Tổng quan về nghề sản xuất lụa tơ tằm
1.1.1 Lịch sử hình thành nghề sản xuất lụa tơ tằm
Lụa là loại vải mịn, mỏng được dệt từ tơ, với chất lượng tốt nhất đến từ tơ tằm Quy trình sản xuất lụa bắt đầu từ việc nuôi tằm (Bombyx mori) để thu hoạch tơ Nghề dệt lụa có nguồn gốc từ Trung Quốc và đã tồn tại từ rất lâu đời Trước đây, lụa được xem là hàng hóa xa xỉ, chỉ dành cho tầng lớp thượng lưu trong xã hội.
Nghề dệt lụa bắt nguồn từ Trung Quốc, có thể đã xuất hiện từ khoảng năm 6000 TCN, nhưng chắc chắn đã có vào năm 3000 TCN Lụa nhanh chóng trở thành hàng cao cấp nhờ độ bền và vẻ đẹp óng ánh, dẫn đến nhu cầu cao và phát triển thành ngành thương mại xuyên quốc gia Vào tháng 7 năm 2007, các nhà khảo cổ phát hiện những mẫu vải lụa tinh xảo trong một ngôi mộ ở tỉnh Giang Tây, có niên đại khoảng 2500 năm Bằng chứng đầu tiên về mua bán tơ lụa là sợi tơ tìm thấy trong tóc của một xác ướp Ai Cập Lụa đã được đưa tới Ấn Độ, Trung Đông, châu Âu và Bắc Phi qua con đường tơ lụa nổi tiếng.
Các vị vua Trung Hoa đã nỗ lực bảo vệ bí mật nghề nuôi tằm để duy trì sự độc quyền của mình Tuy nhiên, nghề này đã được người Triều Tiên tiếp nhận vào khoảng năm 200 TCN, tiếp theo là người Khotan cổ vào nửa đầu thế kỷ 1 CN và người Ấn Độ vào khoảng năm 300 CN.
Nghề chăn tằm và ươm tơ tại Việt Nam có nguồn gốc từ thời vua Hùng Vương thứ 6, do công chúa Thiều Hoa khởi xướng, theo thần tích làng Cổ Đô, huyện Ba Vì Dân làng, với tay nghề dệt lụa nổi bật, đã tôn vinh Thiều Hoa là thành hoàng Sách Hán Thư cũng ghi nhận rằng người Lạc Việt không chỉ biết trồng dâu nuôi tằm mà còn cho biết "một năm có hai vụ lúa, tám lứa tằm".
1.1.2 Nghề dệt lụa tơ tằm ở Quảng Nam
Quảng Nam được coi là cái nôi của nghề trồng dâu nuôi tằm và ươm tơ dệt lụa, nổi bật với đất đai phì nhiêu Theo Lê Quý Đôn, vùng đất này là nơi có tiềm năng nông nghiệp phong phú nhất.
Hoa, Điện Bàn nổi tiếng với nghề dệt vải lụa và các sản phẩm thủ công mỹ nghệ tinh xảo Giáo sĩ Alexandre de Rhode trong cuốn "Hành trình và truyền giáo" đã ghi nhận rằng khu vực này có nguồn tơ lụa phong phú, đến mức người dân còn sử dụng để đan lưới và bện dây thuyền.
Nhà truyền giáo Christophoro Borri trong cuốn “Xứ Đàng Trong năm 1621” ghi nhận rằng lụa ở Đàng Trong dư thừa, đủ để người dân sử dụng và còn có thể xuất khẩu sang Nhật Bản, Lào, và Tây Tạng Mặc dù loại lụa này không được tinh tế và mịn màng như lụa Tàu, nhưng lại bền và chắc hơn.
Khoảng 300 năm trước, tại huyện Đại Lộc, các làng ven sông Vu Gia như Giao Thủy, Quảng Huế, Phước Bình, Hà Nha đã phát triển nghề trồng dâu nuôi tằm bên cạnh các hoạt động nông nghiệp khác Làng dâu tằm Đại Bình, thuộc xã Quế Trung huyện Nông Sơn, có lịch sử lâu đời từ 300 - 400 năm Mặc dù thường xuyên bị ngập lụt, vùng đất này được phù sa bồi đắp hàng năm, tạo điều kiện thuận lợi cho việc trồng dâu Người dân nơi đây đã nuôi tằm để ươm tơ, cung cấp cho các làng dệt ở đồng bằng, đặc biệt là ở Duy Xuyên.
Nghề ươm tơ dệt lụa ở các làng Đông Yên, Thi Lai (Duy Trinh, Duy Xuyên) đã ra đời từ thế kỷ 16, gắn liền với sự tích Bà chúa Tằm tang Đoàn Quý Phi và thế tử Nguyễn Phúc Loan Làng dệt lụa Mã Châu, hình thành từ thế kỷ 15 bên cạnh kinh đô Trà Kiệu, nổi tiếng với sản phẩm lụa chất lượng cao Mã Châu từng được xem là “thủ phủ dâu tằm” của xứ Quảng, chuyên cung cấp lụa cho vua chúa và giới quý tộc, với 2.000 ha đất trồng dâu và hơn 4.000 khung cửi hoạt động liên tục Tất cả các công đoạn từ trồng dâu, chăn tằm, ươm tơ đến dệt lụa đều được thực hiện thủ công bởi hàng trăm hộ gia đình trong làng Khi xứ Đàng Trong mở cửa giao thương với thế giới qua cảng thị Hội An, tơ lụa Mã Châu trở thành mặt hàng xuất khẩu chủ lực Dù trải qua nhiều biến động, nghề dệt lụa vẫn được gìn giữ và truyền lại từ thế hệ này sang thế hệ khác.
