CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về trích ly 1.1 Khái niệm Trích ly là quá trình tách hoàn toàn hay một phần chất hòa tan trong hỗn hợp chất lỏng hay chất rắn đồng nhất bằng một chất lỏng khác – gọi là dung môi. Dung môi trích ly gọi là dung môi thứ cấp, dung môi chứa chất hòa tan gọi là dung môi sơ cấp. Nếu quá trình tách chất hòa tan trong chất lỏng bằng một chất lỏng khác thì gọi là trích ly lỏng – lỏng, nếu quá trình tách chất hòa tan trong chất lỏng bằng chất rắn thì gọi là trích ly rắn – lỏng [1].2 Các yếu tố ảnh hưởng Trích ly chất màu tự nhiên ứng dụng trong công nghệ nhuộm là quá trình trích ly rắn – lỏng là phương 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 [1]. Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng tới quá trình trích ly, nhưng tác động chủ yếu đến từ các yếu tố: 1.1 Dung môi Lựa chọn dung môi để trích ly: muốn trích ly hợp chất ra khỏi thực vật cần chọn dung môi thích hợp.
Chọn dung môi có tính trung tính, không độc, không quá dễ cháy, hòa tan được hợp chất cần khảo sát, sau khi trích ly xong dung môi đó có thể được loại bỏ dễ dàng [1]. Tính phân cực của dung môi: cơ sở để lựa chọn dung môi để chiết là tính phân cực của các hợp chất chứa trong nguyên liệu và độ phân cực của dung môi. Phân biệt dung môi theo độ phân cực theo bảng sau [1]: 4 Bảng 1.1 Các dung môi có độ phân cực tăng dần theo tham số Snyder E0 Nhiệt độ sôi Độ nhớt Bước sóng hấp Tên dung môi (Al2O3) (oC) (mN.m-2) thu UV (nm) Cychlorhexan 0.2 Các phương pháp trích ly Ngoài lựa chọn dung môi, để tối ưu hiệu suất trích ly hợp chất mang màu ra khỏi thực vật thì cần lựa chọn phương pháp trích ly phù hợp. Mỗi phương pháp trích ly có ưu và nhược điểm riêng, tùy thuộc vào hợp chất hữu cơ cần trích ly ta lựa chọn phương 5 pháp thích hợp sao cho đạt hiệu quả cao nhất.
Các phương pháp trích ly thường được sử dụng là: sự ngấm kiệt (percolation), sự ngâm dầm (maceration), trích ly bằng hệ thống chiết soxhlet… ngoài ra một số nghiên cứu còn sử dụng phương pháp trích ly sử dụng vi sóng, lôi cuốn hơi nước, chất lỏng siêu tới hạn (supercritical fluid method)… [1].2 Chất màu tự nhiên 1.1 Lịch sử phát triển Thuốc nhuộm tự nhiên đã được sử dụng trong hầu hết các nền văn minh cổ đại trên thế giới, như Ấn Độ, Trung Quốc, Mesopotamia, Ai Cập, Hy Lạp, Aztec và các quốc gia khác. Việc sử dụng thuốc nhuộm tự nhiên cho thẩm mỹ và các mục đích khác đã xuất hiện từ ít nhất 15000 năm trước được biết đến từ việc phát hiện ra đất son đỏ trong các khu chôn cất cổ xưa. Nghệ thuật nhuộm vải được cho là xuất hiện từ năm 3000 trước Công nguyên ở Trung Quốc và 2500 trước Công nguyên ở Ấn Độ. Ở Trung Quốc, nhuộm bằng thực vật, vỏ cây và côn trùng đã được truy nguyên từ hơn 5000 năm trước.
Thuốc nhuộm tự nhiên lâu đời nhất và được sử dụng rộng rãi nhất là Indigo (Chàm), kể từ 4000 năm trước, nó đã được biết đến ở Ấn Độ. Từ thời đại đồ đồng, một loại thuốc nhuộm màu xanh được gọi là “woad” đã được sử dụng ở các nước Bắc Âu như Đan Mạch, Estonia, Phần Lan, Ireland và Vương quốc Anh, v. Một loại thuốc nhuộm cổ xưa khác – màu tím Tyrian có nguồn gốc từ vỏ sò Địa Trung Hải thuộc giống Purpura và Murex, đây có lẽ là thứ thuốc nhuộm đắt nhất trong lịch sử. Màu tím Tyrian đầu tiên có thể được sử dụng bởi người Phoenicia cổ đại vào đầu năm 1570 trước Công nguyên [2].
