Verbeterde fotoluminescentie van Curcuma longa-extracten via chitosan-gemedieerde energieoverdracht voor textielauthenticatietoepassingen

Namaak wordt beschouwd als een plaag in wijdverbreide industrieën over de hele wereld. De snelle toename van namaakproducten op de markt veroorzaakt een economische ravage, die het levensonderhoud van de primaire uitvinder belemmert 1,2,3,4,5,6. Dit werd in 2020 7 naar voren^{gebracht naar aanleiding} van de aanhoudende bezorgdheid over opkomende namaakproducten, zoals blijkt uit de toenemende trend van publicaties die het trefwoord antinamaak of namaak in hun titels bevatten. Sinds de laatste melding in 2019 is er een aanzienlijke toename van het aantal publicaties in verband met namaak, wat erop wijst dat er aanzienlijke inspanningen worden geleverd om de productie en distributie van frauduleuze goederen te bestrijden. Aan de andere kant kan het ook behoorlijk verontrustend zijn, aangezien het de vooruitgang van de namaakindustrie betekent, die naar verwachting zal aanhouden als deze niet effectief wordt aangepakt. De textielindustrie is niet geïsoleerd van dit probleem, aangezien de aanwezigheid van namaaktextielproducten ernstige gevolgen heeft gehad voor het levensonderhoud van onder meer echte verkopers, fabrikanten en wevers ^3,8. Zo werd de textielindustrie in West-Afrika lange tijd beschouwd als een van de belangrijkste exportmarkten ter wereld. Er werd echter gemeld⁹ dat ongeveer 85 % van het marktaandeel in handen is van gesmokkeld textiel dat inbreuk maakt op West-Afrikaanse textielmerken. De effecten van namaak zijn ook gemeld in andere continenten zoals Azië, Amerika en Europa, wat aangeeft dat deze crisis een oncontroleerbaar niveau heeft bereikt en een aanzienlijke bedreiging vormt voor de toch al worstelende textielindustrie 2,3,4,10,11,12.

Met de snelle vooruitgang van wetenschap, technologie en innovatie namen onderzoekers de rol op zich om functionele materialen te ontwikkelen met het oog op anti-namaaktoepassingen. Het gebruik van geheime technologie is een van de meest voorkomende en effectieve benaderingen om de productie van frauduleuze goederen tegen te gaan. Het gaat om het gebruik van fotoluminescente materialen als veiligheidskleurstoffen die een specifieke lichtemissie vertonen wanneer ze worden bestraald door verschillende golflengten^13,14. Sommige fotoluminescente kleurstoffen die op de markt verkrijgbaar zijn, kunnen echter toxiciteit veroorzaken bij hoge concentraties, waardoor ze een bedreiging vormen voor de menselijke gezondheid en het milieu^15,16.

Kurkuma (Curcuma longa) is een essentiële plant die wordt gebruikt in talloze toepassingen, zoals verven, smaakstoffen, medicijnen, cosmetica en textielkleurstoffen¹⁷. In de wortelstokken zijn van nature voorkomende fenolische chemische verbindingen aanwezig die curcuminoïden worden genoemd. Deze curcuminoïden omvatten curcumine, demethoxycurcumine en bisdemethoxycurcumine, waarvan curcumine het hoofdbestanddeel is dat verantwoordelijk is voor de levendige gele tot oranje kleur en de eigenschappen van kurkuma¹⁸. Curcumine, ook wel bekend als 1,7-bis(4-hydroxy-3-methoxyfenyl)-1,6-heptadieen-3,5-dion^19,20 met een empirische formule van C₂₁H₂₀O 6, heeft veel aandacht getrokken op biomedisch en farmaceutisch gebied vanwege zijn antiseptische, ontstekingsremmende, antibacteriële en antioxiderende eigenschappen 17,18,21,22,23. Interessant is dat curcumine ook spectrale en fotochemische eigenschappen bezit. Bijzonder opmerkelijk zijn de intense fotoluminescente eigenschappen wanneer ze worden blootgesteld aan ultraviolette (UV) excitaties die slechts door enkele onderzoeken zijn onderzocht 19,24,25. Gezien deze kenmerken, in combinatie met zijn hydrofobe aard en niet-toxische eigenschappen, komt curcumine naar voren als een ideale kleurstof voor authenticatiemarkeringen.

De extractie van curcumine uit kurkuma werd voor het eerst gemeld in de vroege jaren 1800. In de afgelopen eeuwen zijn tal van extractiemethoden en -technieken bedacht en verbeterd om een hogere opbrengst te bereiken 26,27,28,29,30,31,32,33. Conventionele oplosmiddelextractie is een veelgebruikte benadering, omdat er organische oplosmiddelen zoals ethanol, methanol, aceton en hexaan worden gebruikt om curcumine te isoleren uit kurkuma^34,35. Deze methode is geëvolueerd door aanpassingen, in combinatie met meer geavanceerde technieken zoals microgolf-geassisteerde extractie (MAE)18,36,37, Soxhlet-extractie ^38,39, enzym-geassisteerde extractie (EAE)^39,40 en ultrasone extractie³⁶, onder andere om de opbrengst te verhogen. Over het algemeen is de oplosmiddelextractiemethode toegepast voor natuurlijke kleurstofextractie vanwege de veelzijdigheid, het lage energieverbruik en de kosteneffectiviteit, waardoor het ideaal is voor schaalbare industrieën zoals textiel.

Curcumine is geïntegreerd als natuurlijke kleurstoffen voor textiel vanwege de opvallende gele tint. De slechte adsorptie van natuurlijke kleurstoffen aan textielvezels vormt echter een uitdaging die de commerciële levensvatbaarheid ervan belemmert⁴¹. Beitsmiddelen, zoals metalen, polysachariden en andere organische verbindingen, dienen als gemeenschappelijke bindmiddelen om de affiniteit van natuurlijke kleurstoffen met de stof te versterken. Chitosan, een polysacharide afgeleid van schaaldieren, wordt op grote schaal gebruikt als alternatief beitsmiddel vanwege de overvloed in de natuur, biocompatibiliteit en wasbestendigheid⁴². Deze studie rapporteert een gemakkelijke en ongecompliceerde aanpak bij het voorbereiden van authenticatiemarkering op basis van curcumine. Ruwe curcumine-extracten werden verkregen via de sonicatie-ondersteunde oplosmiddelextractiemethode. De fotoluminescente eigenschappen van de geëxtraheerde curcumine werden uitgebreid onderzocht op textielsubstraten en verder verbeterd met de introductie van chitosan als beitsmiddel. Dit toont het aanzienlijke potentieel aan als een natuurlijk afgeleide fotoluminescente kleurstof voor authenticatietoepassingen.