ในการวิจัยเพื่อพัฒนาสารย้อมสีธรรมชาติในเขตภาคเหนือตอนบนโดยเน้นหนักสีหลักสามสี คือ สีแดง จากรากยอป่าและครั่ง สีเหลืองจากขมิ้น และสีน้ำเงินจากครามและฮ่อม ได้ทำการสกัดสารให้สี แยกบริสุทธิ์ ศึกษาโครงสร้างและสมบัติทางเคมีและกายภาพ ศึกษาการแปรรูปสารให้สีให้อยู่ในรูปที่ใช้งานได้ง่ายและสะดวก แก่การเก็บรักษาและขนส่ง ศึกษาการเตรียมน้ำย้อมและวิธีการย้อมที่เหมาะสมเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ย้อมสีเป็นที่ ยอมรับของผู้บริโภคตลอดจนการใช้น้ำสีอย่างมีประสิทธิภาพนอกจากนี้ยังได้ศึกษาวิธีการเพิ่มผลผลิตสารให้สีโดย การเพาะเลี้ยงเซลล์รากยอป่าและการผลิตสารให้สีจากจุลินทรีย์ ได้ทำการสกัดสารให้สีจากรากยอป่าและขมิ้นด้วยเอทิลอัลกอฮอล์ในชุดสกัดแบบต่อเนื่องและแยกสารให้ สีหลักโดย คอลัมน์โครมาโทกราฟีพบว่า มีปริมาณ 1.5 % และ 5.8 % ของผงพืชบดแห้งตามลำดับ สารให้สี จากครั่งสกัดด้วย 0.5 M Na2CO3 ได้สารให้สีหลักประมาณ 9 % ของน้ำหนักครั่งแห้ง สารให้สีหลักจากคราม และฮ่อมที่ได้จากการหมักด้วยน้ำมีอยู่ประมาณ 2.8 % ของใบพืชสด การศึกษาทางเคมีและกายภาพของสารให้ สีของวัตถุดิบดังกล่าวพบว่า สารให้สีแดงจากรากยอป่าและครั่งเป็นสารกลุ่มแอนทราควิโนนซึ่งมีโครงสร้างเป็นมอ รินโดนและกรดแลคเคอิค ซึ่งมีค่าการดูดกลืนแสงสูงสุดที่ช่วงความยาวคลื่น (?max) 446 และ 518 นาโนเมตร ตามลำดับ ละลายได้ดีในน้ำด่าง อยู่ในสารละลายกรดให้สีเหลืองและส้ม อยู่ในสภาพด่างให้สีแดงและสามารถ ปรับเปลี่ยนเฉดสีโดยการเกิดสารประกอบเชิงซ้อนกับอิออนโลหะหลายชนิดเช่นกับอะลูมิเนียมให้สีแดงส้ม แมกนีเซียมสีม่วงแดง เหล็กให้สีแดงคล้ำออกดำ เป็นต้น มีความคงทนต่อความร้อนและแสง สารให้สีหลักใน ขมิ้นคือ เคอร์คูมิน ละลายได้ดีในน้ำด่าง อยู่ในสารละลายกรดมีสีเหลืองอ่อน สารละลายด่างมีสีเหลืองเข้ม ออกเขียวปนน้ำตาล มีค่า ?max 423 นาโนเมตร มีความคงทนต่อความร้อนแต่ไม่ทนแสง สารให้สีหลักที่สกัด ได้จากครามและฮ่อม คือ อินดิโกทิน ซึ่งมีองค์ประกอบสำคัญอยู่ 2 องค์ประกอบ คือสารให้สีน้ำเงินและสารให้ สีแดง โดยสารให้สีแดงจะมีอยู่เป็นปริมาณมากกว่าสารให้สีน้ำเงินในอัตราส่วน 5:2 และมีความคงตัวใน บรรยากาศได้ดีกว่าสารสีน้ำเงิน สารสีน้ำเงินคืออินดิโกมีค่า ?max 611 นาโนเมตร ละลายได้ดีในคลอโรฟอร์ม และมีความคงทนต่อแสงน้อย ส่วนสารสีแดงมีโครงสร้างเคมีเป็นอินดิรูบิน (indirubin) มีค่า ?max เป็น 535 นา โนเมตร ละลายได้ดีในเมทานอลและคลอโรฟอร์ม มีความคงทนต่อความร้อนและแสงได้ดี การวิเคราะห์เชิงคุณ ภาพและปริมาณของสารช่วยติดสีในใบพืชชนิดต่างๆ ที่นิยมใช้ในการย้อมสีธรรมชาติพบว่า เป็นสารประกอบ แทนนินซึ่งมีอยู่ในปริมาณที่แตกต่างกัน การวิเคราะห์ปริมาณอิออนโลหะในน้ำด่างขี้เถ้าไม้ที่ใช้เตรียมน้ำย้อม พบว่าจะมีปริมาณแคลเซียมอิออนมากที่สุดและมากเป็น 8-9 เท่าของปริมาณโซเดียมอิออนที่เป็นอันดับรองลงมา นอกนั้นก็มีแมกนีเซียม เหล็ก และทองแดงในปริมาณที่ต่ำมาก ดังนั้นน้ำด่างที่ใช้ส่วนใหญ่จึงเป็นแคลเซียมไฮ ดรอกไซด์ ได้ทำการสกัดและแปรรูปสารให้สีโดยสกัดสารสีแดงจากรากยอป่าและสารสีเหลืองจากขมิ้นโดยใช้น้ำด่าง แคลเซียมไฮดรอกไซด์ 10 ลิตรต่อผงพืชบด 1 กิโลกรัม ต้มที่อุณหภูมิ 50-60 ?