Thuốc nhuộm gốc thực vật như woad (Isatis tinctoria), chàm, saffron và madder đã được nuôi trồng và là hàng hoá thương mại quan trọng trong các nền kinh tế Châu Á và Châu Âu. Các loại thuốc nhuộm như lông chim và gỗ của cây huyết mộc (Haematoxylum campechianum) đã được các hạm đội hoàng gia của Tây Ban Nha mang đến châu Âu, và sau đó thuốc nhuộm của châu Âu được vận chuyển từ các nước thuộc địa đến Mỹ [3]. 6 Sau đó, những người nghệ nhân đã phát hiện ra được tính thuần khiết và sự biến đổi tinh tế của màu sắc mà thuốc nhuộm tự nhiên mang lại. Nó có màu êm dịu và thuần sắc.
Thuốc nhuộm tự nhiên đã được những người làm nghề nhuộm và ngành nghề thủ công bão quản để sử dụng. Từ đó, các kỹ thuật nhuộm tự nhiên được bão quản bởi các nghệ nhân trong các nền văn hoá truyền thống trên thế giới [3].2 Một số thuốc nhuộm thiên nhiên Thuốc nhuộm thiên nhiên có nguồn gốc từ thực vật và động vật nhưng chủ yếu lấy từ thực vật. Năm 1856, thuốc nhuộm tổng hợp ra đời và gần như thay thế hoàn toàn thuốc nhuộm tự nhiên vì đặc tính dễ được tổng hợp, sản xuất với số lượng lớn, cho màu sắc đa dạng, độ bền màu cao và nhiều đặc tính đáp ứng được cho nhu cầu công nghiệp.Hiện nay loại thuốc nhuộm này chủ yếu được dùng làm màu thực phẩm hoặc nhuộm vải ở một số dân tộc ít người theo phương pháp cổ truyền vì có độ bền màu với ánh sáng thấp, màu sắc không phong phú, hiệu suất khai thác thuốc nhuộm còn rất thấp, giá thành cao [2]. Gần đây, tác động của ngành nhuộm cũng như tác hại của thuốc nhuộm tổng hợp tới môi trường ngày càng được quan tâm.
Vì vậy, thuốc nhuộm thiên nhiên đang được thế giới nói chung cũng như Việt Nam nói riêng quan tâm nghiên cứu và ứng dụng. Các màu cơ bản như đỏ, vàng, đen, xanh chàm…đã được nghiên cứu và tìm thấy nhiều trong một số loài thực vật và động vật [4].2 Danh mục một số màu tự nhiên tiêu biểu Màu Phân lớp hóa học Các tên gọi thông thường Màu vàng, vỏ để lấy thuốc nhuộm vàng, gỗ Vàng và nâu Flavone Fustic, Osage, hoa Chamomile, Tesu, Dolu, Cúc vạn thọ, Cutch Iso-quinoline dyes, Vàng Polyene colorants, Pyran Barberry, be-carotene, lycopene … gentisin colorants Cam-vàng Chromene Cây gỗ vang Nâu và màu Naphthochinone Cây lá móng, gỗ hồ đào, Alkanet, Pitti tía -xám Chinone, Anthrachinone, Nhựa cây màu đỏ, màu cánh kiến, rể có chất Đỏ Chromene đỏ dùng làm thuốc nhuộm Màu tía và Benzophyrone Cây gỗ vang đen Indigoid, Indole Xanh Chàm colorants 1.3 Tổng quan về cà phê 1.1 Giới thiệu về cà phê Cà phê là mặt hàng nông sản quan trọng nhất trên thế giới và chỉ đứng sau xăng dầu về giá trị thương mại toàn cầu. Theo Tổ Chức Cà phê Quốc tế, khoảng 120 triệu bao cà phê được được sản xuất hàng năm trên toàn thế giới, tương ứng với hơn 7 triệu tấn hạt cà phê mỗi năm. Một số loài trong chi Coffee họ Rubiaceae, chi Coffee arabica và Coffee canephora robusta được nuôi trồng để sản xuất thương mại.
