Luận án nghiên cứu quy trình trích ly các hợp chất màu tự nhiên từ vỏ quả măng cụt và quả mặc nưa ứng dụng cho nhuộm vải tơ tằm

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

đặt, gia nhiệt gián tiếp qua nƣớc, tránh hiện tƣợng quá nhiệt khi đun nóng, hạn chế đƣợc hiện
tƣợng cháy chất cần đun. Bên cạnh đó, sử dụng nhiệt gián tiếp từ nƣớc sẽ góp phần kiểm soát
đƣợc nhiệt độ và giảm nhiệt nhanh nếu tăng cao hơn so với nhiệt độ khảo sát [15]. Phƣơng
pháp này đƣợc ứng dụng nhiều trong công nghệ tách chất màu tự nhiên từ thực vật.

3


1.1.2.2 Phương pháp soxhlet [15]
Phƣơng pháp này đƣợc thực hiện trên hệ thống soxhlet nhƣ hình 1.1: bột cây xay thô
đƣợc đặt trực tiếp trong ống (4) hoặc tốt nhất là đặt trong một túi vải để dễ lấy bột cây ra khỏi
máy. Lƣu ý đặt vài viên bi thủy tinh dƣới đáy ống (4 để tránh làm nghẹt lối ra vào của ống
thông nhau (6 . Rót dung môi đã lựa chọn vào bình cầu bằng cách tháo hệ thống ở chỗ nút
mài số (2 , nhƣ vậy dung môi sẽ thấm ƣớt bột cây rồi xuống bình cầu, ngang qua ngõ ống
thông nhau (6).
Mở cho nƣớc chảy hoàn lƣu trong ống ngƣng hơi. Sử dụng bếp điện và điều chỉnh nhiệt
sao cho dung môi trong bình cầu sôi nhẹ đều. Dung môi tinh khiết khi đƣợc đun nóng sẽ bốc
hơi lên cao, theo ống (3 lên cao hơn, rồi theo ống ngƣng hơi lên cao hơn nữa, nhƣng tại đây
hơi dung môi bị ống ngƣng hơi làm lạnh, ngƣng tụ thành thể lỏng, rớt thẳng xuống ống (4)
đang chứa bột cây. Dung môi ngấm vào bột cây và chiết những chất hữu cơ nào có thể hòa tan
vào dung môi. Theo quá trình đun nóng, lƣợng dung môi rơi vào ống (4) càng nhiều, mức
dung môi lên cao trong ống (4 và đồng thời cũng dâng cao trong ống (6 , vì đây là ống thông
nhau. Đến một mức cao nhất trong ống (6), dung môi sẽ bị hút về bình cầu (1) lực hút này sẽ
rút hết lƣợng dung môi đang chứa trong ống (4). Bếp vẫn tiếp tục đun và một quy trình mới
vận chuyển dung môi theo nhƣ mô tả lúc đầu. Các hợp chất đƣợc hút xuống bình cầu và nằm
lại tại đó, chỉ có dung môi tinh khiết là đƣợc bốc hơi bay lên để tiếp tục quá trình trích ly.
Tiếp tục đến khi chiết kiệt chất trong bột cây (dung môi eter dầu hỏa chỉ chiết kiệt những chất
kém phân cực nào có thể tan đƣợc trong eter dầu hỏa nóng).
Kiểm tra sự chiết kiệt bằng cách tắt máy để nguội và mở hệ thống chỗ nút mài (8), rút
lấy một giọt dung môi và thử trên mặt kiếng, nếu thấy không còn vết gì trên kiếng là đã chiết

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,

có độ dài sóng từ 1cm đến 1m (tƣơng ứng với tần số 300 Mhz đến 32 Ghz). Vi sóng gồm 2
thành phần điện trƣờng và từ trƣờng, nhƣng chỉ có điện trƣờng là có thể chuyển thành nhiệt
để đun nóng; mọi tƣơng tác với từ trƣờng trong trƣờng hợp này đều không có nhiều ý nghĩa
quan trọng. Bản chất của điện trƣờng là có hƣớng nên có tác dụng rất lớn lên các phân tử có
cực và làm các phân tử này thay đổi hƣớng theo sự biến đổi của điện trƣờng tạo ra sự quay
phân tử. Sự quay này làm các phân tử va chạm vào nhau và nóng lên. Các phân tử phân cực
không đối xứng đƣợc làm nóng tốt dƣới tác dụng của vi sóng. Các phân tử càng phân cực thì
càng dễ bị làm nóng. Nƣớc có độ phân cực lớn, nó là dung môi lý tƣởng để làm nóng bởi vi
sóng. Ngoài các nhóm phân cực trong hợp chất hữu cơ nhƣ –OH, -NH2, -COOOH…… cũng
chịu tác động tƣơng tự của điện trƣờng [70].
MICROWAVE



C

H





: Trường
ELECTRIC
điện FLELD
MAGNETIC
FLELD
từ
H : Trường
 :Bước

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

Nhiệt độ
Stt
Nhiệt độ
Nhiệt độ
Nhiệt độ
sôi khi
sôi khi
sôi khi gia
sôi khi gia
Dung môi
chiếu xạ
Dung môi
chiếu xạ nhiệt thông
nhiệt thông
vi sóng
vi sóng
thƣờng
o
thƣờng ( C)
(oC)
(oC)
(oC)
1
10
Nƣớc
81
100
Acid acetic
110
119

2

Metanol

65

65

11

Etyl aceatat

73

77

3

Etanol

78

78

12

Cloroform

49

61

4

1-propanol

97

97

13

Aceton

56

56

5

1-butanol

109

117

14

Dimetylformamide

131

153

6

1-pentanol

106

137

15

Dietyl ete

32

35

7
8

1-hexatanol

92

158

Hexan

25

68

1-clobutan

76

78

16
17

Heptan

26

98

9

1-bromobutan

95

101

18

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

năng lƣợng, kết quả là nhiệt độ tăng lên nhanh chóng và phản ứng sẽ dịch chuyển. Thời gian
tồn tại của phức chất hoạt động thƣờng ngắn hơn 10-9 giây nên không ảnh hƣởng đến cơ chế
phản ứng. Những chất trung gian có thời gian tồn tại lớn hơn 10-9 giây sẽ hấp thu vi sóng do
đó sẽ thúc đẩy chuyển đến trạng thái tạo sản phẩm, ngoài ra các chất trung gian thông thƣờng
không phân cực hoặc các hợp chất ion nên chúng dễ dàng hấp thu năng lƣợng vi sóng. Việc
sử dụng vi sóng còn có thể làm thay đổi thành phần hóa học của sản phẩm tạo thành. Nhƣ vậy
sự đun nóng của lò vi sóng là sự đun nóng nội tại từ bên trong khối vật chất, nên có thể đạt
đƣợc nhiệt độ cao trong thời gian ngắn [78,87].
Cấu tạo của thiết bị vi sóng:
9
1

6
800
Kw
7
8

Time
Start

1. Cửa lò
2. Nút chỉnh công suất
3. Bộ phận bức xạ sóng

4. Nút chỉnh thời gian
5. Nút khởi động
6. Sóng

2

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

vi sóng gia dụng thành những thiết bị chuyên dùng phục vụ cho những mục đích nghiên cứu
chuyên ngành.

Hình 1.5 Hệ thống lò vi sóng gia dụng sử dụng trích ly hợp chất màu tự nhiên

Trên cơ sở “Nghiên cứu chuyển đổi lò vi sóng gia dụng thành thiết bị chiết hợp chất tự
nhiên và thực hiện tổng hợp hữu cơ”[9] tiếp tục nghiên cứu chuyển đổi lò vi sóng gia dụng
thành thiết bị chiết chiết ngâm có sự chiếu xạ vi sóng. Lò vi sóng gia dụng đƣợc chuyển đổi
thành thiết bị chiết - vi sóng, sử dụng vào việc chiết hợp chất tự nhiên. Việc nghiên cứu sử
dụng đƣợc thực hiện trên hợp chất mang màu từ dịch quả mặc nƣa và hợp chất mang màu từ
dịch vỏ măng cụt. Các quá trình trích ly nói trên cũng đƣợc thực hiện song song trên hệ thống
chiết ngâm và hệ thống soxhlet.
Ưu điểm: Giảm đáng kể thời gian trích ly xuất, chỉ khoảng vài giây đến vài phút, sản
phẩm trích ly chất lƣợng tốt, giảm lƣợng dung môi sử dụng, cải thiện hiệu suất chiết, khả
năng tự động hóa và độ chính xác cao, thích hợp với các chất kém bền nhiệt, thiết bị dễ sử
dụng, an toàn và bảo vệ môi trƣờng, có tác dụng đặc biệt với các phân tử phân cực.
Nhược điểm: Nhiệt độ sôi của các dung môi đạt đƣợc rất nhanh có thể gây nổ, không áp
dụng cho các phân tử không phân cực, khó áp dụng cho quy mô công nghiệp vì đầu tƣ cho
thiết bị vi sóng là không nhỏ để có đủ công suất.
1.1.3 Trích ly chất màu tự nhiên từ vỏ quả măng cụt và quả mặc nƣa ứng dụng
trong công nghệ nhuộm vật liệu dệt
Trích ly chất màu từ vỏ quả măng cụt và quả
mặc nƣa là quá trình trích ly rắn lỏng. Trong quá trình
này, dung môi tiếp xúc trực tiếp với nguyên liệu, hòa
tan và vận chuyển chất màu vào dung môi, thƣờng xảy
ra các hiện tƣợng hòa tan, khuếch tán, thẩm thấu. Vì
vậy tốc độ của quá trình này phụ thuộc vào rất nhiều
yếu tố nhƣ: hình dạng, kích thƣớc, thành phần, cấu trúc
bên trong của vật thể rắn, tính chất hóa lý và chế độ
thủy động của dung môi, kiểu thiết bị, phƣơng pháp

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,

kích thƣớc của các hạt rắn càng giảm thì năng lƣợng tiêu tốn cho quá trình nghiền càng tăng,
do đó phải chọn kích thƣớc hạt rắn thích hợp. Tỷ lệ giữa lƣợng dung môi và lƣợng chất rắn
ảnh hƣởng lớn đến tốc độ khuếch tán. Tỷ lệ này càng cao thì tăng tốc độ khuếch tán và khả
năng tách triệt để cấu tử phân bố càng nhiều, nhƣng tiêu tốn năng lƣợng để tách cấu tử phân
bố trong dung môi càng tăng. Do đó phải chọn tỷ lệ giữa lƣợng dung môi và lƣợng chất rắn
thích hợp. Trong quá trình trích ly chất rắn, dung môi phải xâm nhập vào trong các mao quản
của chất rắn để tác dụng với cấu tử phân bố, nên tốc độ của toàn quá trình giảm nhanh. Tốc độ
của quá trình trích ly đƣợc quyết định bởi tốc độ khuếch tán bên trong.

9


1.2 Tình hình nghiên cứu về phƣơng pháp trích ly chất màu tự
nhiên từ vỏ quả măng cụt và quả mặc nƣa ứng dụng trong công
nghệ nhuộm hiện nay
1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Trong nhiều thập kỷ qua, những công trình nghiên cứu về quá trình trích ly hay tách
chiết hợp chất màu tự nhiên và cô lập xác định từng hợp chất riêng lẻ đƣợc nghiên cứu rất
nhiều [75,76,78,79,80,91,92,93,97,108,126,127]. Trong đó, cũng có một số công bố về việc
sử dụng mô hình thực nghiệm và tối ƣu hóa mô hình vào trong quá trình tách chiết chất màu
tự nhiên đơn lẻ [79,80,90,110,130]. Tuy nhiên vấn đề trích ly chất màu tự nhiên ứng dụng
trong công nghệ nhuộm lại mang một ý nghĩa ứng dụng khác; không cô lập hợp chất đơn lẻ
mà sử dụng hỗn hợp dịch chiết nhuộm cho các loại vật liệu vải sợi khác nhau.
Những năm gần đây, vấn đề nghiên cứu quy trình nhuộm vải bằng chất màu tự nhiên
đƣợc nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm mà chủ yếu tập trung vào chất màu trích ly từ
thực vật. Sự đa dạng của hệ thực vật trên thế giới đã tạo nhiều gam màu đa dạng cho các công
trình nghiên cứu về công nghệ này. Vào năm 1994 nhóm nghiên cứu của C. Mahidol đã bắt
đầu nghiên cứu hoạt tính sinh học của các loại cây trồng tự nhiên ở Thái Lan [53]; năm 2012
Supaluk Teppanrin và các cộng sự nghiên cứu khả năng nhuộm màu trên vải cotton, tơ tằm và
vải tơ tằm bằng dịch chiết từ hạt đậu Marind [119]…v.v…

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

kết quả công bố về vấn đề tối ƣu hóa quá trình tách chiết, chẳng hạn tác giả Lê Xuân Hải,
Nguyễn Thị Lan đã công bố trên tạp chí phát triển KH&CN, tập 11, số 09-2008 về “Tối ưu
hóa đa mục tiêu ứng dụng trong quá trình chiết tách màu anthocyanin”. Hay một số công bố
về kết quả nghiên cứu tách chiết vỏ quả măng cụt thì chủ yếu tập trung xác định thành phần
dƣợc tính, nhƣ tác giả Đào Hùng Cƣờng và Đỗ Thị Thúy Vân vào năm 2010 đã công bố công
trình nghiên cứu chiết tách và xác định Xanhthones từ vỏ quả măng cụt [4], hay năm 2013 tác
giả Đàm Sao Mai và Lê Văn Tán, Đại học Công nghiệp Tp.HCM đã công bố nghiên cứu cô
lập Anthocyanin từ vỏ quả măng cụt [61]. Tuy nhiên kết quả công bố cho hƣớng nghiên cứu
ứng dụng chất màu tự nhiên không nhiều, chỉ mới là những khảo sát mang tính tự phát, chƣa
đƣợc công bố trên các tạp chí uy tín. Đối với quả mặc nƣa thì chƣa tìm thấy công trình nghiên
cứu nào công bố ngoài kết quả của luận án này v.v…
Tại Việt Nam, tính đến thời điểm này, các trƣờng đại học và các viện nghiên cứu cũng
đã có khá nhiều nghiên cứu về công nghệ nhuộm vải bằng chất màu tự nhiên từ nhiều loại
thực vật khác nhau. Tuy nhiên, các ý tƣởng và xu hƣớng nghiên cứu này chủ yếu là vẫn dựa
trên các công trình nghiên cứu của PGS.TS Hoàng Thị Lĩnh, Khoa Công nghệ Dệt may và
Thời trang, Đại học Bách khoa Hà Nội. PGS.TS Hoàng Thị Lĩnh đã tìm ra công nghệ nhuộm
vải cotton và lụa tơ tằm bằng lá bàng, lá xà cừ, củ nâu, lá trầu không, chàm, lá thiên lý, lá tre,
lá găng, ngải cứu, lá bạch đàn, lá chè, lá hồng xiêm, vỏ cây xà cừ, chè, cây lá móng, cây xà
cừ, nghệ, bạch đàn, sapoche…
Là chuyên gia hóa nhuộm, bằng đam mê khoa học PGS.TS Hoàng Thị Lĩnh đã bắt đầu nghiên
cứu lĩnh vực này từ năm 1996, đến nay Bà đã chủ nhiệm rất nhiều đề tài, dự án về công nghệ
nhuộm vật liệu dệt bằng chất màu tự nhiên. Trong đó, phải kể đến đề tài Nghị định thƣ hợp
tác giữa chính phủ Việt Nam và chính phủ Áo: “Nghiên cứu khả năng sử dụng chất màu tự
nhiên để nhuộm vải bông và tơ tằm, thiết lập qui trình công nghệ và triển khai ứng dụng cho
một số cơ sở làng nghề dệt nhuộm. Trong dự án này PGS.TS Hoàng Thị Lĩnh đã nghiên cứu
thành phần và bản chất của các loại chất màu có nguồn gốc thiên nhiên, từ đó xây dựng, lựa
chọn và tối ƣu hóa các quá trình tách chiết chất màu với các thông số công nghệ phù hợp; đã
xây dựng quy trình nhuộm bằng chất màu chiết tách từ lá chè, lá bàng, lá xà cừ và hạt điều
màu cho vải bông và vải tơ tằm; nghiên cứu các biện pháp xử lý sau nhuộm nâng cao độ bền
màu của sản phẩm. Khẳng định độ bền màu cũng nhƣ một số tính chất ƣu việt của sản phẩm

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

mang tính chất khảo sát sơ bộ đƣa ra đơn công nghệ nhuộm đơn giản; hoàn toàn không đề cập
đến quá trình trích ly cũng nhƣ nghiên cứu sâu về các yếu tố ảnh hƣởng nhƣ kết quả nghiên
cứu của luận án này.

1.3 Tổng quan về lý thuyết màu sắc và chất màu tự nhiên
1.3.1 Sự hấp thụ ánh sáng và cơ chế xuất hiện màu của các hợp chất hữu cơ
1.3.1.1 Sự hấp thụ ánh sáng
Khi ánh sáng trắng chiếu vào một vật thể tán xạ hoàn toàn thì mắt thấy vật thể ấy màu
trắng. Ngƣợc lại, nếu toàn bộ các tia đập lên vật bị hấp thu hết thì vật ấy có màu đen. Còn đối
với những vật thể hấp thu một số những tia đơn sắc đập vào và tán xạ những tia còn lại thì
mắt thấy có màu. Nhƣ vậy, màu sắc là kết quả của sự hấp thu chọn lọc những miền xác định
trong phổ liên tục của ánh sáng trắng đập vào. Ví dụ: nếu một vật thể hấp thu các tia đỏ thì
màu của vật thể này đƣợc tạo thành do sự phối hợp các tia còn lại trong ánh sáng trắng (thiếu
màu đỏ) tức là màu lục. Ngƣợc lại, nếu vật thể hấp thu các vật thể tán xạ tất cả các tia trông
thấy nên nó vẫn có màu trắng. Có nhiều trƣờng hợp vật thể không hấp thu tia nào của phổ
12


trông thấy, nhƣng hấp thu các tia hồng ngoại hoặc tử ngoại của phổ, nhƣ vậy vật thể tán xạ tất
cả các tia trông thấy nên nó vẫn có màu trắng [1,5].
Theo thuyết điện tử cổ điển, ánh sáng là sự chuyển động sóng có năng lƣợng thay đổi tỷ
lệ với cƣờng độ bức xạ và không phụ thuộc vào tần số. Nghiên cứu hiệu ứng quang điện,
A.Einstein cho rằng về một số tính chất thì ánh sáng giống với một dòng hạt hơn và ông gọi
đó là hạt photon. Nhƣ thế các lƣợng tử của Planck cũng là các photon của Einstein và là phần
tử bé nhất của năng lƣợng bức xạ. Năng lƣợng này phụ thuộc vào tần số và đƣợc xác định bởi
công thức [1]:
E  h .v  h

Trong đó:

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.

13


Hình 1.10 Trạng thái chuyển điện tử [11]

Nhƣ vậy, lƣợng tử ánh sáng tác động lên các điện tử của phân tử, chuyển các điện tử
này sang trạng thái khác. Màu sắc của các chất là do hiện tƣợng hấp thụ chọn lọc bức xạ điện
từ. Tuy nhiên màu chỉ xuất hiện khi sự hấp thụ chọn lọc xảy ra trong lĩnh vực phổ thấy đƣợc,
tức là trong khoảng 400÷750 nm. Nếu một chất hấp thụ hoàn toàn dải bƣớc sóng này, sẽ có
màu đen; ngƣợc lại, nếu một chất phản xạ hoàn toàn ánh sáng thuộc dải song này sẽ có màu
trắng. Trong trƣờng hợp một chất hấp thụ chọn lọc một dải có độ dài sóng xác định trong
vùng này, nó sẽ có màu. Màu hấp thụ và màu thấy đƣợc khác nhau, chúng đƣợc gọi là 2 màu
phụ nhau [16].
Bảng 1.2 Sự liên hệ giữa bước sóng hấp thu và màu sắc của vật hấp thu [1]
Bƣớc sóng của dãy hấp thu (nm

Màu của ánh sáng hấp thu

Màu của chất

400 – 435

Tím

Lục – vàng

435 – 480

Lam

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

Lam

595 – 605

Da cam

Lam – lục nhạt

605 – 750

Đỏ

Lục – lam nhạt

1.3.1.2 Cơ chế xuất hiện màu của các hợp chất hữu cơ [1,11,16,39,40,42,51,73,101]
Trong các hợp chất hữu cơ các điện tử vòng ngoài của chất màu mới tham gia vào quá
trình hấp thụ ánh sáng kèm theo sự chuyển động của chúng, lớp điện tử ngoài có tính linh
động cao do ảnh hƣởng của các yếu tố nhƣ: cấu tạo phân tử, hệ thống nối đôi liên hợp, nhóm
thế, sự ion hóa phân tử và các nguyên tử khác ngoài cacbon.
a. Ảnh hưởng của cấu tạo phân tử
Theo thuyết điện tử, để phân tử hợp chất hữu cơ có màu sâu thì phân tử của nó phải có
cấu tạo phẳng, nhờ vậy sự tƣơng tác của các điện tử không bị cản trở. Bất kỳ yếu tố nào phá
vỡ yêu cầu này cũng làm ảnh hƣởng đến màu của hợp chất. Nếu nhƣ cấu tạo phẳng của phân
tử chƣa bị phá vỡ hoàn toàn thì tác dụng tƣơng hỗ giữa các điện tử chƣa bị mất hẳn mà chỉ
gây ra sự gián cách từng phần của mạch liên hợp ở hai phía kể từ vị trí phá hủy trục song song
của đám mây điện tử. Điều này làm cho hợp chất hấp thụ các tia sáng có bƣớc sóng ngắn hơn

14

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:

15


π
σ
Hình 1.12 Thứ tự phân bố các mức năng lượng [101]

Dƣới tác dụng của ánh sáng do nhận thêm năng lƣợng dƣới dạng quang năng, điện tử linh
động có mức năng lƣợng cao nhất sẽ chuyển lên mức năng lƣợng cao hơn và khi đó phân tử
từ trạng thái cơ bản chuyển sang trạng thái kích thích, sai biệt giữa hai mức năng lƣợng này sẽ
cho phép xác định đƣợc λ của ánh sáng hấp thu. Theo sơ đồ năng lƣợng trên thấy thông
thƣờng sự tạo màu là do sự chuyển dịch điện tử n → π* hoặc π → π*. Điện tử π càng linh
động, sự chuyển dịch điện π từ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích thích càng dễ dàng, hiệu
số ∆E giữa hai trạng thái cơ bản và kích thích giảm xuống.
Nhƣ vậy, tất cả những biến đổi cấu trúc nào mà không phá vỡ cấu tạo phẳng của phân tử
và thúc đẩy sự chuyển dịch hệ điện tử π của phân tử thì gây ra sự phân cực của phân tử làm
cho phân tử dễ chuyển sang trạng thái kích thích dƣới tác dụng của các lƣợng tử ánh sáng
vùng khả kiến, nghĩa là tạo điều kiện cho sự xuất hiện màu.
b. Ảnh hưởng của hệ thống nối đôi liên hợp
Trong các hợp chất hữu cơ thƣờng gặp hai loại liên kết cơ bản: liên kết đơn và liên kết
đôi. Để kích động các điện tử trong mối liên kết đơn cần có một năng lƣợng lớn, tƣơng ứng
với năng lƣợng của các tia sóng ngắn nên những hợp chất chỉ chứa một loại liên kết nối đơn
thƣờng không có màu. Ngƣợc lại, các điện tử vòng ngoài của mối liên kết nối đôi do liên kết
với nhân yếu, chúng linh động, nên chỉ cần một năng lƣợng nhỏ cũng đủ kích động, nên
chúng có khả năng hấp thụ các tia sáng có bƣớc sóng lớn hơn trong miền thấy đƣợc của quang
phổ và chúng có màu. Màu phát sinh là do tƣơng tác của các lƣợng tử ánh sáng với các điện
tử trong các phân tử của chất. Đối với các hợp chất hữu cơ, sự xuất hiện màu không phải do
các điện tử của những nguyên tử riêng biệt mà do hệ điện tử trong toàn bộ phân tử. Độ linh
động của hệ này, khả năng dễ dàng thay đổi trạng thái của nó dƣới tác động của các lƣợng tử

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

thái bình thƣờng của chúng. Khi hấp thụ năng lƣợng của các tia sáng thì sự phân bố mật độ
điện tử vòng ngoài của chúng sẽ thay đổi, mật độ điện tử sẽ tăng lên hoặc giảm đi ở những vị
trí nhất định của phân tử. Trong phân tử sẽ có những vị trí tích điện dƣơng và những vị trí tích
điện âm, nói khác đi ánh sáng đã làm phân cực hóa chúng, đây là tính chất chung của tất cả
các hợp chất hữu cơ có màu.
Bảng 1.4 Ví dụ sự chuyển màu do ảnh hưởng nhóm thế [51]

Không màu

Da cam

Không màu

Da cam

17


Những hợp chất hữu cơ chứa trong phân tử hệ thống nối đôi liên hợp sẽ có khả năng
phân cực dễ hơn các hợp chất khác, khả năng này sẽ tăng lên mạnh mẽ khi ở đầu mạch và
cuối mạch có chứa các nhóm thế có khả năng nhận và nhƣờng điện tử. Điều này sẽ làm cho
các điện tử vòng ngoài linh động hơn và hợp chất sẽ có thể hấp thụ đƣợc các tia sáng có bƣớc
sóng lớn hơn và màu sẽ sâu hơn. Các nhóm C=O liên kết với nhau làm cho hợp chất có màu
sậm hơn. Liên kết bền hơn giữa các nguyên tử C thuộc những bộ phận riêng biệt của phân tử
dẫn đến màu sậm hơn và cƣờng độ màu lớn hơn.
d. Ảnh hưởng của sự ion hóa phân tử
Khi trong phân tử của hợp chất hữu cơ có mặt đồng thời các nhóm thế nhận và nhƣờng
điện tử, ngoài khả năng bị phân cực nó còn có khả năng bị ion hóa. Khi này có thể chuyển
miền hấp thụ về phía các tia sáng có bƣớc sóng ngắn hơn hoặc dài hơn, nghĩa là có thể làm
cho hợp chất có màu nhạt đi hoặc sâu màu thêm. Khả năng này có tùy thuộc vào bản chất của

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+

Màu

đỏ

nâu

tím

e. Ảnh hưởng của các nguyên tử khác ngoài cacbon
Khi trong hệ thống nối đôi liên hợp của một hợp chất hữu cơ nào đó ngoài cacbon còn
chứa các nguyên tố khác nhƣ: O, N, S…v.v...; do các nguyên tử này có điện tích hạt nhân và
khoảng cách từ nhân đến các điện tử vòng ngoài khác nhau, khi nằm chung trong hệ thống nối
đôi liên hợp thì các điện tử vòng ngoài này dễ dàng chuyển dịch từ nguyên tử này sang
nguyên tử khác, nghĩa là chúng linh động hơn, nên các hợp chất này sẽ hấp thụ đƣợc các tia
sáng có bƣớc sóng lớn hơn và có màu sâu hơn. Các nhóm nguyên tử có chứa các liên kết
không bão hòa cũng quyết định màu của chất nhƣ các nhóm:
Bảng 1.6 Ví dụ sự chuyển màu do ảnh hưởng của các nguyên tử khác ngoài cacbon [39]
Azo

Nitro

Azometin

Nitrozo

Các nhóm tạo màu cho hợp chất hữu cơ gọi là nhóm hàm sắc. Những nhóm làm tăng
màu cho nhóm hàm sắc gọi là nhóm trợ sắc. Có hai loại nhóm trợ sắc:
Nhóm đẩy điện tử: -OH, -NH2, -SH, -OCH3, -NHCH3, -N(CH3)2
Nhóm hút điện tử: -NO2, -NO, -COCH3
Chỉ sau khi đƣa các nhóm trợ sắc vào thì màu của hợp chất mới trở nên thuần nhất và có

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)

Đỏ

Rễ cây thiên thảo (Châu Á, Châu Âu)
Gỗ đỏ của một số cây vùng nhiệt đới

Đen

Cây vang (Trung Mỹ)

Thuốc nhuộm tự nhiên có các ƣu điểm nhƣ không độc, không gây dị ứng nguy hiểm cho
da, ít gây ô nhiễm với môi trƣờng. Trừ màu xanh chàm và màu đỏ alizarin có độ bền màu cao,
phần lớn thuốc nhuộm tự nhiên có độ bền màu thấp, nhất là với ánh sáng [35]. Hơn nữa hiệu
suất khai thác thuốc nhuộm từ thực vật rất thấp, phải dùng nhiều tấn nguyên liệu mới thu
đƣợc một kilogram thuốc nhuộm, nên giá thành rất cao. Nhƣng nhu cầu và đòi hỏi của con
ngƣời ngày càng tăng và không có giới hạn, cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học
kỹ thuật và đặc biệt trong ngành hóa học, thuốc nhuộm tổng hợp ra đời năm 1856 ở châu Âu.
Sự xuất hiện của thuốc nhuộm tổng hợp dần dần thay thế hoàn toàn thuốc nhuộm tự nhiên bởi
nhiều đặc tính nhƣ dễ tổng hợp và sản xuất với số lƣợng lớn, cho màu sắc đa dạng, độ bền
màu cao và nhiều đặc tính đáp ứng tốt cho nhu cầu công nghiệp[35]. Trải qua nhiều năm phát
triển, thuốc nhuộm tổng hợp ngày càng có nhiều ƣu điểm và khắc phục đƣợc các hạn chế của
thuốc nhuộm tự nhiên vì vậy nó đƣợc sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp dệt nhuộm
trên thế giới. Đến nay hầu hết thuốc nhuộm tự nhiên đều đƣợc thay thế bằng thuốc nhuộm
tổng hợp, số còn lại đƣợc sử dụng trong thực phẩm hoặc để nhuộm vải theo phong tục cổ
truyền.
Những năm gần đây, nhận thức về môi trƣờng cùng những tác hại của thuốc nhuộm
tổng hợp và sự quan tâm của thế giới đến việc bảo tồn tự nhiên, nghiên cứu và phát triển các
sản phẩm có lợi cho môi trƣờng, các giải pháp xanh cho ngành dệt nhuộm; chất màu tự nhiên
đang dần đƣợc nghiên cứu và ứng dụng trở lại. Một số màu cơ bản của thuốc nhuộm tự nhiên
nhƣ màu vàng, đỏ, đỏ tía, xanh chàm hay màu đen…đã đƣợc nghiên cứu và tìm thấy nhiều
trong một số loài thực vật và động vật.

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

Xanh
Indigoid, Indole colorants
Chàm
Màu
Vàng và nâu

- Thuốc nhuộm tự nhiên màu vàng: Tất cả thuốc nhuộm tự nhiên màu vàng đều có nguồn
gốc thực vật. Màu vàng quan trọng hơn cả đƣợc dùng trong nhiều thế kỷ qua là rezeda. Khi
phối nó với màu xanh chàm sẽ nhận đƣợc màu xanh lục gọi là màu Lincon tuyệt đẹp [1]. Màu
vàng hay vàng nâu phải kể đến flavone, polyene, pyran, iso-quinoline. Mỗi phân lớp hóa học
chức nhiều nhóm màu đa dạng, chẳng hạn pyran colorants chứa 2 nhóm lớn là xanhthons và
flavonoids (flavones, isoflavones, flavonols… . Chính điều này đã góp phần tạo ra cho chất
màu tự nhiên sự đa dạng và phong phú.
Công thức màu
vàng Lutein từ
lòng đỏ trứng,
mô mỡ và lá
xanh của loài
hoa cúc vàng
Công
thức
màu vàng của
ớt
Paprika
hay còn gọi
là“tiêu
ngọt”có tên khoa học
là
Capsicum annuum L.

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.

22


Hình 1.18 Công thức cấu tạo của thuốc nhuộm Indigofera tinctoria L [69]

- Thuốc nhuộm tự nhiên màu đen: Thuốc nhuộm tự nhiên màu đen có ý nghĩa thực tế duy
nhất là màu đen campec, nó đã đƣợc biết từ năm 1500, nhƣng đến năm 1812 mới thực sự có ý
nghĩa thực tế khi một nhà hóa học Pháp đã tìm thấy nó có khả năng tạo thành phức không tan
với muối kim loại có màu đen. Khi mới tách từ gỗ campec ra, hợp chất ban đầu có màu đỏ gọi
là hematein, khi kết hợp với muối crôm nó chuyển thành màu đen vì thế mà gỗ campec trở
nên có giá trị. Mặc dù chƣa biết cụ thể cấu tạo của phức kim loại này nhƣng ngƣời ta cho rằng
nó có cấu trúc đại phân tử, trong đó ion crôm liên kết với các phân tử hematein để tạo thành
phức [123]. Màu đen campec đƣợc dùng nhƣ là một thuốc nhuộm đơn, riêng biệt, để nhuộm
tơ tằm, da và một vài vật liệu khác, vẫn có ý nghĩa đến ngày nay.
Ở Việt Nam: Hệ quần thể thực vật nƣớc ta đa dạng và phong phú, đồng bào ở khắp mọi
miền đất nƣớc đã biết sử dụng những thực vật tự nhiên tạo màu dùng trong thực phẩm, dệt
lụa, làm thuốc rất có giá trị về kinh tế và dƣợc lý[1]. Khí hậu nhiệt đới tại Việt Nam và một số
nƣớc trong khu vực rất phù hợp cho nhiều loại thực vật phát triển, một số loài hoa quả trái cây
đƣợc dùng trong công nghiệp thực phẩm nhƣ quả giành giành, bột nghệ để nhuộm màu vàng
v.v…và một số khác dùng trong công nghệ dệt nhuộm. Chƣa có tài liệu nào cho biết niên đại
cụ thể ngƣời Việt Nam biết dùng chất màu tự nhiên, chỉ biết rằng từ thời thƣợng cổ, các dân
tộc Việt Nam đã biết sử dụng thuốc nhuộm lấy từ thảo mộc để nhuộm quần áo, nhuộm tóc,…
Những thập kỷ đầu của thế kỷ này đồng bào thiểu số ở các tỉnh miền núi phía Bắc Bộ đã dùng
lá chàm để nhuộm màu xanh lam; dùng nƣớc chiết từ củ nâu để nhuộm màu nâu tƣơi, khi
nhúng vào bùn ao màu nâu sẽ chuyển thành màu đen rất bền và đẹp do phản ứng tạo phức
giữa thuốc nhuộm và ion kim loại có trong bùn. Ngoài ra để nhuộm nâu và đen ngƣời ta còn
dùng lá bàng, vỏ sú, vỏ vẹt…ở một số vùng Nam Bộ còn dùng nƣớc chiết từ quả mặc nƣa để
nhuộm lót, sau đó nhúng vào bùn sông Hậu sẽ tạo màu đen bền và đẹp. Dƣới đây là một số
loài thực vật đƣợc dùng trong công nghệ dệt nhuộm phù hợp với khí hậu Việt Nam.

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

Trà

Camellia
sinenisi (L)
Kuntza

Nhiệt
đới

Mộc lan

Terminalia
cappa L

Nhiệt
đới

23

Châu Á,
Nam Mỹ

Hạt

Châu Á

Lá

Châu Á

Lá
(tƣơi,
khô)

Màu
nhuộm
Cam,
vàng

Lụa,
Cotton

Vàng,
nâu,
xanh,
đen
Vàng,
nâu


Lụa

Nhiệt
đới

Đông Nam
Á

Nhiệt
đới

ChâuÁ,
Châu Mỹ
Châu Phi
Châu Á
Châu Á,
Châu Phi

Lá,
vỏ

Lụa

Vàng,
nâu

Châu Á

Gỗ

Lụa, da,
đồ gỗ

Đỏ

Châu Á

Nụ
hoa

Châu Á

Củ

Lụa, da,
gỗ

Đỏ
tƣơi,
đỏ, tím

4

Mặc nƣa

Diospyros L
mollis Griff

Mackloeur

5

Chàm

Indigofera L

Chàm

6

Cây lá
móng

Lawsonia
Spinosa L

7

Xà cừ

8

Gỗ vang

9

Đa

Khaya
senegalensis
Caesalpinia
sappan L
Sophora
Japonica L

Nhiệt
đới
Nhiệt
đới

10

Nghệ

Curcuma
Longa L

Nhiệt
đới

11

Hồng
xiêm

Manilkara
zapo L

Nhiệt
đới

12

Trầu
không

Piper betle L

Nhiệt
đới

13

Bạch đàn

Eucalyptus

14

Điệp

15

Củ nâu

Caesalpinia
Pulchernma L
Dioscorea
Girrhose
Lour

Nhiệt
đới

Nam Mỹ,
Việt Nam
Indonesisa,
Đông nam
Á
Australia,

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

Lá

Xanh
lá cây
tƣơi

Vỏ

Lụa,
cotton

Vàng

Củ

cotton

Nâu,
đen

1.3.3 Chất màu tự nhiên có trong vỏ quả măng cụt
1.3.3.1 Sơ lược về măng cụt
Măng cụt có tên khoa học là Garcinia mangosna L, và có các tên gọi khác nhƣ Sơn
Trúc Tử (Trung Quốc), Mangosteen (Anh - Mỹ), Mangousnier (Pháp), Mangkhut (Thái Lan),
là loài cây thuộc họ Bứa Clusiaceae. Nó cũng là loại cây nhiệt đới cho quả ăn đƣợc, rất quen
thuộc tại Đông Nam Á. Quả khi chín có vỏ ngoài dày, màu đỏ tím đậm, ruột trắng ngà và chia
thành nhiều múi có vị chua ngọt có mùi thơm thu hút [11].
Măng cụt có nguồn gốc từ Malaysia và Indonesia, đƣợc trồng từ hàng chục thế kỷ. Cây
này đã đƣợc thuyền trƣởng Cook mô tả khá chi tiết từ năm 1770, và đƣợc đƣa đến Tích-lan
năm 1880, trồng tại Anh trong các nhà kiếng từ năm 1855, sau đó đƣa đến vùng West Indies bờ biển Trung Mỹ từ giữa thế kỷ 19. Ở Việt Nam măng cụt chủ yếu đƣợc trồng ở vùng đồng

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].

Cho đến nay, theo những báo cáo đã đƣợc công bố, đã có hơn 85 hợp chất thứ sinh đƣợc
phân lập từ vỏ quả măng cụt. Trong số đó, có khoảng 68 hợp chất thuộc nhóm xanthon với 3
hợp chất đại diện, phổ biến nhất đó là α-mangostin (1 , β-mangostin (2 , γ-mangostin (3).
Ngoài ra, các thành phần khác của vỏ quả măng cụt đã đƣợc công bố là các flavonoid, các
triterpenoit, các benzophenon, một hợp chất biphenyl, một hợp chất pyrrol và một benzofuran
[12,78,55].
Bảng 1.10 Các dẫn xuất của xanthon từ các phần khác nhau của vỏ quả măng cụt [123]
STT
Tên chất
STT
Tên chất
STT
Tên chất
1

α-Mangostin

15

Mangostenon C

29

Garcimangoson C

2

β-Mangostin

16

Xanthon I

30

Mangostinon

3

γ-Mangostin

17

Calabaxanthon

31

Garcinon B

4

Fuscaxanthon C

18

8-Deoxygarnin

32

Smeathxanthon A

25


5

19

Garcinon A

33

Garcinon E

6

Assiguxanthon-B
trimethyl ete
Cowagarcinon B

20

Garnin

34

Tovophyllin A

7

Garcinon D

21

Cudraxanthon G

35

Thwaitesixanthon

8

Garcinon C

22

36

Garcimangoson B

9

Mangostenon E

23

8-Hydroxycudraxanthon
G
Mangostingon

37

Garcimangoson A

10

Mangostenol

24

1-Isomangostin

38

Mangostenon B

11

6-Deoxy-7demethylmangosnin
Mangosnin

25

39

Tovophyllin B

26

11-Hydroxy-1isomangostin

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]

Sau đó, Dragendorff (1930 và Murakami (1932) làm sáng tỏ cấu trúc mangostin. Yates
và Stout (1958 đã xác định công thức phân tử, kiểu và vị trí của các nhóm thế trong αmangostin. Hơn thế nữa, Dragendorff (1930) cô lập đƣợc β-mangostin, cấu trúc của nó vẫn
chƣa đƣợc làm sáng tỏ. Mãi cho đến năm 1968 (Yates and Bhat, 1968 , Jefferson (1970),
Govindachari và Muthukumaraswamy (1971 cũng đã cô lập đƣợc α-, β-mangostin.
Gần đây, mangosharin cũng đƣợc cô lập từ vỏ măng cụt (Ee et al., 2006 và α-, βmangostins đƣợc cô lập từ rễ của cây Cratoxylum cochinchinense, nó thuộc loại cây bụi thuộc
họ Guttiferae (Laphookhieo et al., 2006).
Bảy loại xanthone mới đƣợc cô lập từ vỏ quả măng cụt năm 1987: 1-isomangostin, 1isomangostin hydrate, 3-isomangostin và 3-isomangostin hydrate (Mahabusarakamet al.,
1987).2-(γ,γ-dimethylallyl)-1,7-dihydroxy-3-methoxyxanthone,
demethylcalabaxanthone,
1,3,7-trihydroxy-2,8-di-(3-methylbut-2-enyl) xanthone và 2,8 bis (γ,γ-dimethylallyl)-1,3,7trihydroxyxanthone đƣợc cô lập từ áo hạt.

26


Gần đây, α- và β-mangostin, 9-hydroxycalabaxanthone, 3- isomangostin, garnin và 8desoxygarnin đƣợc chiết từ vỏ quả măng cụt, xác định và định lƣợng bằng HPLC (Walker,
2007). Xanthones 3-isomangostin, 8-desoxygarnin, garnin, α- và β-mangostins và 9hydroxycalabaxanthone cũng đƣợc xác định bởi phổ UV [20].

Hình 1.21 Một số dẫn xuất của xanhthone: -mangostin; -mangostin; -mangostin [69]

b. Sắc tố vàng của họ flavonoid
Flavonoid là những hợp chất phenol màu thực vật, tạo nên màu cho rất nhiều rau, quả,
hoa... Phần lớn các flavonoid có màu vàng. Tuy vậy, một số sắc tố có màu xanh, tím, đỏ,
không màu cũng đuợc xếp vào nhóm này vì về mặt hóa học, chúng có cùng khung sƣờn căn
bản. Flavonoid có cấu trúc cơ bản là 1,3-diphenylpropan, nghĩa là 2 vòng benzen A và B nối
nhau qua một dây có 3 carbon, nên thƣờng đuợc gọi là C6-C3-C6. Cách đánh số tùy theo mạch
C3 đóng hay hở. Nếu dây C3 đóng thì đánh số bắt đầu từ dị vòng với dị nguyên tố oxygen
mang số 1 rồi đánh tiếp đến vòng A, còn vòng B đánh số phụ. Nếu dây C3 hở, đánh số chính
trên vòng B và đánh số phụ trên vòng A.

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