1 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KHOA HÓA    NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH TANIN TỪ VỎ CÂY KEO LAI VÀ THỬ ỨNG DỤNG ĐẾN MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA DA KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN KHOA HỌC GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải SVTH: Lê Thị Thảo 2 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐH SƢ PHẠM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc KHOA HOÁ NHIỆM VỤ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Lê Thị Thảo Lớp : 08SHH 1. Tên đề tài: “ Nghiên cứu chiết tách tanin từ vỏ cây keo lai và thử ứng dụng đến một số tính chất của da” 2. Nguyên liệu, dụng cụ, thiết bị Nguyên liệu: Vỏ cây keo lai Dụng cụ, thiết bị: cốc thuỷ tinh, bình tam giác, bình cầu, ống sinh hàn hồi lƣu, phễu chiết, bếp đun cách thủy, lò sấy, lo nung, cân phân tích, thiết bị đo độ co của da. 3. Nội dung nghiên cứu + Xác định một số chỉ số nhƣ độ ẩm, hàm lƣợng tro của vỏ cây keo lai. +Nghiên cứu ảnh hƣởng của các yếu tố đến quá trình chiết tách tanin từ vỏ cây keo lai nhƣ nhiệt độ, thời gian, tỉ lệ nƣớc: etanol, tỉ lệ nguyên liệu rắn: dung môi lỏng, . + Phân tích sản phẩm tannin rắn bằng phƣơng pháp HPLC-MS, phổ hồng ngoại IR + Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng của da thuộc. + Đánh giá độ thấm nƣớc của mẫu da thuộc. + Đánh giá thời gian thối rữa của mẫu da thuộc 4. Giáo viên hƣớng dẫn: PGS.TS Lê Tự Hải 5. Ngày giao đề tài: 18/03/2011 6. Ngày hoàn thành: 15/10/2011 Chủ nhiệm khoa Giáo viên hƣớng dẫn (Kí và ghi rõ họ tên) (Kí và ghi rõ họ tên) 3 Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho Khoa ngày tháng năm 2012 Kết quả điểm đánh giá Ngày tháng năm 2012 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (Kí và ghi rõ họ tên) DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Tỉ lệ các chất trong da tƣơi của da trâu, bò sau công đoạn lột mổ 17 Bảng 3.1. Độ ẩm của vỏ keo lai 43 Bảng 3.2. Hàm lƣợng tro của vỏ keo lai 43 Bảng 3.3. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến quá trình chiết tách tanin 44 Bảng 3.4. Ảnh hƣởng của thời gian đến quá trình chiết tách tanin 45 Bảng 3.5. Ảnh hƣởng của tỉ lệ nƣớc: etanol đến quá trình chiết tách tanin 46 Bảng 3.6. Ảnh hƣởng của tỉ lệ nguyên liệu rắn: dung môi lỏng 47 Bảng 3.7. Kết quả phân tích phôt IR 49 Bảng 3.8. Các hợp chất tanin trong vỏ keo lai 52 Bảng 3.9. Nhiệt độ co theo thời gian với nồng độ tanin là 10% 53 Bảng 3.10. Nhiệt độ co theo thời gian với nồng độ tanin là 15% 54 Bảng 3.11. Nhiệt độ co theo thời gian với nồng độ tanin là 20% 54 Bảng 3.12. Nhiệt độ co theo thời gian với nồng độ tanin là 25% 55 Bảng 3.13. Nhiệt độ co theo thời gian với nồng độ tanin là 30% 55 4 Bảng 3.14. Nhiệt độ co theo thời gian với nồng độ tanin là 35% 56 Bảng 3.16. Độ thấm nƣớc của da 58 Bảng 3.17. Thời gian thối rửa da 59 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Một số loại polyphenol thuộc nhóm tanin pyrogallic 6 Hình 1.2. Một số loại polyphenol thuộc nhóm tanin Pyrocatechic 6 Hình 1.3.Cây keo lai 13 Hình 1.4. Cấu tạo cơ bản của da động vật 15 Hình 1.5. Liên kết ngang( crom-protein) trong cấu trúc da wetblue 19 Hình 1.6. Sơ đồ tổng quát của công nghệ thuộc da 20 Hình 1.7. Sơ đồ quy trình công nghệ thuộc da giai đoạn 1 21 Hình 1.8. Sơ đồ quy trình công nghệ thuộc da giai đoạn 2 25 Hình 1.9. Sơ đồ quy trình công nghệ thuộc da giai đoạn 3 28 Hình 1.10. Một số tƣơng tác trong thùng quay 33 Hình 1.11. Sự biến dạng của các mao quản 34 Hình 1.12. Sự khuyếch tán của các hoạt chất vào trong da 34 Hình 1.13. Cơ chế tƣơng tác giữa thuộc da và hoạt chất trong quá trình ƣớt 34 Hình 2.1. Sơ đồ thiết bị đo nhiệt độ co 41 Hình 2.2. Mô hình đo nhiệt độ co lúc da chƣa bị co( đèn chƣa sáng) 42 Hình 2.3. Mô hình đo nhiệt độ co lúc da bị co( đèn sáng) 42 Hình 3.