ซ นาน 1 ชั่วโมง น้ำสีที่ได้นำ ไปฉีดพ่นแห้งด้วยเครื่อง spray dry ส่วนผงพืชที่เหลือสกัดต่อโดยการแช่ในเอทิลอัลกอฮอล์เป็นเวลาอย่างน้อย 3 วัน ก่อนนำมาระเหยแห้งภายใต้ความดันได้เป็นสารสกัดเข้มข้น สีจากครั่งใช้น้ำล้างครั่งน้ำแรกจากโรงงาน ครั่งเม็ดมากรองแล้วฉีดพ่นแห้งด้วยเครื่อง spray dry ส่วนสีจากครามและฮ่อมนั้น นำใบพืชสดมาหั่นใส่ถุงผ้า แล้วหมักน้ำ 1 คืนเติมน้ำด่าง ให้อากาศได้ตะกอนสีแล้วอบแห้ง การแปรรูปสารให้สีผงแห้งจาก spray dry ดูดความชื้นง่ายทิ้งไว้นานเกาะเป็นก้อนแข็งไม่สะดวกต่อการใช้ ตะกอนสีจากครามและฮ่อมในลักษณะเปียกใช้ ยากและมักขึ้นราจึงอบระเหยน้ำออกเกือบแห้ง แล้วนำมาแปรรูปเป็นเม็ดแกรนูลโดยใช้ผงสีละเอียดขนาด 10-30 ไมครอน 300 กรัม ผสมผงแลคโตส 50 กรัม น้ำร้อนต้มเดือดจัด 300 มิลลิลิตร ผสมให้เข้ากันในเครื่องบด ผสมจนได้ของผสมที่มีความหนืดและเหนียวพอที่จะรีดออกมาในสภาพตัวหนอนโดยใช้เครื่องบดผสมเม็ดไข่ปลาที่ มีขนาดรูตะแกรงประมาณ 0.3 เซนติเมตรได้ตัวหนอนที่มีขนาดความยาว 0.8-1.5 เซนติเมตร โดยมีขนาดเส้น ผ่าศูนย์กลาง 0.3 เซนติเมตร อบตัวหนอนให้แห้งที่อุณหภูมิไม่เกิน 60 ?ซ นานประมาณ 20 ชั่วโมงแล้วนำ มารีดผ่านตะแกรงเบอร์ 9 ได้เม็ดแกรนูลขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางเฉลี่ยตั้งแต่ 1.25-3.00 มิลลิเมตร ซึ่งเป็นขนาด ที่เหมาะแก่การละลายเพื่อเตรียมน้ำย้อมและการเก็บรักษา การพัฒนากระบวนการย้อมสีแปรรูปที่ผลิตได้อาศัยการประเมินผลการสำรวจภูมิปัญญาท้องถิ่นเป็นพื้น ฐานและใช้ฝ้ายปั่นมือและฝ้ายเบอร์ 10/1 ที่หาซื้อได้จากร้านค้าในท้องตลาดโดยแบ่งขั้นตอนสำคัญเป็นการเตรียม ฝ้ายก่อนย้อม การเตรียมน้ำย้อม และการย้อม ได้ทดลองหาภาวะที่เหมาะสมและสะดวกในการเตรียมฝ้ายก่อน ย้อมด้วยการทำความสะอาดฝ้ายด้วยวิธีต่างๆ พบว่า การทำความสะอาดฝ้ายด้วยสบู่หรือผงซักฟอกก็เพียงพอ สำหรับเส้นด้ายที่ใช้ทดสอบ การใช้สารช่วยติดสีก่อนย้อมนั้นพบว่าการต้มฝ้ายที่สะอาดแล้วกับน้ำถั่วเหลืองนาน 30 นาที เป็นวิธีที่ทำให้สีติดฝ้ายเข้มและทนกว่าปกติ การเตรียมน้ำย้อมนั้นใช้ผงสีละลายในน้ำด่างแคลเซียม ไฮดรอกไซด์หรือน้ำปูนใส เติม wetting agent เพื่อให้โมเลกุลของสีกระจายตัวในน้ำย้อมได้ดีพาสีซึมเข้าเนื้อฝ้าย ได้สม่ำเสมอทำให้สีไม่ด่างโดยเฉพาะสีจากรากยอป่า และครั่ง ส่วนการย้อมสีน้ำเงินจากครามและฮ่อมนั้นการใส่ กรดซิตริกในน้ำย้อมช่วยให้สีเข้าฝ้ายได้ดีขึ้น การเติมสารช่วยติดสีเช่น แทนนิน เกลือโลหะช่วยทำให้สีติดทน การเติมสารส้มมีอะลูมิเนียมอิออนทำให้ได้สีย้อมที่สดใสขึ้น ถ้าต้องการสีคล้ำเติมเกลือของเหล็ก ได้ทำการ ทดสอบคุณภาพความคงทนของผลิตภัณฑ์ย้อมสีธรรมชาติแปรรูปด้วยวิธีข้างต้นพบว่าความคงทนต่อการซักขัดถู และแสงอยู่ในระดับดียกเว้นสีเหลืองจากขมิ้นความคงทนต่อแสงต่ำเนื่องจากธรรมชาติโมเลกุลของสารให้สีเอง ผล การทดลองใช้น้ำสีอย่างมีประสิทธิภาพพบว่าทำได้โดยคำนวณสัดส่วนของสารให้สีและปริมาณฝ้ายที่จะใช้ย้อมให้ เหมาะสม น้ำสีที่เหลือสามารถใช้ย้อมฝ้ายที่ต้องการสีอ่อนหรือใช้ย้อมวัสดุที่ดูดซับสีได้ดีเช่นเยื่อกระดาษสา เป็นต้นเป็นการช่วยประหยัดสีและลดมลภาวะจากน้ำทิ้งสีย้อมทางอ้อม ได้ศึกษาการเพิ่มผลผลิตสารให้สีจากรากยอป่าโดยการเพาะเลี้ยงเซลล์ราก และกระตุ้นด้วยสารที่ทำให้ เซลล์รากผลิตสารให้สี พบว่าสามารถผลิตสารให้สีได้เป็นสารกลุ่มแอนทราควิโนนเช่นเดียวกับรากต้นยอป่าโดยใช้ เวลาเลี้ยงนานประมาณ 3-6 เดือน ได้เนื้อสีประมาณ 1 % ของน้ำหนักเซลล์แห้ง ซึ่งเป็น 2 ใน 3 ของ ปริมาณที่ได้จากรากต้นยอป่าที่มีอายุการปลูกตั้งแต่ 2-3 ปีขึ้นไป