Hình 1.1 Công ty lụa Mã Châu, Quảng Nam (nguồn internet)
Quảng Nam từng có hơn 2.000 ha trồng dâu ven sông Thu Bồn, nhưng hiện tại chỉ còn 11 ha, chủ yếu tập trung ở một số xã thuộc huyện Duy Xuyên như Duy Hòa, Duy Châu, thị trấn Nam Phước và Duy Trinh, với khoảng 30 hộ trồng.
Theo các chuyên gia, nghề trồng dâu, ươm tơ, dệt lụa ở Quảng Nam đang mai một do thu nhập không tương xứng, khiến nông dân chuyển sang nghề khác Thêm vào đó, sự bùng nổ của sản phẩm lụa pha cotton giá rẻ đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến sản phẩm truyền thống Để hồi sinh ngành nghề này, tỉnh Quảng Nam đang tìm kiếm giải pháp nhằm khôi phục vị thế “thủ đô” lụa tơ tằm và đưa những vườn dâu ven sông Vu Gia - Thu Bồn trở lại sức sống tươi đẹp.
Sự phát triển ngành dệt nhuộm và ô nhiễm môi trường
Ngành dệt nhuộm đã có lịch sử phát triển lâu dài trên thế giới, nhưng chỉ mới hình thành và phát triển mạnh mẽ ở Việt Nam trong hơn 100 năm qua Nhờ vào chính sách đổi mới mở cửa, hiện có 72 doanh nghiệp nhà nước, 40 doanh nghiệp tư nhân, 40 dự án liên doanh và 100% vốn đầu tư nước ngoài hoạt động trong lĩnh vực này Tuy nhiên, sự gia tăng số lượng xí nghiệp dệt nhuộm cũng đồng nghĩa với nguy cơ ô nhiễm môi trường cao Theo Ủy ban Kinh tế Liên Hợp Quốc tại Châu Âu (UNECE), ngành dệt nhuộm đứng thứ hai về mức độ ô nhiễm, chỉ sau hóa dầu, do việc sử dụng nhiều hóa chất độc hại như axit, dung môi và thuốc nhuộm Một chiếc áo thun cotton ngắn tay cần khoảng 2,7 mét khối nước sạch và 150 gam hóa chất, trong đó một phần lớn hóa chất này được thải ra môi trường Ngân hàng Thế giới ước tính rằng ngành dệt nhuộm tiêu thụ 1/4 lượng hóa chất toàn cầu mỗi năm và chịu trách nhiệm cho 1/5 lượng nước ô nhiễm toàn cầu.
Nghiên cứu cho thấy, nước thải dệt nhuộm chứa cả chất dễ phân giải vi sinh như bột sắn và chất khó phân giải như Poli (vinyl axetat), thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm hoạt tính cùng các chất tẩy trắng vải Đặc biệt, với vải chứa nhiều sợi tổng hợp như polyester, lượng thuốc nhuộm và chất hỗ trợ khó phân giải vi sinh càng tăng, dẫn đến mức độ ô nhiễm môi trường trong nước thải cao hơn.
Mỗi năm, Việt Nam nhập khẩu một lượng lớn chất nhuộm màu, chủ yếu là hóa chất tổng hợp từ Trung Quốc và Hàn Quốc, trong đó khoảng 50% là qua con đường không chính thức Hiện có khoảng 150 loại màu nhuộm vải trên thị trường, chủ yếu là màu azo, được sản xuất từ các chất gây ung thư như aromatic amine Theo PGS.TS Hoàng Thị Lĩnh, sự liên kết giữa màu nhuộm và sợi không bền chắc, dẫn đến độ bền màu hạn chế và có thể giải phóng chất màu ra ngoài khi xảy ra lỗi trong quy trình nhuộm Các chất này có khả năng thẩm thấu qua da, gây hại cho sức khỏe khi xâm nhập vào cơ thể Hơn nữa, ngành dệt nhuộm sử dụng lượng nước lớn cho sản xuất và xả thải từ 12 - 300 m³ nước thải mỗi tấn vải, với nguồn ô nhiễm chủ yếu từ công đoạn dệt, nhuộm và nấu tẩy Phân tích nước thải tại làng nghề dệt nhuộm Vạn Phúc cho thấy nhiều chỉ số độc hại vượt quá tiêu chuẩn cho phép.
Hình 1.2 Nước thải ngành dệt nhuộm (nguồn internet)
Trước tình trạng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng do ngành công nghiệp dệt nhuộm, việc nghiên cứu và phát triển công nghệ nhuộm từ lá cây, vỏ cây và các chất liệu thiên nhiên để thay thế cho công nghệ nhuộm hiện tại với hóa chất độc hại là cần thiết Đây là một hướng đi phù hợp với chiến lược sản xuất sạch hơn và cần được đầu tư nghiên cứu để bảo vệ môi trường.
Sử dụng chất màu tự nhiên trong dệt nhuộm
1.3.1 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam
Tại Việt Nam, nhiều trường đại học và viện nghiên cứu đã tiến hành nghiên cứu về công nghệ nhuộm vải bằng chất màu tự nhiên từ thực vật Đặc biệt, các nghiên cứu này chủ yếu dựa trên công trình của PGS.TS Hoàng Thị Lĩnh, thuộc khoa Công nghệ Dệt may và Thời trang, Đại học Bách Khoa Hà Nội Bà đã phát triển công nghệ nhuộm vải cotton và lụa tơ tằm bằng các nguyên liệu tự nhiên như lá bàng, lá xà cừ, củ nâu, lá trầu không, chàm, lá thiên lý, lá tre, ngải cứu, lá bạch đàn, lá chè, vỏ cây xà cừ, chè, cây xà cừ, nghệ, bạch đàn và sapoche.