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hiệu suất tách tanin 44 5 Hình 3.2. Ảnh hƣởng của thời gian đến hiệu suất tách tanin 45 Hình 3.3. Ảnh hƣởng của tỉ lệ thể tích nƣớc: etanol đến hiệu suất tách tanin 46 Hình 3.4. Ảnh hƣởng của tỉ lệ nguyên liệu rắn: dung môi lỏng đến hiệu suất tách tanin 47 Hình 3.5. Tanin rắn thu đƣợc sau khi đuổi dung môi nƣớc 48 Hình 3.6. Phổ hồng ngoại của tanin tách từ dung môi dung môi nƣớc. 48 Hình 3.7a. Khối phổ tanin 1 49 Hình 3.7b. Khối phổ tanin 2 50 Hình 3.7c. Khối phổ tanin 3 50 Hình 3.7d. Khối phổ tanin 4 51 Hình 3.7e. Khối phổ tanin 5 51 Hình 3.7. Hình phổ MS của các cấu tử tách đƣợc từ vỏ keo lai 51 Hình 3.8. Ảnh hƣởng của nồng độ và thời gian đến nhiệt độ co của da 57 Hình 3.9. Mẫu da chƣa sử dụng chất thuộc 57 Hình 3.10. Mẫu da thuộc bằng tanin tách đƣợc từ vỏ cây keo lai 57 6 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Công nghệ thuộc da là một trong những ngành khoa học ứng dụng cổ xƣa nhất, hình thành từ buổi sơ khai của lịch sử loài ngƣời. Từ thời nguyên thủy sau khi săn bắt thú, con ngƣời từ nhu cầu bản năng sinh tồn, qua kinh nghiệm sống thực tế và trí thông minh phát triển - sau khi lấy phần thịt làm thực phẩm, dần dần đã biết lột lấy phần da. Sau đó tiến hành các công đoạn sơ chế (ngâm muối, phơi khô, hun khói…) để làm thành những tấm da thuộc đầu tiên, phục vụ cho nhu cầu cuộc sống của bản thân (áo, khố, quần, găng tay, bản đồ…). Theo thời gian, con ngƣời đã biết nâng cao chất lƣợng da thành phẩm bằng cách thuộc da với các chất thuộc khác nhau. Có nhiều phƣơng pháp thuộc khác nhau nhƣ thuộc phèn, thuộc bằng hợp chất của nhôm, thuộc andehit, thuộc bằng hợp chất của crom Với phƣơng pháp thuộc da theo hƣớng dùng các hợp chất vô cơ nhƣ trên đã gây ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng. Trong quá trình thuộc da, phần lớn ngƣời ta phải cho muối crom vào để thay đổi cấu trúc da động vật, tránh nhăn nheo khi thay đổi thời tiết và ẩm mốc khi gặp nƣớc. Vì thế, khoảng 1% khối lƣợng của da phế thải có chứa crom và một khối lƣợng lớn chứa chất gelatin. Crom khi gặp điều kiện thuận lợi dễ chuyển hóa thành crom IV và crom VI, những chất có thể gây tử vong, ung thƣ cho ngƣời và động vật khi tiếp xúc. Thuộc da bằng tanin thảo mộc là phƣơng pháp thuộc đƣợc sử dụng từ rất lâu ở nhiều nơi trên thế giới. Ngƣời ta đã biết đến nó với nhiều công dụng khác nhau nhƣ làm thuốc chữa bệnh, làm sơn lót, làm chất ức chế ăn mòn kim loại thân thiện với môi trƣờng. Tanin cũng đƣợc sử dụng trong một số ngành nhƣ công nghiệp sản xuất đồ uống, làm bền màu trong công nghiệp nhuộm, trong công nghệ thuộc da,… Chất thuộc tanin đƣợc đánh giá là thân thiện với môi trƣờng. Tuy nhiên, ngành thuộc da ở nƣớc ta chƣa khai thác nguồn tanin từ một số loại thực vật trong nƣớc để sử dụng trong quá trình thuộc da mà chủ yếu nhập da thuộc từ các nƣớc khác hoặc thuộc da theo hƣớng sử dụng các chất vô cơ nhƣ các hợp chất của kim 7 loại nặng nêu trên. Quy