa của cấu tử hòa tan ở trong chất rắn bằng thế hóa của nó ở trong
dung dịch ở cùng nhiệt độ. Khi đó nồng độ của dung dịch tƣơng ứng với nồng độ bão hòa gọi
là độ hòa tan. Phƣơng trình cấp khối hay tốc độ của quá trình trích ly có dạng:

Trong đó: M là lƣợng cấu tử phân bố, F là bề mặt tiếp xúc pha tại thời điểm τ; β là hệ số cấp
khối; Cbh nồng độ cấu tử hòa tan ở bề mặt chất rắn, tại nồng độ này cân bằng đƣợc thiết lập rất
nhanh; Co nồng độ trung bình cất rắn hòa tan trong dung dịch.
Cơ chế của quá trình chuyển khối trong hệ rắn lỏng rất phức tạp phụ thuộc vào nhiều
yếu tố. Nếu gọi D là hệ số khuếch tán phân tử thì hệ số cấp khối β = D/δ tỷ lệ nghịch với
chiều dày của lớp màng chảy dòng δ ở sát bề mặt vật thể rắn, tức là phụ thuộc vào chế độ thủy
động của dung môi.

(a)

(b)

Hình 1.7 Sự thay đổi nồng độ của các cấu tử mang màu gần bề mặt nguyên liệu (a) và xác định tốc độ
quá trình trích ly rắn-lỏng (b) [17]

Ngoài ra, kích thƣớc của hạt rắn càng giảm thì tốc độ của quá trình trích ly càng tăng,
do tăng bề mặt tiếp xúc pha và giảm đoạn đƣờng khuếch tán trong các hạt rắn. Tuy nhiên,

Từ năm 2000 đến 2014, có khá nhiều công trình nghiên cứu về khả năng nhuộm vật liệu
dệt của dịch chiết từ vỏ măng cụt đã đƣợc công bố ở một số bài báo của các trƣờng đại học
hoặc các viện nghiên cứu chủ yếu ở Thái Lan, Ấn Độ, Mỹ và Úc. Một số bài báo tập trung
nghiên cứu quy trình nhuộm trên các loại vật liệu cotton, tơ tằm, len đã đƣợc công bố. Năm
2006, Siriwan Kittinaovarat và các cộng sự ở đại học Chulalongkorn, Thái Lan đã công bố kết
quả nghiên cứu quy trình nhuộm và hoàn tất vải cotton bằng dịch chiết từ vỏ quả măng cụt sử
dụng phƣơng pháp nhuộm một bể [118]. Tiếp theo, năm 2007 M.Chairat và các cộng sự tiếp
tục nghiên cứu quy trình nhuộm cotton và tơ tằm bằng dịch chiết từ vỏ quả măng cụt [89];
năm 2009, Padma S Vankar, Thái Lan cũng đã nghiên cứu quy trình nhuộm vải cotton, tơ tằm
và len bằng dịch chiết từ vỏ quả măng cụt có sự hỗ trợ của các ion kim loại [107]. Đến năm
2010, Charuwan Suitcharit cũng đã công bố kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của phân tử
chitosan đến khả năng cầm màu trên vải cotton nhuộm bằng dịch chiết từ vỏ măng cụt [54] và
một số công trình đã công bố của các nhà khoa học khác [36,37,41,45,46,47,49,50,53,
55,58,67,71,89,94,95,96,99,100,102,103,104,105,106]. Tuy nhiên, các hƣớng nghiên cứu này
còn phụ thuộc nhiều vào các chất cầm màu là các muối kim loại, chƣa thật sự đi sâu vào
hƣớng hoàn toàn thân thiện với môi trƣờng. Đồng thời, các kết quả nghiên cứu chỉ ứng dụng
cho công nghệ nhuộm, không đề cập đến quá trình trích ly dung dịch nhuộm hay sự ảnh
hƣởng của các thông số của quá trình trích ly dịch từ vỏ quả măng cụt, cũng nhƣ hoàn toàn
chƣa đề cập đến cơ chế của phản ứng gắn màu đối với từng loại vật liệu dệt cụ thể.
Các công trình nghiên cứu về quả mặc nƣa đã đƣợc công bố từ những năm 1957 cho
đến nay, vẫn chƣa thấy bất kỳ nghiên cứu chính thức nào về khả năng nhuộm màu của quả
mặc nƣa, chỉ đề cập đến hợp chất tạo màu đen có thể sử dụng nhuộm vải. Các nghiên cứu này