PGS.TS Hoàng Thị Lĩnh, chuyên gia hóa nhuộm, đã bắt đầu nghiên cứu lĩnh vực nhuộm vật liệu dệt bằng chất màu tự nhiên từ năm 1996 và đã chủ trì nhiều dự án quan trọng Một trong những dự án nổi bật là Nghị định thư hợp tác giữa chính phủ Việt Nam và Áo, nghiên cứu khả năng sử dụng chất màu tự nhiên để nhuộm vải bông và tơ tằm Bà đã phát triển quy trình tách chiết màu từ lá chè, lá bàng, lá xà cừ và hạt điều màu, đồng thời nghiên cứu các biện pháp xử lý sau nhuộm để nâng cao độ bền màu sản phẩm Sản phẩm nhuộm từ bốn loại thảo mộc không chỉ có độ bền màu tốt mà còn có khả năng chống nhăn, hút ẩm và thoáng khí PGS.TS Hoàng Thị Lĩnh cũng đã đa dạng hóa màu sắc sản phẩm thông qua phối ghép nguyên liệu và chuyển giao công nghệ cho nông dân, góp phần xoá đói, giảm nghèo Bà còn thực hiện thành công dự án thay thế chất nhuộm hóa học bằng chất màu tự nhiên, hướng tới sản xuất sạch và hiệu quả hơn.
Năm 2013, với sự hỗ trợ từ dự án Đổi mới Sáng tạo Việt Nam - Phần Lan (IPP), Công ty TNHH Dệt nhuộm Trung Thư - Hưng Yên đã nghiên cứu và áp dụng thành công công nghệ nhuộm vải bằng chất màu tự nhiên thay cho chất nhuộm hóa học Kết quả của dự án đã chứng minh hiệu quả của công nghệ nhuộm thân thiện với môi trường, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Hình 1.3 Sản phẩm được làm từ chất liệu vải dệt nhuộm màu tự nhiên
1.3.2 Nhuộm tơ tằm bằng chất màu tự nhiên a Sơ lược về cấu trúc tơ tằm
Tơ tằm, hay còn gọi là lụa, là một trong những loại tơ sợi lâu đời nhất mà con người biết đến Với cấu trúc mặt cắt ngang không đồng đều, tơ tằm là sợi mảnh và dài, bao gồm hai sợi fibroin được bọc bởi lớp keo sericin Khi quan sát dưới kính hiển vi, ta thấy rằng sợi fibroin cấu tạo từ các bó xơ có chiều ngang 100nm và chiều dài khoảng 250nm, với nhiều khoảng trống giữa các bó Bên trong các bó xơ, các vi xơ gồm 20-30 đại phân tử fibroin có bề ngang 10nm xếp thành từng lớp tinh thể Tơ tằm có thể được nhuộm bằng các chất màu tự nhiên.
Trong quá trình nhuộm vải sợi, việc đạt được sự đồng đều màu là rất quan trọng Cần phải kiểm soát chặt chẽ khả năng nhuộm trên vật liệu nền để tránh ảnh hưởng tiêu cực đến các giai đoạn nhuộm sau Khả năng phân tán và hấp phụ của thuốc nhuộm phụ thuộc nhiều vào cấu trúc hóa học, tính chất vật lý của xơ sợi, cũng như khả năng dịch chuyển của nó trong và trước quá trình nhuộm.
Hầu hết các thuốc nhuộm tự nhiên được chiết xuất từ thực vật và kết hợp với chất cầm màu vô cơ để đảm bảo độ bền màu ổn định Chất cầm màu vô cơ được sử dụng với tỷ lệ hợp lý để duy trì màu sắc trên vải mà không gây hại cho sợi vải, đặc biệt là vải tơ tằm Các yếu tố như thời gian và nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong quá trình nhuộm; nhiệt độ cao yêu cầu thời gian nhuộm ngắn hơn, trong khi nồng độ thuốc nhuộm cao cần thời gian lâu hơn Việc chuẩn bị vật liệu dệt phù hợp với thiết bị và điều kiện nhuộm là rất cần thiết.
Chất màu tự nhiên trên tơ tằm thường có màu không tươi và dễ phai, do đó cần sử dụng chất cầm màu để tăng độ bền Một số loại thuốc nhuộm tự nhiên mang lại màu sắc tươi sáng và độ bền ướt cao Các chất màu tự nhiên được chiết xuất từ cây, cỏ, hoa và lá của nhiều loại cây trồng khác nhau, cung cấp màu sắc tương tự như từ côn trùng và vỏ sò Đặc tính của các loại thuốc nhuộm tự nhiên này có thể liên quan đến sự hiện diện của tannin, được coi là chất cầm màu.
Tổng quan về hạt điều nhuộm
1.4.1 Sơ lược về hạt điều nhuộm
Cây điều nhộm, còn gọi là điều màu, sâm phụng, hay chầm phù, là một loại cây gỗ nhỏ cao từ 3 đến 6m, với vỏ màu xám tro và cành non có lông tơ màu xám sẫm Trái nang của cây có kích thước tương đương trái cau, mọc chùm, hình tim, có đường kính từ 2 đến 4cm, chuyển từ màu đỏ tươi sang nâu khô khi chín, với mặt ngoài có gai mềm dài 1,5cm Hạt của cây có dạng lập phương, màu đỏ, được bao bọc bởi một lớp áo mỏng Cây điều màu có nguồn gốc từ khu vực nhiệt đới châu Mỹ và được trồng phổ biến ở nhiều quốc gia như Bolivia, Brazil, Colombia, Ecuador, Jamaica, Mexico, Peru, Puerto Rico và Dominica Tên gọi của cây trong tiếng Nahuatl là achiotl, có nghĩa là cây bụi, và trong tiếng Tupi là urucu Cây điều màu đã được du nhập vào Ấn Độ và khu vực Đông Nam Á vào thế kỷ 17 bởi người Tây Ban Nha để sử dụng làm chất nhuộm thực phẩm.