อย่างไรก็ตามการสกัดสีจากเซลล์รากทำได้ ง่ายและมีสิ่งเจือปนน้อยกว่าสีสกัดจากรากต้นยอป่า การศึกษาการเพิ่มผลผลิตสีธรรมชาติจากจุลินทรีย์นั้นได้ทำ การแยกจุลินทรีย์ที่ผลิตสีจากแหล่งธรรมชาติและอาหารหมัก สามารถแยกจุลินทรีย์ได้ทั้งหมด 81 ไอโซเลท ประกอบด้วยยีสต์ที่ให้สีชมพู ชมพูแดง และชมพูอมส้มได้ทั้งหมด 73 ไอโซเลท และสามารถแยกยีสต์ที่ให้สีดำ 3 ไอโซเลท 4 ไอโซเลทเป็นรา และอีก 1 ไอโซเลทเป็นแบคทีเรียที่ผลิตสารสีแดง ผลการวิเคราะห์สารให้สีด้วยวิธี ทางเคมีพบว่าสารสีชมพูอมแดงและชมพูอมส้มที่ผลิตโดยยีสต์เป็นสารพวกคาร์โรทินอยด์ (carotenoid) และฟลา โวนอยด์ (flavonoid) สารสีดำเป็นเมลานิน (melanin) เชื้อรา 2 ไอโซเลทผลิตสารในกลุ่ม naphthoquinone และ 1 ไอโซเลทผลิตสารในกลุ่ม แอนทราควิโนนและฟลาโวนอยด์ สารสีแดงจากแบคทีเรียเป็นสารในกลุ่ม tripyrrole สารกลุ่มคาร์โรทินอยด์มีความคงทนน้อยในบรรยากาศไม่เหมาะสำหรับใช้เป็นสีย้อมธรรมชาติ ส่วนสารสีแดงจาก แบคทีเรียมีความคงทนต่อบรรยากาศได้ดีมีแนวโน้มสูงในการใช้เป็นสีย้อมธรรมชาติจึงได้เลือกเพื่อศึกษาการเพิ่ม ปริมาณการผลิต การสกัดและการทดลองย้อมเพื่อพัฒนาเป็นสีธรรมชาติแปรรูปต่อไป The research and development of natural dyes in upper north region emphasized on three main colours, the red colour from the root of Morinda angustifolia Roxb. var. scabridula Craib. and lac dye, the yellow colour from Curcuma longa Linn, and indigo blue from Indigofera tinctoria Linn. and Baphicacanthes cusia Brem. The dyestuffs were extracted, purified, analyzed the chemical structures and studied the chemical and physical properties. Modification of the dyestuff into the form that easy to use and store was studied along with the development of a suitable dyeing process of each colour to get the acceptable quality of the dyed products and the effective use of the dyestuff. Increasing of the production of natural dyes by morinda root cells cultures and pigmented microorganisms were also studied. The dyes were extracted from madder farn’s root and turmeric with ethyl alcohol in Soxhlet’s apparatus and major components of the dyes were separated by column chromatography which contained 1.5 % and 5.8 % w/w of dry plant powder respectively. The lac dye was extracted by 0.5 M Na2CO3 which gave dyestuff about 9 % w/w of the dry stick lac. The major components of the dye from indigo and indigo room were obtained by fermenting the fresh leaves in water over night which contained about 2.8 % w/w of the fresh leaves. Chemical and physical studies of the extracted dyes indicated that the dyes from madder farn’s root and stick lac were in the group of anthraquinone which had chemical structure as morindone and laccaic acid with the maximum absorption (?max) at 446 and 518 nm respectively. They dissolved well in alkali solution. They were yellow and orange in acidic solution and turned to red in alkali solution. They could also change the colour shade by complex formation with metal ions such as with aluminium