10


chủ yếu nghiên cứu thành phần các chất có trong quả mặc nƣa và dƣợc tính của chúng
[76,82,92,93].
1.2.2 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam
Những năm gần đây, trong số các nghiên cứu về vấn đề này tại Việt Nam, có khá nhiều

nhuộm màu từ 4 loại thảo mộc nhƣ khả năng chống nhàu, khả năng hút ẩm, độ thóang khí.
Nghiên cứu đa dạng hóa màu sắc của sản phẩm nhuộm bằng chất màu chiết tách từ 4 loại thảo
mộc bằng cách phối ghép nguyên liệu hoặc cầm màu để nâng cao độ bền màu [26]. Sự thành
công của dự án còn phải kể đến là có thể chuyển giao công nghệ cho nông dân để sản xuất
hàng thủ công, góp phần xoá đói, giảm nghèo, mang ý nghĩa an sinh xã hội rất cao. Ngoài ra,
PGS.TS Hoàng Thị Lĩnh còn thực hiện thành công dự án kết hợp với doanh nghiệp “Thay thế
chất nhuộm hóa học bằng chất màu tự nhiên - Phương pháp sản xuất sạch và hiệu quả hơn”
triển khai và đã nghiệm thu 2012-2013, với sự tài trợ của dự án Đổi mới Sáng tạo Việt Nam 11


Phần Lan (IPP), Công ty TNHH Dệt nhuộm Trung Thƣ - Hƣng Yên đã phối hợp nghiên cứu
áp dụng thành công công nghệ nhuộm vải bằng các chất màu tự nhiên thay thế chất nhuộm
hóa học. Kết quả dự án phần nào khẳng định sự thành công của công nghệ nhuộm vật liệu dệt
bằng chất màu tự nhiên thân thiện môi trƣờng, giảm thiểu hiện tƣợng ô nhiễm môi trƣờng.

Hình 1.8 Sản phẩm được làm từ chất liệu vải dệt nhuộm màu tự nhiên [26]

Năm 2011, nhóm nghiên cứu đề tài thuộc Khoa Sinh học Trƣờng Đại học Đà Lạt cũng
đã tiến hành đề tài “Điều tra, khảo sát các loài cây cho chất nhuộm tự nhiên ở Lâm Đồng và
khả năng ứng dụng của nó trong ngành nhuộm dệt vải thổ cẩm của đồng bào Dân tộc thiểu số
bản địa” đã đƣợc Sở Khoa học và Công nghệ đánh giá cao về ý nghĩa và hiệu quả kinh tế; tuy
nhiên kết quả cũng chỉ mới dừng lại ở những khảo sát ban đầu.
Bên cạnh những nghiên cứu đã đề cập, hiện nay đồng bào dân tộc thiểu số miền núi phía
Bắc vẫn duy trì truyền thống nhuộm vải bằng một số loại chất màu tự nhiên nhƣ củ nâu,
chàm…; ngƣời dân An Giang vẫn còn dùng quả mặc nƣa để nhuộm vải tơ tằm và vải
polymide. Tuy nhiên công nghệ nhuộm truyền thống mất rất nhiều thời gian, chỉ mang tính
chất thủ công, khó sản xuất đại trà, sản phẩm nhuộm không đảm bảo các chỉ tiêu về độ bền
màu.
Ngoài ra, một đề tài cấp bộ đã đƣợc nghiệm thu của Viện kỹ thuật Dệt may Tp.HCM,
trong đó có đề cập đến việc nhuộm vỏ quả măng cụt trên vải tơ tằm. Tuy nhiên kết quả chỉ

c



(1.1)