Hình 1.4 Hình ảnh tổng quan về hạt điều nhuộm
1.4.2 Thành phần hoá học các hợp chất có trong hạt điều nhuộm a Thành phần hóa học các hợp chất có trong hạt điều nhuộm
The fruit's peel contains 0.05% essential oil, 1-1.65% resin, tannin, and cellulose The flesh of the fruit has 20-28% volatile compounds, 4.0-5.5% oclean, 3.5-5.2% sucrose, saponin, palmitin, phytosterol, and vitamin A The seeds consist of 40-45% cellulose, 3.5-5.5% sucrose, 0.3-0.9% essential oil, 3% fat, 4.5-5.5% colorants, and 13-16% protein, along with elements like selenium, magnesium, and calcium The colorants in the seeds, known as bixin and norbixin, include bixin, which is the red pigment comprising over 80%, and norbixin, the yellow pigment derived from dicarboxylic acid.
Hình 1.5 Công thức cấu tạo của cis-bixin và trans-bixin
Hình 1.6 Công thức cấu tạo của cis – norbixin và trans –norbixin b Sắc tố vàng, đỏ của họ carotenoid
Carotenoid là các hợp chất màu vàng và đỏ có nguồn gốc từ thực vật và động vật, tạo nên màu sắc đặc trưng cho nhiều thực phẩm như cà rốt, cà chua, lòng đỏ trứng và lá cây vào mùa thu.
Carotenoid có công thức phân tử C40 và cấu trúc tetraterpen, thường chứa các nối đôi liên hợp Số lượng các nối đôi này quyết định màu sắc của carotenoid.
Đối tượng nghiên cứu
2.1.1 Nguyên vật liệu a Hạt điều nhuộm
Hạt điều nhuộm, được tiêu thụ tại chợ Tam Kỳ ở tỉnh Quảng Nam, chủ yếu có nguồn gốc từ các tỉnh Tây Nguyên Quá trình chế biến hạt điều nhuộm bao gồm việc loại bỏ hạt lép và rác, sàng lọc bột cặn, rửa sạch, phơi khô và bảo quản trong lọ kín để đảm bảo chất lượng.
Hình 2.1 Hạt điều nhuộm b Vải tơ tằm
Vải tơ tằm 100% được sản xuất tại công ty lụa Mã Châu, thị trấn Nam Phước, huyện Duy Xuyên, tỉnh Quảng Nam đã được tẩy hồ trước khi nhuộm
Hình 2.2 Phân xưởng dệt lụa Mã Châu
Hóa chất sử dụng cho nghiên cứu được trình bày trong Bảng 2.1
Bảng 2.1 Hóa chất sử dụng
STT Tên hóa chất Xuất xứ Độ tinh khiết
4 Bột giặt Omo Việt Nam
2.1.3 Hệ thống thiết bị và dụng cụ
Hệ thống thiết bị và dụng cụ cho nghiên cứu được trình bày trong Bảng 2.2
Bảng 2.2 Hệ thống thiết bị và dụng cụ sử dụng
• Bộ dụng cụ chưng ninh
• Máy đo quang UV-Vis
• Bình định mức(25ml, 50ml, 1000ml)
Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu tập trung vào việc tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết tách chất màu từ hạt điều nhuộm, bao gồm nhiệt độ chiết tách, thời gian chiết tách, tỉ lệ rắn/lỏng (nguyên liệu/dung môi) và pH của môi trường Việc điều chỉnh những yếu tố này sẽ giúp nâng cao hiệu suất chiết tách và chất lượng màu sắc thu được.
- Phân tích và nhận diện các hợp chất mang màu trong dịch chiết từ hạt điều nhuộm bằng phương pháp phân tích hiện đại: UV-VIS, GC-MS
Nghiên cứu tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhuộm vải bằng chất màu chiết tách từ hạt điều tập trung vào các yếu tố như nhiệt độ nhuộm, thời gian nhuộm, số lần nhuộm, và chất cầm màu cho vải sau nhuộm Phương pháp CIE LAB được áp dụng để đánh giá hiệu quả của quá trình nhuộm.
- Đánh giá độ bền màu với giặt của vải nhuộm bằng dịch chiết từ hạt điều nhuộm
Hình 2.3 Quy trình trích ly chất màu từ hạt điều nhuộm
Quá trình trích ly chất màu từ hạt điều trong dung môi nước được thực hiện theo hình thức tối ưu, bao gồm tỉ lệ nguyên liệu/dung môi, nhiệt độ và thời gian.
Nghiên cứu chiết xuất màu từ hạt điều bằng các dung môi như etanol, n-hexan, cloroform và etyl axetat đã được thực hiện thông qua phương pháp chiết lỏng-lỏng Các thành phần hữu cơ trong dịch chiết được xác định bằng phương pháp GC-MS, như thể hiện trong Hình 2.4.