trình thuộc da theo hƣớng này đang gây ô nghiễm môi trƣờng nghiêm trọng. Với những tiềm năng to lớn của tanin đã nêu trên, và để tận dụng nguồn nguyên liệu chƣa đƣợc khai thác này, đồng thời mong muốn sẽ có nhiều công trình nghiên cứu trên quy mô lớn về khai thác tanin từ vỏ cây keo lai, từ đó nâng cao giá trị sử dụng của cây keo lai, vì vậy tôi chọn đề tài: “ Nghiên cứu chiết tách tanin từ vỏ cây keo lai và thử ứng dụng đến một số tính chất của da” 2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng: Tanin tách đƣợc từ vỏ cây keo lai và khả năng thuộc da của nó Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu quy trình chiết tách tanin; khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình chiết tách và khảo sát ứng dụng làm chất thuộc da của tanin. 3. Mục đích và nội dung nghiên cứu - Xây dựng quy trình chiết tách và nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình chiết tách tanin từ vỏ cây keo lai. - Nghiên cứu ứng dụng làm chất thuộc da của tanin và khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng da thuộc với chất thuộc tanin. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu 4.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết Tổng quan các phƣơng pháp nghiên cứu các đặc điểm sinh thái học của cây keo lai phân loại, tính chất lý hóa học và ứng dụng của tanin, các phƣơng pháp chiết tách hợp chất hữu cơ, các phƣơng pháp phân tích cấu trúc hợp chất hữu cơ. Tổng quan các lý thuyết về công nghệ thuộc da động vật. 4.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm - Phƣơng pháp phân tích định tính: xác định màu sắc, hƣơng vị, trạng thái, … của dịch chiết và sản phẩm tanin. - Phƣơng pháp phân hủy mẩu phân tích để xác định độ ẩm, hàm lƣợng tro. 8 - Phƣơng pháp chiết bằng dung môi có độ phân cực phù hợp để thu tanin và khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình chiết. - Phƣơng pháp phân tích định lƣợng xác định hàm lƣợng tanin (phƣơng pháp Lowenthal). - Phƣơng pháp phổ IR và HPLC-MS định danh các hợp chất poli phenol có trong mẩu tanin rắn. - Phƣơng pháp xử lí số liệu. 5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiến của đề tài 5.1. Ý nghĩa khoa học - Xác định các điều kiện tối ƣu quá trình tách chiết tanin từ vỏ cây keo lai. - Khảo sát ứng dụng vào quá trình thuộc da của sản phẩm tanin thu đƣợc. 5.2. Ý nghĩa thực tiễn - Tìm hiểu các ứng dụng quan trọng của tanin. - Nâng cao giá trị sử dụng của cây keo lai trong đời sống. 6. Cấu trúc luận văn Luận văn gồm 3 phần PHẦN MỞ ĐẦU PHẦN NỘI DUNG Chƣơng 1: Tổng quan lý thuyết Chƣơng 2: Nguyên liệu và phƣơng pháp nghiên cứu Chƣơng 3: Kết quả và thảo luận PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 9 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT 1.1. Tổng quan về tanin 1.1.1. Khái niệm về tanin [3], [6], [11], [12] Từ “tanin” đƣợc dùng đầu tiên vào năm 1976 để chỉ những chất có mặt trong dịch chiết thực vật có khả năng kết hợp với protein của da sống động vật làm cho da biến thành da thuộc không thối và bền. Do đó, tanin đƣợc định nghĩa là những hợp chất hữu cơ thuộc loại polyphenol rất phổ biến ở những thực vật có vị chát. Sở dĩ tanin có tính chất thuộc da là do cấu trúc hoá học của tanin có nhiều nhóm -OH phenol tạo đƣợc nhiều liên kết hydro với các mạch polypeptid của protein trong da. Phân tử tanin càng lớn thì sự kết hợp này càng chặt chẽ. Cuối thế kỉ 18, ngƣời ta tiến hành các thí