E là năng lƣợng lƣợng tử (erg/mol)
v là tần số dao động (cm-1)
λ là bƣớc sóng ánh sáng
h = 6,625.10-27 erg/s – hằng số Planck
c = 3.108 m/s – vận tốc ánh sáng

Ánh sáng lan truyền nhƣ một chuyển động sóng nhƣng các nguyên tử vật chất lại hấp
thu nó nhƣ dạng hạt. Năng lƣợng đƣợc nguyên tử hấp thu nhƣng cũng tăng không phải từ từ
mà từng phần, nghĩa là một cách nhảy vọt và trạng thái năng lƣợng bao gồm các giá trị gián
đoạn, hay nói một cách khác là bị lƣợng tử hóa. Sự hấp thu một lƣợng tử ánh sáng có năng
lƣợng hv bằng hiệu số giữa Es1-Es0 dẫn đến việc chuyển một điện tử của vật thể hấp thu lên
mức s1. Nếu năng lƣợng hấp thu bằng Es2-Es0 thì điện tử sẽ chuyển lên mức S2.Trạng thái S0
có spin tổng cộng là (+1/2) + (-1/2 = 0 đƣợc gọi là trạng thái singlet S0. Khi kích thích điện
tử chuyển sang trạng thái khác, nhƣng spin vẫn không đổi, spin tổng cộng cũng bằng 0, điện
tử ở trạng thái S*0. Nhƣng nếu khi kích thích điện tử chuyển sang trạng thái khác mà giá trị
spin của nó thay đổi, khi đó spin tổng cộng bằng đơn vị (+1/2) + (+1/2)=1 hay (-1/2) - (-1/2)
=1, trạng thái này đƣợc là triplet T*.

Hình 1.9 Các bước thay đổi năng lượng [11]

Trạng thái T* có năng lƣợng thấp hơn so với trạng thái kích thích S*. Sau một thời gian
điện tử cho năng lƣợng tự chuyển từ mức kích thích singlet sang mức triplet và thƣờng kèm
theo những hiệu ứng màu sắc sặc sỡ. Đó là hiện tƣợng lân quang, phát quang, huỳnh quang.
Chính quá trình này quyết định sự phát sáng của các chất khác nhau trong tối.


Vàng

480 – 490

Lam – lục nhạt

Da cam

490 – 500

Lục – lam nhạt

Đỏ

500 – 560

Lục

Đỏ tía

560 – 580

Lục –vàng

Tím

580 – 595

Vàng


và màu sẽ nhạt đi. Năng lƣợng E của ánh sáng đập vào một vật phụ thuộc vào độ dài sóng λ
của lƣợng tử theo công thức (1.1 . Nhƣ vậy năng lƣợng cần thiết để kích thích một phân tử là:
E  h

c





28000



( kcal / mol )

Trong nguyên tử, các điện tử bên trong đƣợc liên kết chặt chẽ. Để kích thích các điện tử
này cần phải có các tia rơnghen cùng có năng lƣợng 103-106 Kcal/mol. Do đó, năng lƣợng của
ánh sáng nhìn thấy đƣợc 110-69 Kcal/mol quá nhỏ không thể gây ra tác động rõ rệt đến những
điện tử này. Các điện tử hóa trị tham gia vào liên kết hóa học dễ thay đổi trạng thái hơn. Liên
kết cộng hóa trị σ là kiểu liên kết bền. Để phá vỡ liên kết này phải dùng trên 595 Kcal/mol,
còn để kích thích thì cần một năng lƣợng 181 Kcal/mol tƣơng ứng với sự hấp thu một bức xạ
có bƣớc sóng nhỏ hơn 200 nm, nghĩa là trong miền tử ngoại.