Hình 2.4 Quy trình định danh thành phần dịch chiết từ hạt điều nhuộm bằng GC-MS
Chiết tách bằng phương pháp chưng ninh
Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình chiết tách Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình chiết tách pH của môi trường
Tỉ lệ nguyên liệu/dung môi Đánh giá dịch chiết Đo UV- VIS Xác định mật độ quang
Thời gian chiết tách Hạt điều nhuộm
Dịch chiết hạt điều nhuộm
Chiết với dung môi hữu cơ Dịch chiết Đo GC-MS
Dịch chiết tối ưu trích ly từ hạt điều nhuộm được nhuộm trên vải tơ tằm 100% theo sơ đồ Hình 2.5
Hình 2.5 Quy trình nhuộm vải
Phương pháp nghiên cứu
2.3.1 Phương pháp trích ly chất màu thiên nhiên
Báo cáo sử dụng phương pháp trích ly ngâm (chiết ngâm) để trích ly chất màu từ hạt điều nhuộm
Phương pháp trích ly chiết ngâm, hay còn gọi là đun cách thủy, được thực hiện ở nhiệt độ dưới 100°C và áp suất 1 atm Đây là phương pháp đơn giản và dễ lắp đặt, sử dụng gia nhiệt gián tiếp qua nước, giúp tránh hiện tượng quá nhiệt và cháy chất cần đun Việc sử dụng nhiệt gián tiếp từ nước không chỉ bảo vệ chất liệu mà còn nâng cao hiệu quả chiết xuất.
Dịch chiết tối ưu từ quá trình chiết tách
Thời gian nhuộm Số lần nhuộm Chất cầm màu
Sản phẩm nhuộm được đánh giá độ bền màu thông qua việc kiểm soát nhiệt độ và giảm nhiệt nhanh chóng khi vượt quá mức quy định Phương pháp này thường được áp dụng trong công nghệ tách chất màu tự nhiên từ thực vật.
Quá trình chiết tách chất màu từ hạt điều nhuộm được thực hiện trên bộ chưng ninh tại phòng thí nghiệm - trường Đại học Sư Phạm Đà Nẵng
2.3.2 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis Để xác định sơ bộ thành phần các nhóm chức có thể tồn tại trong dịch chiết, xác định số nối đôi liên hợp, bước sóng cực đại, độ hấp thu quang A, tính độ tận trích của dịch chiết lên vật liệu, thông thường xác định bằng cách kiểm tra quang phổ khả kiến - tử ngoại (UV-Vis) Một số ít nhóm chức có thể xác định nhờ phổ UV-VIS, nhưng đặc biệt hữu ích là xác định sự có mặt và giải thích bản chất của các hệ liên hợp có vòng thơm Các chất có màu là do trong phân tử của các chất chứa nhiều nhóm nối đôi hay nối ba như C = C, C = O, C = N, N = N, C ≡ C, N ≡ N, -NO2… Do vậy, chúng được gọi là nhóm mang màu Nếu trong phân tử có nhiều nhóm mang màu liên hợp tạo thành mạch dài thì màu của chất sẽ càng đậm Các chất màu đậm khi đo phổ tử ngoại khả kiến cho λmax nằm ở vùng có bước sóng dài
2.3.3 Phương pháp sắc ký khí khối phổ GC-MS
Sắc ký khí ghép khối phổ (GC/MS) là một phương pháp sắc ký hiện đại với độ nhạy và độ đặc hiệu cao, được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu và phân tích Thiết bị GC-MS bao gồm hai phần: sắc ký khí (GC) để phân tích hỗn hợp chất và khối phổ (MS) mô tả các hợp phần bằng số khối Sự kết hợp này cho phép các nhà hóa học thực hiện phân tích định tính và định lượng hiệu quả Hiện nay, kỹ thuật GC-MS được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như y học, môi trường, nông sản và kiểm nghiệm thực phẩm.
Phương pháp GC-MS được áp dụng trong luận văn để phân tích các hợp chất màu cần xác định trong dịch chiết từ hạt điều nhuộm Kết quả phân tích GC-MS được thực hiện trên thiết bị tại Trung tâm Kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường chất lượng 2, thành phố Đà Nẵng.
2.3.4 Phương pháp quang màu CIE LAB
Hệ màu CIE L*a*b* được phát triển dựa trên khả năng cảm nhận màu sắc của mắt người, với các giá trị Lab mô tả toàn bộ màu sắc mà mắt người bình thường có thể nhìn thấy Mô hình Lab được coi là độc lập với thiết bị, thường được sử dụng làm cơ sở tham chiếu trong việc chuyển đổi màu từ không gian màu này sang không gian màu khác.
Hệ thống màu CIELAB cung cấp khoảng cách thị giác màu đồng đều thông qua ba giá trị L*, a*, b* Trong đó, L* biểu thị độ sáng của màu, a* đại diện cho tọa độ màu trên trục đỏ-lục, và b* là tọa độ màu trên trục vàng-lam Các tông màu và độ bão hòa được xác định trên các trục a* và b*, với giao điểm của chúng là điểm vô sắc, có thể là đen, ghi hoặc trắng tùy thuộc vào độ sáng Trục độ sáng L* có giá trị từ 0 (đen) đến 100 (trắng), cho phép tính toán cường độ màu một cách chính xác.
Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết tách chất màu từ hạt điều nhuộm
3.1.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng hạt điều/thể tích dung môi nước Quá trình chiết tách dịch màu từ hạt điều nhuộm thực hiện trong điều kiện thí nghiệm:
- Thể tích dung môi: 100 mL nước; nhiệt độ: 70 o C; thời gian chiết: 30 phút; pH môi trường 8; khối lượng hạt điều nhuộm thay đổi: 20g, 25g, 30g, 35g, 40g
Kết quả ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng hạt điều/thể tích dung môi nước đến phổ UV-Vis của dịch màu được trình bày ở Hình 3.1 và Bảng 3.1
Hình 3.1 trình bày phổ UV-Vis của dịch chiết từ các khối lượng hạt điều khác nhau Bảng 3.1 cho thấy ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng hạt điều so với thể tích dung môi nước đến giá trị mật độ quang A tại bước sóng λ max (450 nm) của dịch chiết, với đơn vị m(g)/100mL.