ion gave orange-red, with magnesium gave violet-red and iron gave deep red to black. They were stable to heat and light. The major component of the turmeric dye was curcumin which dissolved well in alkali solution with brownish-yellow and pale yellow in acidic solution. It had ?max at 423 nm. It was stable to heat but not to light. Indigotin was the major dye extracted from indigo and indigo room. It contained two major components with blue and red colour. The amount of the red component was higher than the blue one in the ratio of 5:2 and it was more stable to the atmosphere than the blue colour, The blue component was found to be indigo with ?max at 611 nm, dissolved well in chloroform and was less stable to light. The red component had chemical structure as indirubin with ?max at 535 nm. It dissolved well in both methanol and chloroform and could be stable to heat and light. Analysis of mordant in plants’leaves which normally used in dyeing of natural dyes found that they contained tannin in different quantities. Analysis of metal ions in alkali solution made from wood ash found calcium ion in the most abundant which was 8-9 times of the amount of sodium ion. It also contained magnesium, iron and copper ions in trace amount. Therefore, alkali solution which nomally used in dyeing process could be calcium hydroxide. Extraction and modification of the dyestuffs were performed by extracting the red pigment from madder farn’s root and yellow pigment from Turmeric with 10 L of calcium hydroxide solution pH 9 per 1 kg of dry plant powder and warmed at 50-60?C for 1 h. The extracted dye solution was passed through spray dryer to get dye powder and the residue of the plant powder was soaked in ethyl alcohol for at least 3 days before evaporating to dryness by rotary evaporator. The lac dye powder was obtained by spray drying of the first washed solution of stick lac from the industry producing seed lac. Indigo paste was obtained by fermenting the crushed leaves of the indigo and indigo room in water over night and aerated the extract in calcium hydroxide solution. The dyestuffs powder was granulated by using 300 g of fine powder (10-30 micron), 50 g of lactose and 300 ml of boiled water and mixed well until the mixture was sticky enough to be extruded through the sinter with the holes of 0.3 cm in diameter. The sizes of the granules were 0.8-1.5 cm in length with diameter of 0.3 cm. The granules then were dried in the oven at 60 ?C for 20 h and pressed on the sinter no. 9 to get granulated dye stuffs with average diameter between 1.25-3.00 mm which was the suitable size for dissolving in the preparation of dye solution as well as for storing with long shelf life. Development of the dyeing process for the modified dyestuffs based on the evaluation of the methods obtained from the local knowledge on natural dye dyeing. Two kinds of cotton yarns, hand spun yarn and yarn no. 10/1 were used and they were all commercial available. The method was devided into 3 main steps, preparation of cotton yarn, preparation of dye solution and dyeing. The optimum and convenient conditions for cleaning and mordanting the yarn prior to dyeing were studied and found that cleaning the cotton yarn by boiling in water with soap or detergent was enough for the tested yarn. Premordanting of the cleaned cotton yarn with soya bean milk resulted in markedly increase in the dye uptake in all cases compared to the corresponding untreated yarn and the pretreated yarns with various mordants. The dye solution was prepared by dissolving the dye stuff in calcium hydroxide solution (pH~9) in the present of wetting agent which made good distribution of the dye molecules in the dye bath led to evenly dye absorption into the yarn especially the dye from madder farn and lac dye. Addition of citric acid into the indigo dye solution resulted in the good uptake of the dye and addition of some mordant such as tannin or metallic salts significantly affected the shade values of the dyed cotton yarns. Good wash and light fastness were met by this dyeing process. The effective used of the dye solution was done by calculating the suitable amount of the dye stuff per the amount of cotton yarn, reused the left dye solution for dyeing the new yarn which needed pale colour or some materials that had high capacity in absorption of the dye such as the fibre of Sa paper. The increase production of the red dye from the Morinda angustifolia Roxb. var. scabridula Craib. was obtained by culturing the root cells in suitable agar medium and could produce the same anthraquinone pigment as in the root of madder plant. Root cells cultured for 3-6 months could produce the red dye about 1 % w/w of dry cells which was 2:3 of the amount found in the root of 2-3 years plant. Extraction of the dye from root cells cultured was also easier. Another alternative way to increase the production of natural dyes by pigmented microorganisms was also studied. Eighty-one isolates of pigmented microorganisms were isolated from natural sources, 73 isolates of yeasts produced carotenoids and some isolates could also produce flavonoid, 3 isolates of yeasts produced melanin, 4 isolates of molds produced naphthroquinone, anthraquinone and flavonoid and one isolate of bacterium produced red pigment in pyrrole group. The carotenoid pigments were less stable to the atmosphere and were not suitable for dyeing. The red pigment from bacterium was easy to be extracted and stable to the atmosphere indicated high potential for using as natural dye. This bacterium was selected for studying the increase production of the dye, extraction and modification of the dyestuff.