Trong đó Arabica và Robusta chiếm 70-75% tổng sản lượng [35].2 Đặc tính của cà phê Thân cây, lá, rễ cà phê: Nếu để cây phát triển tự nhiên thì cà phê chè có thể cao đến 6m, cà phê vối 8-10m, cà phê mít 15m. Tuy nhiên trong điều kiện trồng tập trung, người ta thường hãm ngọn ở chiều cao 2-4m. Lá cà phê hình oval thon dài, mặt trên xanh bóng màu đậm, mặt dưới nhạt màu hơn, cuống lá ngắn. Cách gọi cà chè, cà vối, 8 cà mít cũng từ hình dáng lá mà ra.
Rễ cà phê thuộc dạng rễ cọc, đâm sâu vào đất 1 – 2m, bên cạnh đó còn có hệ thống rễ phụ tỏa ra xung quanh, nằm sát mặt đất để hút chất dinh dưỡng. Hoa cà phê: Hoa cà phê có màu trắng, 5 cánh, thường nở thành chùm. Nếu để tự nhiên hoa sẽ nở rải rác quanh năm, trong trồng trọt người ta thường tiến hành tưới vào đầu mùa khô để kích thích hoa ra đồng loạt. Hoa nở kéo dài 3-4 ngày, thời gian thụ phấn chỉ vài giờ đồng hồ.
Khi hoa nở có mùi thơm rất dễ chịu. Nếu có dịp du lịch Tây Nguyên vào mùa tưới cà phê, bạn sẽ dễ dàng bắt gặp hình ảnh những trang trại cà phê đồng loạt nở hoa trắng xóa, tỏa hương thơm ngào ngạt. Quả cả phê: Sau khi thụ phấn quả sẽ phát triển trong 7 đến 9 tháng và có hình bầu dục, bề ngoài giống như quả anh đào. Trong thời gian chín, màu sắc của quả thay đổi từ xanh sang vàng rồi cuối cùng là đỏ.
Thông thường một quả cà phê chứa hai hạt. Chúng được bao bọc bởi lớp thịt quả bên ngoài. Hai hạt cà phê nằm ép sát vào nhau. Mặt tiếp xúc giữa chúng là mặt phẳng, mặt hướng ra bên ngoài có hình vòng cung.
Mỗi hạt còn được bão vệ bởi hai lớp màng mỏng: một lớp màu trắng, bám chặt lấy vỏ hạt; một lớp màu vàng rời rạc hơn bọc ở bên ngoài. Hạt có thể có hình tròn hoặc dài, lúc còn tươi có màu xám vàng, xám xanh hoặc xanh. Thỉnh thoảng cũng gặp nhưng quả chỉ có một hạt (do chỉ có một nhân hoặc do hai hạt bị dính lại thành một) [7].1 Vỏ hạt cà phê Phần vỏ (Skin) gồm 2 lớp: Lớp vỏ quả (Outer Skin): Vỏ quả được hình thành bởi một lớp tế bào nhu mô nhỏ (các tế bào sơ cấp có chứa lục lạp và có khả năng hấp thụ nước). Màu sắc của vỏ quả khi bắt đầu hình thành có màu xanh lá cây do sự hiện diện của lục lạp sau đó biến mất khi quả chin [8].
Màu sắc khi trưởng thành còn phụ thuộc vào từng giống cà phê, nhưng phổ biến nhất là màu đỏ hoặc màu vàng. Màu da đỏ đến từ các sắc tố anthocyanin, trong khi màu vàng được quy cho luteolin [7]. Lớp vỏ thịt (Pulp or Mucilage). Trong quả cà phê chưa chín, đây là các mô cứng gắn liền với vỏ quả, khi quả trưởng thành, các enzyme pectolytic sẽ phá vỡ các chuỗi 9 pectic tạo thành các hợp chất đường và pectin làm nên một cấu trúc mềm, mọng nước có độ nhớt cao nên thường được gọi là chất nhầy (Mucilage).
Trong phương pháp chế biến ướt, lớp chất nhầy này được loại bỏ thông qua quá trình lên men có kiểm soát. Trong khi đó, với kỹ thuật chế biến khô, chất nhầy cùng với vỏ ngoài được giữ nguyên trong quá trình sấy khô. Thành phần hóa học của vỏ thịt là vô cùng quan trọng vì nó là tiền thân của hương vị và mùi thơm của cà phê rang.