Kết quả cho thấy, tỷ lệ khối lượng hạt điều trên thể tích dung môi nước ảnh hưởng đến mật độ quang của dịch chiết, với mức tối ưu đạt được ở tỷ lệ 30g hạt điều/100mL nước Khi tăng tỷ lệ khối lượng hạt điều từ 30g lên 40g, mật độ quang giảm, dẫn đến hiệu suất chiết cũng giảm Việc tăng khối lượng nguyên liệu đồng nghĩa với việc lượng chất màu tách ra nhiều hơn, nhưng khi vượt quá mức tối ưu, bề mặt tiếp xúc giữa nguyên liệu và dung môi giảm, khiến dung môi không đủ để hòa tan các hợp chất màu Do đó, tỷ lệ tối ưu 30g/100mL nước được chọn để khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tiếp theo.
3.1.2 Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình chiết tách dịch màu từ hạt điều nhuộm
Khảo sát ảnh hưởng của thời gian chiết đến quá trình chiết tách hạt điều được thực hiện với các điều kiện cụ thể: khối lượng hạt điều nhuộm là 30g trên 100 mL nước, nhiệt độ chiết 70°C, pH môi trường 8 Thời gian chiết tách được thay đổi lần lượt là 30 phút, 60 phút, 90 phút và 120 phút.
Kết quả ảnh hưởng của thời gian chiết đến phổ UV-Vis và mật độ quang của dịch chiết được trình bày ở Hình 3.2 và Bảng 3.2
Hình 3.2 Phổ UV-Vis của dịch chiết ở các thời gian chiết khác nhau
Bảng 3.2 Ảnh hưởng của thời gian chiết đến giá trị mật độ quang A tại max của dịch chiết
Kết quả từ Hình 3.2 và Bảng 3.2 chỉ ra rằng thời gian chiết càng dài thì lượng chất màu tách ra càng nhiều, đạt tối đa sau 60 phút Tuy nhiên, nếu kéo dài thời gian hơn nữa, lượng chất màu sẽ giảm Thời gian chiết phụ thuộc vào nguyên liệu, dung môi và nhiệt độ, với hiệu suất cao hơn khi thời gian chiết kéo dài Dù vậy, sau một ngưỡng thời gian nhất định, việc tăng thời gian không chỉ không làm tăng hiệu quả chiết mà còn có thể làm thay đổi cấu trúc chất màu hoặc tách ra các chất khác, dẫn đến giảm mật độ quang Do đó, 60 phút được xác định là thời gian tối ưu để hòa tan hoàn toàn các chất màu trong hạt điều nhuộm, từ đó làm cơ sở cho việc khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tiếp theo.
3.1.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình chiết chất màu từ hạt điều nhuộm Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình chiết chất màu từ hạt điều nhuộm thực hiện trong điều kiện thí nghiệm: khối lượng hạt điều nhuộm 30g/ 100 mL nước; thời gian trích ly 60 phút; pH môi trường là 8; nhiệt độ thay đổi: 50 0 C, 60 0 C, 70 0 C, 80 0 C,
Kết quả ảnh hưởng của nhiệt độ đến mật độ quang của các dịch chiết từ hạt điều nhuộm được trình bày ở Hình 3.3 và Bảng 3.3
Hình 3.3 Phổ UV-Vis của dịch chiết ở các nhiệt độ chiết khác nhau
Bảng 3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ chiết đến giá trị mật độ quang A tại max của dịch chiết
Kết quả từ Hình 3.3 và Bảng 3.3 chỉ ra rằng khi nhiệt độ tăng, khả năng chiết tách chất màu cũng tăng, với nhiệt độ tối ưu là 80 °C, tại đó mật độ quang đạt mức cao nhất Nhiệt độ chiết có ảnh hưởng lớn đến quá trình chiết tách, vì nhiệt độ cao làm tăng tốc độ khuếch tán của chất màu vào dung dịch, dẫn đến hiệu suất chiết tách tăng lên Tuy nhiên, khi nhiệt độ đạt 90 °C, mật độ quang lại giảm do nhiệt độ cao có thể phá vỡ cấu trúc phân tử của chất màu, làm chúng chuyển hóa sang dạng khác, từ đó giảm hiệu suất chiết tách Do đó, nhiệt độ 80 °C là mức tối ưu cho quá trình chiết tách chất màu.
3.1.4 Ảnh hưởng của pH môi trường đến quá trình chiết chất màu từ hạt điều nhuộm Ảnh hưởng của pH dung môi đến quá trình trích ly chất màu từ hạt điều nhuộm được thực hiện trong điều kiện sau: khối lượng hạt điều nhuộm 30g/ 100mL nước; thời gian chiết 60 phút; nhiệt độ 80 o C; pH môi trường thay đổi từ 8 đến 11
Kết quả đo phổ UV-Vis và mật độ quang được trình bày ở Hình 3.4 và Bảng 3.4
Hình 3.4 Phổ UV-Vis của dịch chiết ở các pH môi trường khác nhau
Bảng 3.4 Ảnh hưởng của pH môi trường đến giá trị mật độ quang A tại max của dịch chiết pH 8 9 10 11
Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi pH dung môi chiết tăng, hiệu suất tách chất màu từ hạt điều cũng tăng Điều này được giải thích bởi sự hiện diện của Bixin và Norbixin trong dịch điều, hai chất này dễ tan trong môi trường kiềm Mật độ quang của dịch chiết đạt giá trị tối đa ở pH = 10, tuy nhiên, khi pH tiếp tục tăng, mật độ quang lại giảm, có thể do pH cao ảnh hưởng đến cấu trúc của chất màu.