nghiệm đầu tiên về tách chiết các chất hoạt động từ dung dịch nƣớc sau khi chiết rễ và gỗ các loại cây lá nhọn có tính thuộc da. Sự tách chiết này dựa trên cơ sở liên kết của chúng với các protein trong da, vì vậy chúng có tên “các chất chiết thuộc da” và không bao lâu sau chúng đƣợc thay bằng thuật ngữ “chất thuộc” mà tiếng Latinh gọi là “tanin”. Tất cả các tanin đã biết cho đến nay là các phenol đa phân tử. Khi nung chảy tanin với kiềm thu đƣợc các chất nhƣ: pyrocarechin, axit potorcatechin, pyrogalot, axit galic và phlorogluxin. OH OH OH OH COOH OH OHOH OH OHHO COOH OH HO OH Pyrocatechin Axitpyrocatechic Pyrogallol Acid gallic Phloroglucin 1.1.2. Phân loại tanin [6], [7], [11], [12], [15], [16] Theo Eminlophichse và K.Phoraydangbe, thì tanin đƣợc chia làm hai nhóm chính sau: Nhóm 1: Tanin thủy phân đƣợc hay pyrogalic (galotanin) - Khi thủy phân bằng axit hoặc bằng enzim tanaza thì giải phóng ra đƣờng, thƣờng là glucoza và phần không phải là đƣờng. Cơ sở của phần không phải đƣờng là các axit, cơ sở của phần axit là axit galic. Các axit galic có thể nối với nhau qua dây nối depsit để tạo thành axit đigalic, trigalic. Ngoài axit galic còn gặp axit egalic. 10 - Phần đƣờng và phần không đƣờng nối với nhau theo dây nối este nên ngƣời ta thƣờng coi tanin loại này là những pseudoglycozit. Đặc điểm chính của loại tanin này: - Khi cất khô ở 180-200 o C thì thu đƣợc pyrogalot. - Cho kết tủa bông với chì axetat 10%. - Cho kết tủa màu xanh đen với muối Fe 3+ . - Thƣờng dễ tan trong nƣớc, trong cồn. Cấu trúc một số loại polyphenol thuộc nhóm galotanin đƣợc trình bày ở hình 1.1 Nhóm 2: Tanin không thủy phân đƣợc hay pyrocatechin. -Tanin không thủy phân đƣợc bằng axit, không tan trong nƣớc lạnh, tan trong nƣớc nóng và dung dịch kiềm gọi là chất phlobaphen không tan hay tanin đỏ. - Tanin loại này thƣờng là những chất trùng hợp từ catechin hoặc từ leucoantoxyandin hoặc là những chất đồng trùng hợp của cả hai loại. Đặc điểm chủ yếu của loại tanin này là: - Khi cất khô thì cho pyrocatechin. - Cho kết tủa màu xanh lá cây với muối Fe 3+ - Cho kết tủa bông với nƣớc brom. - Khó tan trong nƣớc. Cấu trúc một số loại polyphenol thuộc nhóm pyrocatechin đƣợc trình bày ở hình 1.2 β-Axit galic 1,2,3,4,6-pentagaloyl-O-D-glucozơ Galoyl este β-1,2,2,3,6-pentagaloyl-O-D-glucozơ [...]... [17], [18], [19], [20], [21] 1.3.1 Cấu tạo và tính chất của da động vật Da nguyên liệu đƣợc sử dụng từ nguồn da động vật sau khi giết mổ - lột da Phần lớn da nguyên liệu đƣợc sử dụng từ da động vật có sừng (trâu, bò…) phần nhỏ da nguyên liệu đƣợc lấy từ da heo, da ngựa, da dê, da động vật bò sát (trăn, rắn, cá sấu…, động vật có lông vũ (đà điểu, gà lôi…, và một số chủng loại khác nhƣ cừu, hƣơu, nai, động... phenol nên tanin có tính kháng khuẩn, bảo vệ cây trƣớc những tác nhân gây bệnh từ bên ngoài 1.2 Tổng quan về cây keo lai [4] 1.2.1 Khu vực phân bố Cây keo lai là thực vật thuộc chi keo có tên khoa học là Acacia hybrid Keo lai là tên gọi tắt để chỉ giống lai tự nhiên giữa keo tai tƣợng với keo lá tràm Cây Keo lai có nguồn gốc ở Australia, và đƣợc trồng phổ biến ở Đông Nam Á Ở Việt Nam cây keo lai đƣợc... thuộc vào nhiều yếu tố: sự tích điện của phân tử protein, mức độ hydrat hóa, nhiệt độ… 1.3.2 Khái niệm thuộc da 1.3.2.1 Khái niệm Thuộc da là một quá trình chế biến da bằng hoá chất để nâng cao chất lƣợng của da sống phục vụ cho nhu cầu của con ngƣời Mục đích của