Hình 1.11 Mô hình sự hấp thu ánh sáng và màu sắc ở vùng khả kiến [101]

Theo thuyết MO các điện tử trong phân tử đƣợc phân bố trên các mức năng lƣợng tƣơng
ứng với các MO theo thứ tự năng lƣợng tăng dần. Trong những trƣờng hợp đơn giản thứ tự
mức năng lƣợng đƣợc sắp xếp nhƣ sau:

ánh sáng quyết định sự hấp thu chọn lọc các sóng ánh sáng vùng khả kiến. Do đó các hợp chất
màu thƣờng có chứa trong phân tử hệ liên kết π liên hợp:

Kéo dài mạch của các nối đôi liên hợp chuyển từ không màu hay màu nhạt đến màu sẫm. Sự
hấp thụ chọn lọc xảy ra khi trong phân tử chứa hệ liên hợp đủ mở rộng. Để chất có màu sắc
đậm, phân tử của chất đó phải chứa một số lớn các nhóm không no, đƣợc gọi là “nhóm mang
màu” (C=C; C=N; N=N; N=O; vòng benzen… , tất cả liên hợp đƣợc với nhau. Đồng thời, để
màu sắc đƣợc đậm đà, phân tử các chất đó thƣờng phải chứa các “nhóm trợ màu”, chẳng hạn

16


nhƣ OH, NH2…chứa đôi điện tử tự do cũng tham gia vào hệ liên hợp. Các nhóm này còn
đóng vai trò tác nhân liên kết với bề mặt vải sợi [16].
Bảng 1.3 Bảng sự chuyển màu do ảnh hưởng nối đối liên hợp [1]

Stilben

Không màu

Diphenylhexatrien

Màu vàng

Diphenyldodecahexaen

Màu da cam - nâu

c. Ảnh hưởng của nhóm thế
Các phân tử của hợp chất hữu cơ khi ở trạng thái kích động luôn luôn khác với trạng

các nhóm thế và vị trí của nó trong hệ thống liên kết đôi liên hợp [1]. Có thể biến phân tử
không màu có chứa mạch liên hợp thành phân tử có màu bằng phƣơng thức ion hóa. Ví dụ:
Khi thêm bazơ vào para-nitrophenol không màu, ngƣời ta có thể điều chế đƣợc paranitrophenol màu vàng; hay alizarin màu vàng cho muối Al tạo màu đỏ:

Hình 1.13 Các phản ứng chuyển màu với các tác nhân khác nhau [101]

Đa số các phân tử của thuốc nhuộm hữu cơ cấu tạo muối nội (trong đó có những điện
tích ngƣợc dấu nằm
trong những phần
khác nhau của phân
tử)

Các phƣơng thức ion hóa phân tử có thể rất khác nhau. Phƣơng thức phổ biến nhất là
thay đổi độ acid của môi trƣờng, phƣơng thức này áp dụng để nhuộm vải dùng chất chỉ thị
màu. Phƣơng thức thay đổi màu thuốc nhuộm hữu cơ một cách hữu hiệu nhất là sự tạo muối,
nếu cation kim loại thay thế hydro trong nhóm OH thì màu trở nên sậm hơn.

18


Hình 1.14 Quinazarin chuyển màu từ đỏ đến tím [1]

Sự tƣơng tác với các ion kim loại có thể dẫn đến sự tạo thành phức bền, các ion này
thƣờng là ion của các nguyên tố chuyển tiếp. Ví dụ: Alizarin màu vàng tạo ra những phức có
màu khác nhau với các ion:
Bảng 1.5 Ví dụ sự chuyển màu do ảnh hưởng ion kim loại [39]
Ion
Al3+
Cr3+
Fe3+

đủ cƣờng độ. Nếu trong phân tử hiện diện đồng thời các nhóm đẩy điện tử và hút điện tử, hiệu
ứng trợ sắc sẽ cao nhất.
1.3.2 Lịch sử chất màu tự nhiên
Thuốc nhuộm tự nhiên, bắt nguồn từ sự đa dạng của thực vật, côn trùng ký sinh và các
chất tiết ra của loài ốc biển, đƣợc phát hiện thông qua những kỹ năng và sự kiên trì của những

19


ngƣời cổ đại. Bằng các mẫu khai quật đƣợc ở Kim Tự Tháp Ai Cập, Trung Quốc, Ấn Độ,…
các nhà khoa học đã xác định đƣợc 1500 năm trƣớc Công nguyên ngƣời cổ đại đã biết dùng
indigo cho màu xanh chàm để nhuộm vải và sử dụng alizarin lấy từ rễ cây marena để nhuộm
màu đỏ, sử dụng campec chiết xuất từ gỗ sồi để nhuộm màu đen cho len và lụa tơ tằm [35].
Ngoài ra ngƣời ta còn chiết xuất đƣợc các màu vàng, tím, đỏ tím từ nhiều loại cây khác nhau.
Bảng 1.7 Một số màu lấy từ tự nhiên [35]
Màu

Tên Động / Thực Vật

Vàng

Rễ cây nghệ (Châu Á, Trung Đông
Hoa rum khô (Châu Á, Trung Đông
Vỏ sồi (Bắc Mỹ)

Xanh

Cây tùng lam (Ấn Độ, Ai Cập, Nam Mỹ)
Cây chàm (Châu Âu)



20


Bảng 1.8 Danh mục một số màu tự nhiên tiêu biểu [101]
Phân lớp hóa học
Các tên gọi thông thƣờng
Flavone
Màu vàng, vỏ để lấy thuốc nhuộm vàng, gỗ
Fustic, Osage, hoa Chamomile, Tesu, Dolu, Cúc
vạn thọ, Cutch
Vàng
Iso-quinoline dyes,
Barberry, be-carotene, lycopene … gentisin
Polyene colorants,
Pyran colorants
Cam-vàng
Chromene
Cây gỗ vang
Nâu và màu tía -xám
Naphthochinone
Cây lá móng, gỗ hồ đào, Alkanet, Pitti
Đỏ
Chinone, Anthrachinone,
Nhựa cây màu đỏ, màu cánh kiến, rể có chất đỏ
dùng làm thuốc nhuộm
Chromene
Màu tía và đen
Benzophyrone
Cây gỗ vang

Hình 1.15 Một vài màu vàng Flavan-3ol (catechines) thuộc lớp màu vàng pyran [35]

21


Hình 1.16 Giới thiệu một số màu vàng polyene [101]

- Thuốc nhuộm tự nhiên màu đỏ: Khác với các màu vàng, ba trong số bốn thuốc nhuộm
màu đỏ tự nhiên (cecmec, cosenil, lac) có nguồn gốc động vật, song màu đỏ quan trọng nhất
vẫn là marena hay còn gọi là alizarin thu đƣợc từ thực vật. Tất cả các thuốc nhuộm màu đỏ kể
trên đều là dẫn xuất hydroxy của antraquinon. Các dẫn xuất khác nhau của chúng còn có ứng
dụng đến ngày nay có ánh màu tƣơi và độ bền màu rất cao với ánh sáng. Vì vậy có thể nói
rằng thuốc nhuộm tự nhiên màu đỏ có độ bền màu với các chỉ tiêu cao hơn nhiều so với các
nhóm màu vàng. Cấu tạo của thuốc nhuộm tự nhiên màu đỏ tía đã đƣợc Fridlender tìm ra vào
năm 1909, đó chính là 6,6 -đibrominđigo (4 . Gần đây từ thân lá của cây Dacathais orbi ngƣời
ta đã xác định đƣợc quá trình tạo thành màu đỏ tía này. Hợp chất ban đầu là tirinđocxysunfat
(1) có màu ghi, khi thủy phân bằng men nó sẽ chuyển thành tirinđocxyl (2 , một phần bị oxy
hóa bằng oxy của không khí đến 6-brom-2-metyl-tioinđoleninon (3 . Sau đó hợp chất (1) lại
kết hợp với (2 để thành phức 1:1 kiểu quihydron (tiriverđin , dƣới tác dụng của ánh sáng mặt
trời biến thành 6, 6 -đibrominđigo (4 là gốc của màu đỏ tía [1].

Hình 1.17 Cấu tạo của thuốc nhuộm tự nhiên màu đỏ tía [1]

- Thuốc nhuộm tự nhiên màu xanh chàm: Trong các màu xanh tự nhiên có màu xanh lam
và màu xanh chàm đƣợc dùng đến ngày nay. Lúc đầu ngƣời ta cho rằng đó là hai màu khác
nhau, về sau mới biết chúng có cấu tạo hóa học giống nhau và chính là inđigo đƣợc tách chiết
từ cây họ chàm có tên khoa học là Indigofera tinctoria L. Hiện nay inđigo là một trong hai
thuốc nhuộm tự nhiên vẫn còn có ý nghĩa thực tế mặc dù nó đã đƣợc tổng hợp và sản xuất ở
qui mô công nghiệp.


Stt

1

2

3

Bảng 1.9 Nguồn thuốc nhuộm tự nhiên phù hợp với khí hậu Việt Nam [123]
Tên
Phần
Khí
Vùng miền thực Vật liệu
Truyền
hậu
Tên
Loài
vật
thống
Màu vàng
đỏ

Nhiệt
đới

Điều màu

Bixa orellana
L


Lá
(tƣơi,
khô)

Màu
nhuộm
Cam,
vàng

Lụa,
Cotton

Vàng,
nâu,
xanh,
đen
Vàng,
nâu


Lụa

Nhiệt
đới

Đông Nam
Á

Nhiệt
đới

Châu Á

Củ

Lụa, da,
gỗ

Đỏ
tƣơi,
đỏ, tím

4

Mặc nƣa

Diospyros L
mollis Griff

Mackloeur

5

Chàm

Indigofera L

Chàm

6


10

Nghệ

Curcuma
Longa L

Nhiệt
đới

11

Hồng
xiêm

Manilkara
zapo L

Nhiệt
đới

12

Trầu
không

Piper betle L

Nhiệt
đới

châu Á,
châu Phi,
châu Mỹ,
châu Âu
Mexico,
châu Á
Việt Nam

Trái
cây
Lá

Cotton,
lụa

Đen
Xanh
Cam,
nâu đỏ

Lá

Lá

Nâu

Lá

Nâu


bằng sông Cửu Long, tại các tỉnh Trà Vinh, Bến Tre, Tây Ninh, Bình Dƣơng [13].
Măng cụt thuộc loại cây to, trung bình 7-12 m nhƣng có thể cao đến 20-25 m, thân có
vỏ màu nâu đen sậm, có nhựa (resin) màu vàng, lá dày và cứng, bóng, mọc đối, mặt trên của

24


lá có màu sậm hơn mặt dƣới, hình thuôn dài 15-25 cm, rộng 6-11 cm, cuống dài 1,2-2,5 cm.
Hoa đa tính thƣờng là hoa cái và hoa lƣỡng tính, hoa mọc đơn hay từng đôi. Hoa loại lƣỡng
tính màu trắng hay hồng nhạt, có 4 lá dài và 4 cánh hoa, có 16-17 nhị và bầu noãn có 5-8 ô.
Quả hình cầu, đƣờng kính chừng 4-7 cm, có mang đài hoa còn tồn tại; vỏ quả màu đỏ nâu, dai
và xốp. Quả chứa 5-8 hạt; quanh hạt có lớp áo bọc (edible arils) màu trắng có vị ngọt, thơm
và khá ngon. Cây trổ hoa vào tháng 2-5, ra quả trong các tháng 5-8. Nhƣ các loại quả khác,
măng cụt ngọt nhờ có nhiều chất đƣờng: sucroza, fructoza, glucoza và có thể cả maltoza
[4,13,55]

Hình 1.19 Hình cây, lá, hoa và quả măng cụt

1.3.3.2 Thành phần hóa học các hợp chất mang màu có trong vỏ quả măng cụt
Trong vỏ quả măng cụt chứa từ 7-13% là tanin [2]. Theo báo cáo đƣợc công bố năm
1958, α-mangostin (1) là hợp chất đầu tiên đƣợc phân lập từ vỏ quả măng cụt vào năm 1855
bởi nhà khoa học W. Schmid. α- Mangostin (1) có tinh thể hình phiến nhỏ, màu vàng tƣơi,
không vị, tan trong rƣợu, ete và chất kiềm, không tan trong nƣớc, nhiệt độ nóng chảy là 175oC
[70].
Lớp thịt quả ăn đƣợc thƣờng chỉ chiếm 1/3 khối lƣợng quả. Các số liệu phân tích từ
Thái Lan cho biết, cứ 100 g thịt quả ăn đƣợc thì chứa khoảng 79,2 g nƣớc; 0,5 g chất đạm;
một ít chất béo; 19,8 g chất đƣờng và bột; 0,3 g chất xơ; 11 mg Ca; 17 mg P; 0,9 mg Fe; 4,2
µg Vimin A; 66 mg Vitamin C. Năng lƣợng trung bình khoảng 340 kJ/100g. Vỏ quả rất giàu
pectin, catechin, tanin, colophan và chất nhuộm màu đen. Vỏ cây cũng chứa nhiều tannin,
mangostin và amiliasine [12,78].


Xanthon I

30

Mangostinon

3

γ-Mangostin

17

Calabaxanthon

31

Garcinon B

4

Fuscaxanthon C

18

8-Deoxygarnin

32

Smeathxanthon A

Garcinon D

21

Cudraxanthon G

35

Thwaitesixanthon

8

Garcinon C

22

36

Garcimangoson B

9

Mangostenon E

23

8-Hydroxycudraxanthon
G
Mangostingon


Mangosnol

40

Trapezifolixanthon

6-Omethylmangosnin
Demethylcalabaxant
hon

27

3-Isomangostin

28

Mangostenon D

12
13
14

a. Những hợp chất xanthone phân lập từ vỏ quả măng cụt
Xanthone là hợp chất hữu cơ không tan trong nƣớc, dễ tan trong rƣợu, là một chất
chống oxy hóa trị liệu. Nghiên cứu gần đây cho thấy rằng có khoảng 50 loại xanthone đƣợc
tách ra từ vỏ măng cụt và loại đầu tiên trong số đó là mangostin đƣợc tìm thấy năm 1855 với
tên -mangostin (schmid, 1855). Nó là một chất có màu vàng chứa trong vỏ và nhựa cây khô
của cây măng cụt (Dragendorff) [20].

Hình 1.20 Công thức hóa học của xanthone [69]

Hình 1.22 Cách đánh số thứ tự trên cấu trúc của Flavonoid [38]

Thƣờng các flavonoid có mang một hoặc nhiều nhóm –OH ở vị trí 5 và 7 trên nhân A
và ở vị trí 3, 4, 5 trên nhân B. Các flavonoid có thể hiện diện ở dạng tự do hay dạng glycosid.
Các đƣờng thƣờng gặp nhất là đƣờng D-glucose, D-galactose, L-rhamnose, L-arabinose, Dxylose, D-apiose và acid uronic.
Sắc tố vàng của họ flavonoid đƣợc tìm thấy trong tự nhiên bao gồm các chalcone, hợp
chất dị vòng và một vài flavonol. Chalcone hiện diện ít trong tự nhiên, flavonol và glavanonol
27