* Như vậy điều kiện tối ưu cho quá trình chiết tách dịch màu từ hạt điều nhuộm là:
- Tỷ lệ khối lượng hạt điều/thể tích dung môi là 30g/100mL nước
Hình 3.5 Dịch chiết hạt điều nhuộm
Kết quả định danh thành phần các chất hữu cơ có trong dịch chiết từ hạt điều nhuộm theo phương pháp GC-MS
Nghiên cứu chiết xuất từ hạt điều được thực hiện bằng cách sử dụng nước và các dung môi hữu cơ như n-hexan, cloroform, ethanol và etyl axetat Quá trình chiết lỏng - lỏng đã được tiến hành, sau đó các thành phần hữu cơ trong dịch chiết được xác định thông qua phương pháp đo GC-MS tương ứng với từng dung môi.
3.2.1 Thành phần hóa học của dịch chiết hạt điều nhuộm trong dung môi ethanol
Kết quả định danh được thể hiện trên sắc ký đồ Hình 3.6 và Bảng 3.5
Sắc ký đồ của dịch chiết hạt điều nhuộm trong dung môi ethanol cho thấy các thành phần hóa học quan trọng Bảng định danh các thành phần này cung cấp thông tin chi tiết về cấu trúc và tính chất của chúng.
3.2.2 Thành phần hóa học của dịch chiết hạt điều nhuộm trong dung môi etyl acetat
Kết quả định danh được thể hiện trên sắc ký đồ Hình 3.7 và Bảng 3.6
Sắc ký đồ của dịch chiết hạt điều trong dung môi etyl acetat cho thấy sự hiện diện của nhiều thành phần hóa học khác nhau Bảng định danh cho biết các hợp chất có trong dịch chiết, từ đó cung cấp thông tin quan trọng về tính chất và ứng dụng của hạt điều Việc phân tích này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về cấu trúc hóa học mà còn mở ra hướng nghiên cứu mới cho các ứng dụng trong ngành thực phẩm và dược phẩm.
3.3.3 Thành phần hóa học của dịch chiết hạt điều nhuộm trong dung môi n- hexan
Kết quả định danh được thể hiện trên sắc ký đồ Hình 3.8 và Bảng 3.7
Sắc ký đồ của dịch chiết hạt điều nhuộm trong dung môi n-hexan được trình bày trong Hình 3.8, trong khi Bảng 3.7 cung cấp thông tin chi tiết về việc định danh các thành phần hóa học của dịch chiết này.
3.2.4 Thành phần hóa học của dịch chiết hạt điều nhuộm trong dung môi clorofom
Kết quả định danh được thể hiện trên sắc ký đồ Hình 3.9 và Bảng 3.8
Hình 3.9 trình bày sắc ký đồ của dịch chiết hạt điều được nhuộm trong dung môi clorofom, trong khi Bảng 3.8 cung cấp thông tin về việc định danh các thành phần hóa học của dịch chiết này.
Phương pháp sắc ký khí khối phổ đã xác định được 36 hợp chất hóa học trong dịch chiết hạt điều, bao gồm các chất như Cadinene, Valencen, gamma-Muurolene, Isospathulenol, trans-Geranylgeraniol, Selin-6-en-4 alpha -ol, 2,6,10,14-Hexadecatetraen-1-ol, và 3, 7, 11, 15-tetramethylacetate, (E,E,E) Trong số đó, trans-Geranylgeraniol chiếm tỷ lệ cao nhất, với 48,91% trong dung môi etyl acetat và 46,78% trong dung môi ethanol Chất này là một chất lỏng có màu sắc biến đổi từ không màu đến vàng nhạt, với công thức cấu tạo đặc trưng.
Tocotrienol, đặc biệt là các dạng delta và gamma, được xác định trong dung môi ethanol và etylaxetat với hàm lượng gần 24% Ngoài ra, Methyltocotrienol được phát hiện trong dung môi clorofom, chiếm gần 6% Tocotrienol là một chất lỏng có màu vàng đến vàng da cam, với công thức cấu tạo đặc trưng.
Nghiên cứu quá trình nhuộm vải tơ tằm bằng chất màu tách từ hạt điều nhuộm
3.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ nhuộm Ảnh hưởng của nhiệt độ nhuộm được thực hiện trong điều kiện: 20ml dịch chiết/1 mẫu vải kích thước 10cm x 10cm; thời gian nhuộm: 30 phút; nhiệt độ nhuộm thay đổi từ 50 0 C - 90 0 C; số lần nhuộm: 1 lần
Các mẫu vải sau khi nhuộm hong khô và đo CIELAB Kết quả đo CIELAB và cường độ màu của các mẫu vải được trình bày ở Hình 3.10 và Bảng 3.9
Hình 3.10 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình nhuộm vải
Bảng 3.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ nhuộm đến cường độ màu của vải
Nhiệt độ có ảnh hưởng đáng kể đến cường độ màu của vải khi nhuộm, như thể hiện trong Bảng 3.9 Cụ thể, khi nhiệt độ tăng từ 50°C đến 70°C, cường độ màu của vải sẽ tăng lên và đạt mức cao nhất tại nhiệt độ này.
Nhiệt độ nhuộm tối ưu cho sợi tơ tằm là 70 oC, vì ở nhiệt độ này, cấu trúc sợi mở ra, giúp các phân tử màu dễ dàng gắn chặt vào sợi vải Khi nhiệt độ tăng lên 90 oC, cường độ màu giảm do các phân tử thuốc nhuộm chuyển động mạnh và liên kết không bền với bề mặt sợi, dẫn đến màu sắc nhạt hơn Hơn nữa, nhiệt độ cao còn ảnh hưởng đến tính mềm mại và khả năng hút ẩm của vải tơ tằm, làm giảm hiệu quả gắn kết của chất màu Do đó, 70 oC là mức nhiệt độ lý tưởng để đảm bảo chất lượng nhuộm tốt nhất cho sợi tơ tằm.
3.3.2 Ảnh hưởng của thời gian nhuộm
Quá trình nhuộm được thực hiện với 20mL dịch chiết cho mỗi mẫu vải kích thước 10 cm x 10 cm, ở nhiệt độ 70 o C Thời gian nhuộm có thể thay đổi từ 30 phút đến 180 phút, và chỉ thực hiện một lần nhuộm.
Các mẫu vải sau khi nhuộm hong khô và đo CIELAB Kết quả đo CIELAB và cường độ màu của các mẫu vải được trình bày ở Hình 3.11 và Bảng 3.10
30 phút 60 phút 90 phút 120 phút 150 phút
Hình 3.11 Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình nhuộm vải
Bảng 3.10 Ảnh hưởng của thời gian nhuộm đến cường độ màu của vải
(phút) 30 phút 60 phút 90 phút 120 phút 150 phút
Khi tăng thời gian nhuộm, lượng chất mang màu gắn lên sợi tơ tăng lên, làm cho vải trở nên đậm màu hơn Tuy nhiên, nếu thời gian nhuộm kéo dài quá lâu, cường độ màu sẽ giảm do các chất mang màu bị oxy hóa thành pigment không còn khả năng nhuộm Do đó, thời gian nhuộm tối ưu được xác định là 60 phút.
3.3.3 Ảnh hưởng của số lần nhuộm
Quá trình nhuộm được thực hiện trong điều kiện: 20mL dịch chiết/1 mẫu vải kích thước 10 cm x 10 cm; nhiệt độ nhuộm: 70 0 C; thời gian nhuộm: 60 phút; số lần nhuộm:
Các mẫu vải sau khi nhuộm hong khô và đo CIELAB Kết quả đo CIELAB và cường độ màu của các mẫu vải được trình bày ở Hình 3.12 và Bảng 3.10
Nhuộm 1 lần Nhuộm 2 lần Nhuộm 3 lần
Hình 3.12 Ảnh hưởng của số lần nhuộm đến quá trình nhuộm vải
Bảng 3.11 Ảnh hưởng của số lần nhuộm đến cường độ màu của vải
Số lần nhuộm 1 lần 2 lần 3 lần
Kết quả đo CIELAB và cường độ màu của các mẫu vải chỉ ra rằng nhuộm 1 lần mang lại kết quả tốt nhất Khi tăng số lần nhuộm, màu sắc trên vải trở nên quá đậm, tạo ra các đám màu không đồng đều trên bề mặt và có xu hướng chuyển sang màu tối, dẫn đến giảm cường độ màu.
3.3.4 Ảnh hưởng của chất cầm màu Đặc điểm của chất màu tự nhiên là kém bền màu với các tác nhân bên ngoài Vì vậy cần phải tăng độ bền màu cho vải bằng chất cầm màu Có nhiều cách cầm màu và phương pháp cầm màu cho vải Tuy nhiên trong nghiên cứu này chúng tôi sử dụng phương pháp cầm màu sau cho vải bằng muối Al2(SO4)3 Vải sau khi nhuộm được cầm màu trong điều kiện thí nghiệm sau: mẫu vải kích thước 10 cm x 10 cm / 20 mL nước; nhiệt độ cầm màu: 70 0 C; thời gian cầm màu: 60 phút; nồng độ chất cầm màu
Al2(SO4)3 thay đổi từ 1g/L đến 5g/L
Sau khi cầm màu, các mẫu vải được hong khô và tiến hành đo chỉ số CIELAB Kết quả đo CIELAB cùng với cường độ màu của các mẫu vải được thể hiện rõ trong Hình 3.13 và Bảng 3.12.
Nồng độ chất cầm màu Al2(SO4)3 có ảnh hưởng đáng kể đến cường độ màu của vải trong quá trình nhuộm Hình 3.13 minh họa rõ ràng sự tác động của nồng độ chất này đối với hiệu quả nhuộm, trong khi Bảng 3.12 cung cấp dữ liệu cụ thể về mức độ cường độ màu đạt được Việc điều chỉnh nồng độ chất cầm màu là yếu tố quan trọng để tối ưu hóa chất lượng màu sắc của sản phẩm vải.
Quan sát các mẫu vải và Bảng 3.12 cho thấy, sử dụng nồng độ muối nhôm sunfat
Al2(SO4)3 là 2g/L cho màu vải sáng, đậm và đều màu Khi nồng độ tăng lên thì màu vải đậm và có các đám đen xuất hiện
3.3.5 Đánh giá độ bền màu với giặt của vải sau nhuộm
Mẫu vải kích thước 10 cm x 10 cm được nhuộm ở nhiệt độ 70 độ C trong thời gian 60 phút, với một lần nhuộm duy nhất và sử dụng chất cầm màu là dung dịch Al2(SO4)3 với nồng độ 2g/L.
Vải đã nhuộm được giặt ở nhiệt độ 40 độ C và kiểm tra độ bền màu bằng cách ngâm trong 200 mL nước chứa 0,2 g Omo Sau khi hong khô ở nhiệt độ phòng qua đêm, cường độ màu được đo Kết quả đánh giá độ bền màu với giặt được thể hiện trong Hình 3.14 và Bảng 3.13.
Trước khi giặt Sau khi giặt
Hình 3.14 Ảnh hưởng của giặt đến độ bền màu của vải
Bảng 3.13 Ảnh hưởng của giặt đến cường độ màu của vải Độ bền màu Trước giặt Sau giặt
Sau khi nhuộm bằng chất màu trích ly từ hạt điều và sử dụng dung dịch muối Al2(SO4)3 2g/L, các mẫu vải thể hiện độ bền màu cao khi giặt, như được thể hiện trong Bảng 3.13.