nó là chống lại sự phân huỷ của da động vật Trong quá trình thuộc da, các chất thuộc thâm nhập vào cấu trúc bên trong của da, tƣơng tác và kết... dài, gia tăng tính mềm dẻo, tính đàn hồi và tính chống thấm nƣớc của da thuộc trong quá trình sử dụng Các tác nhân đầu đƣợc đƣa vào cấu trúc bên trong da đóng vai trò nhƣ chất dẻo hóa, chất bôi trơn làm giảm hệ số ma sát giữa các bó sợi colagen… nhờ đó làm tăng độ bền mài mòn của da thành phẩm  Đặc tính hấp thụ dầu vào trong cấu trúc của da phụ thuôc vào độ xốp của da và công đoạn thực hiện ngay trƣớc... làm cho protein của da biến đổi một chiều, giúp da thành phẩm đạt đƣợc các tính chất lý hóa và cơ mới, đảm bảo cho da đƣợc bền hơn dƣới ảnh hƣởng của các tác nhân bên ngoài 1.3.2.2 Mục đích Quá trình thuộc da là tạo cho da đạt đƣợc những tính chất mới mà da sống không có, thích hợp cho việc sản xuất các sản phẩm da theo yêu cầu của con ngƣời 1.3.2.3 Hóa chất Chất thuộc là những hợp chất có những nhóm... este của acid gallic Hình 1.1 Một số loại polyphenol thuộc nhóm tanin pyrogallic Catechin (C) B-1 Epicatechin-(4β->8)-epicatechin Epicatechin (EC) B-2Epicatechin-(4β->8)-catechin Hình 1.2 Một số loại polyphenol thuộc nhóm tanin pyrocatechic 1.1.3 Tính chất của tanin [6], [7], [11], [12], [15], [16] 1.1.3.1 Tính chất vật lí của tanin Ở điều kiện thƣờng, tanin là chất rắn, có màu vàng.Đa số các tanin. .. có tác dụng nhiều mặt: kích thƣớc nhỏ làm nguyên liệu giấy, kích thƣớc lớn sử dụng trong xây dựng, đóng đồ mộc mỹ nghệ, hàng hóa xuất khẩu… Cây Keo lai hiện nay là một trong những loài cây chủ lực trong trồng rừng kinh tế của đa số ngƣời dân và các Công ty Lâm nghiệp So với các loài cây Keo khác nhƣ Keo lá tràm, Keo tai tƣợng thì cây Keo lai có những đặc điểm hơn hẳn về sinh khối, tỷ trọng và độ đồng... đạt từ 27,2-36,0 m3/ha/năm Cho đến nay, có thể khẳng định Keo lai là loại cây không những mang lại lợi ích kinh tế, mà còn có giá trị trong cải thiện môi trƣờng, phủ lại màu xanh cho các cánh rừng 18 Hình 1.3 Cây keo lai 1.2.2 Đặc điểm cây keo lai Keo lai hiện nay là một trong những loài cây chủ lực trong trồng rừng kinh tế của đông đảo ngƣời dân và các Công ty Lâm nghiệp So với các loài cây Keo khác... quản da chuẩn bị môi trƣờng thuận lợi về pH và giảm độ trƣơng nở của da cho việc tiến hành công đoạn thuộc da kế tiếp 29 Làm thay đổi cấu trúc của da, giúp cho da thành phẩm có đƣợc độ mềm mại Làm thay đổi giá trị pH của da và pH của dung dịch Vì da trần đã tẩy vôi và đã đƣợc làm mềm vẫn có chứa một lƣợng vôi có tính kiềm với độ pH cao, cho nên cần phải axit hóa để thay đổi pH của da phù hợp với chất. .. rƣợu và bảo quản rƣợu nho Giá trị của các hợp chất tanin chiết xuất từ thực vật liên tục đƣợc nghiên cứu Gần đây, khi nghiên cứu về dƣợc tính của chè xanh, các nhà khoa học đã tin rằng các chất chống oxi hóa giữ vai trò chủ đạo Chất chống oxi hóa trong chè là polyphenol có hiệu lực gấp 100 lần vitamin C, gấp 25 lần vitamin E (theo kết quả nghiên cứu của Bác sĩ Weisburger) Tanin chiết xuất từ vỏ và hạt . chiết tách tanin từ vỏ cây keo lai và thử ứng dụng đến một số tính chất của da 2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng: Tanin tách đƣợc từ vỏ cây keo. NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH TANIN TỪ VỎ CÂY KEO LAI VÀ THỬ ỨNG DỤNG ĐẾN MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA DA KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN