NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
Tổng quan về màu xanh lục
Màu sắc mà con người nhận biết phụ thuộc vào ba yếu tố chính: nguồn sáng, vật thể quan sát và mắt người Ánh sáng, là nguồn vật chất tạo ra cảm giác màu sắc, đóng vai trò quan trọng; khi không có ánh sáng, sẽ không có cảm giác màu Ánh sáng là một dạng bức xạ, và ánh sáng khả kiến chỉ chiếm một phần rất nhỏ trong dải sóng của bức xạ mặt trời.
Để nhìn thấy một vật thể, cần có nguồn sáng chiếu vào nó; không có ánh sáng, sẽ không có hình ảnh hay màu sắc Ánh sáng và màu sắc là hai yếu tố không thể tách rời Khi ánh sáng từ nguồn sáng chiếu đến vật thể, có thể xảy ra ba khả năng: tia sáng có thể xuyên qua, bị hấp thụ hoặc bị phản xạ bởi vật thể Khi vật thể hấp thụ ánh sáng một cách chọn lọc theo bước sóng, chúng ta nhận thấy màu sắc của vật thể.
2.1.2 Thuốc nhuộm và màu sắc
Thuốc nhuộm và pigment là những chất tạo màu quan trọng, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như dệt may, dược phẩm, thực phẩm, mỹ phẩm, sơn, mực, ảnh và giấy Hàng năm, trên toàn cầu có hơn 10.000 loại thuốc nhuộm và pigment khác nhau được sử dụng, với sản lượng lên tới hơn 700.000 tấn thuốc nhuộm tổng hợp (Zollinger 1999; Checker et al 2013).
Một hợp chất chỉ xuất hiện màu khi nó hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến từ 400 nm đến 800 nm Nhóm mang màu (chromophore) có thể truyền màu cho hợp chất, nhưng điều này phụ thuộc vào khả năng hấp thụ bức xạ của nhóm mang màu trong vùng nhìn thấy hoặc vùng UV.
Sự phát triển lịch sử của các lý thuyết về mối quan hệ giữa màu sắc của thuốc nhuộm và thành phần hóa học đã được nghiên cứu một cách sâu sắc Các nghiên cứu này cung cấp cái nhìn rõ ràng về cách mà cấu trúc hóa học ảnh hưởng đến màu sắc của thuốc nhuộm.
Năm 1867, Graebe và Liebermann đã chỉ ra rằng màu sắc của các phân tử thuốc nhuộm liên quan đến sự không bão hòa bên trong các phân tử, khi họ nhận thấy quá trình khử làm mất màu thuốc nhuộm O Witt đã phát triển một lý thuyết ban đầu về thuốc nhuộm, cung cấp nền tảng để hiểu mối quan hệ giữa màu sắc và cấu trúc phân tử Theo lý thuyết này, thuốc nhuộm bao gồm ba thành phần: các vòng benzen hợp nhất kết hợp với nhóm mang màu (như –N=N–, –NO2, –C=O) và các nhóm phụ trợ (như –NH2, –OH), cả hai đều quan trọng trong việc thể hiện màu sắc (Iqbal 2008) Lý thuyết của Witt đã được Dilthey và Wizinger mở rộng vào năm 1927.
Các phân tử thuốc nhuộm hữu cơ bao gồm ba thành phần chính: chất tạo màu, nhóm mang màu và nhóm trợ màu.
Chất tạo màu là hợp chất hóa học có màu sắc hoặc có thể được tạo màu thông qua việc gắn các nhóm thế phù hợp Ngoài ra, nhóm mang màu và nhóm trợ màu cũng là thành phần quan trọng của chất tạo màu (Carmen và Daniela, 2012).
Nhóm mang màu là một nhóm hóa học quyết định màu sắc của các hợp chất màu (chất tạo màu) nơi chúng hiện diện Các chất tạo màu có thể được phân loại theo nhóm mang màu chính của chúng, chẳng hạn như thuốc nhuộm azo với nhóm mang màu –N=N–.
Nhóm trợ màu là một thành phần quan trọng trong chất tạo màu, ảnh hưởng đến sắc thái màu sắc của nó Trong khi nhóm mang màu quyết định màu sắc chính của chất tạo màu, nhóm trợ màu đóng vai trò tăng cường độ sâu và độ phong phú của màu sắc.
Bảng 2.1 cho thấy mối liên hệ giữa bước sóng khả kiến và màu sắc hấp thụ hoặc quan sát được Màu sắc của vật chất, được xác định bởi phổ bước sóng ánh sáng bị hấp thụ, phụ thuộc vào cấu trúc hóa học của nó, bao gồm các thành phần như nhóm mang màu và nhóm phụ trợ.
Bảng 2.1 Mối quan hệ giữa màu sắc và bước sóng hấp thụ [7]
Bước sóng hấp thụ (nm) Tia sáng hấp thụ Màu sắc quan sát
Màu xanh lục, nằm giữa màu lục lam và màu vàng trong quang phổ khả kiến, được nhìn thấy nhờ sự phản xạ ánh sáng có bước sóng khoảng 495 nm–570 nm Chất diệp lục, một hợp chất quan trọng trong quá trình quang hợp của thực vật, là nguồn gốc chính của màu xanh lá cây trong tự nhiên Nhiều sinh vật đã phát triển khả năng ngụy trang bằng cách sử dụng màu xanh lá cây để hòa mình vào môi trường xung quanh Ngoài ra, một số khoáng chất như ngọc lục bảo cũng có màu xanh lục nhờ hàm lượng crom của chúng.
Màu xanh lục trong tự nhiên đại diện cho thảm thực vật và chứa diệp lục, là nguồn nguyên liệu quan trọng cho công nghệ tạo màu xanh giống như màu lá cây Những thực vật này được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm và dệt nhuộm để tạo ra các sản phẩm màu sắc tự nhiên.
Cây dứa dại (Pandanus amaryllifolius Roxb) thuộc họ Pandanaceae, phổ biến ở Đông Nam Á và Ấn Độ, được sử dụng làm gia vị, màu thực phẩm và hương liệu trong ẩm thực Lá cây có khả năng tạo ra màu xanh lục trên vật liệu dệt, như được ghi nhận ở Lampung, miền nam Sumatra, nơi người dân chế biến màu xanh rêu từ lá dứa dại Tương tự, ở Sabah trên đảo Borneo, người Bajao sử dụng lá ớt đỏ để chiết xuất màu xanh lá cây.
Kết luận sơ bộ: màu xanh lục trong tự nhiên chủ yếu đến từ diệp lục (sắc tố
Chlorophyll là một chất màu có mặt trong hầu hết các loại thực vật, được chiết tách bằng nhiều phương pháp khác nhau Mục đích của việc này là để mô phỏng và tạo ra màu sắc xanh lục trên các vật liệu và sản phẩm chưa có màu Nghiên cứu này tập trung vào việc nhuộm màu bằng chlorophyll.
Kỹ thuật nhuộm trực tiếp (direct dyeing) tạo màu xanh lục
Trong nghiên cứu này, kỹ thuật nhuộm trực tiếp màu xanh lục được định nghĩa là phương pháp sử dụng duy nhất một loại thuốc nhuộm tự nhiên có màu xanh lục hoặc chiết xuất hợp chất chlorophyll từ thực vật để nhuộm màu cho vật liệu dệt.
Phương pháp nhuộm trực tiếp vật liệu dệt bằng chất màu xanh lục tự nhiên đã được nghiên cứu và phát triển trong nhiều thập kỷ Năm 2005, Schumann và các cộng sự đã sử dụng Acetone 90% để chiết xuất Chlorophyll từ tảo.
Nghiên cứu cho thấy việc sử dụng hạt vi nhựa trong quá trình đồng hóa có khả năng tăng cường khả năng phá vách tế bào lên gấp 3 lần so với các phương pháp truyền thống, với hiệu suất thu hồi Chlorophyll đạt từ 39% đến 85% Trước đó, vào năm 1984, Ronen và Galun đã áp dụng Dimethyl Sulfoxide (DMSO) để tách chiết Chlorophyll từ địa y Ramalina duriaei, đồng thời sử dụng Aceton 90% kết hợp với MgCO3 để thực hiện quá trình tách chiết ở nhiệt độ lạnh và ánh sáng mờ.
Năm 2011, các nhà nghiên cứu Nhật Bản Irijama, Shiraki và Yoshiura đã tách chiết Chlorophyll từ rau chân vịt bằng Aceton và Ethanol trong điều kiện lạnh và tối Tiếp theo, vào năm 2014, Gulay Ozkan và Seda Ersus Bilek đã nghiên cứu cách tăng cường độ bền của Chlorophyll từ spinach nhờ enzyme, với nồng độ enzyme tối ưu là 8% ở 45℃ trong 30 phút, đạt hiệu suất 50,747 mg Chlorophyll tổng trên 100 g rau chân vịt.
Năm 2012, các tác giả Ahlem Guesmi, Néji LaDhari, Naoufel Ben Hamadi, Moncef Msaddek và Faouzi Sakli đã tiến hành nghiên cứu ứng dụng Chlorophyll như một chất cầm màu tự nhiên để nhuộm vải len bằng thuốc nhuộm betanin Kết quả cho thấy việc sử dụng Chlorophyll đã làm tăng cường độ màu của vải, đồng thời cho thấy rằng việc nhuộm có hỗ trợ siêu âm có thể nâng cao độ tận trích từ 30% lên 60% trong thời gian ngắn hơn.
Năm 2003, các nhà khoa học Nga đã nghiên cứu khả năng nhuộm vải của Chlorophyll và các dẫn xuất của nó, cho thấy tiềm năng nhuộm vải len, đặc biệt khi kết hợp với muối đồng và niken Đến năm 2010, nghiên cứu tiếp theo của các nhà nghiên cứu Nga tiếp tục khám phá khả năng nhuộm nhiều loại vải khác nhau bằng Chlorophyll và các dẫn xuất, khẳng định tính ứng dụng của chúng trong ngành dệt may.
Vào năm 2016, PGS TS Bùi Mai Hương và PGS TS Lê Thị Hồng Nhan đã cùng nhau hướng dẫn một nghiên cứu về quy trình nhuộm vải tơ tằm bằng dịch chiết từ lá tre, một loại thực vật giàu Chlorophyll, mở ra tiềm năng cho ngành nhuộm với màu xanh lục.
Kết luận sơ bộ: thế giới đã có nhiều nghiên cứu về việc chiết tách và thu hồi
Chlorophyll có thể được chiết xuất từ nhiều loại thực vật và đã cho thấy tiềm năng trong việc tạo màu tự nhiên cho vải, đặc biệt là trong quá trình nhuộm Mặc dù một số nghiên cứu đã chỉ ra khả năng ứng dụng của Chlorophyll, nhưng vẫn chưa có quy trình công nghệ tối ưu cho việc nhuộm vải tơ tằm bằng dịch chiết này Hơn nữa, còn nhiều loại thực vật chứa hàm lượng diệp lục cao, mở ra cơ hội nghiên cứu và phát triển khả năng tạo màu xanh lục trên vật liệu tơ tằm thông qua kỹ thuật nhuộm trực tiếp.
Kỹ thuật nhuộm chồng (over-dyeing) tạo màu xanh lục
Màu xanh tự nhiên trên vật liệu dệt chủ yếu được chiết xuất từ diệp lục, nhưng hiệu quả về màu sắc thường không cao và không bền Do đó, phương pháp phổ biến để tạo ra màu xanh lục là kết hợp màu xanh lam từ indigo tự nhiên và màu vàng từ nghệ hoặc mít.
Vải cotton có thể được nhuộm màu vàng trước, sau đó nhuộm indigo, hoặc ngược lại, nhuộm indigo trước rồi mới nhuộm vàng Nghiên cứu cho thấy quy trình nhuộm indigo trước dễ kiểm soát và phổ biến hơn Đặc biệt, trong lịch sử dệt may phương Tây, màu xanh lá cây thường được tạo ra bằng cách nhuộm lại màu xanh lam với thuốc nhuộm vàng, tức là nhuộm xanh lam trước rồi mới nhuộm vàng lên.
Một trong những phương pháp đơn giản để tạo ra màu xanh lá cây là kết hợp chàm và nghệ, hay còn gọi là "kunyit" Nghệ có khả năng nhuộm mà không cần chất cầm màu và mang lại sắc vàng tươi sáng, nhưng lại không bền với ánh sáng tia cực tím, dẫn đến việc màu sắc nhanh chóng phai nhạt Đặc biệt, màu xanh lá cây từ sự kết hợp này thường bị nhạt dần thành màu xanh lam trong các sản phẩm vải hoa Ấn Độ cũ.
Một màu xanh lục bền và ổn định có thể đạt được bằng cách nhuộm lại màu chàm với thuốc nhuộm tự nhiên màu vàng, trong đó hai nguồn phổ biến là tâm gỗ và dát gỗ của cây mít, cùng với vỏ quả xoài Dát gỗ mít chứa morin, một flavonol màu vàng, có thể được chiết xuất qua quá trình đun sôi dăm gỗ Vỏ xoài cung cấp hỗn hợp Glycoside, Tannin, Flavonoid và các hợp chất Phenolic, đồng thời có tính axit nhẹ Khi nhuộm trên vật liệu protein, màu vàng thu được có thể hơi ngả đỏ hoặc xanh lục, với độ sáng tốt và độ bền giặt cao.
Nhuộm chồng màu để tạo màu xanh lục bao gồm việc nhuộm lần lượt màu xanh lam và vàng với tỷ lệ phù hợp, nhằm gắn hai chất màu tự nhiên lên vật liệu dệt Quá trình này cho phép ánh sáng trắng phản xạ lại các màu sắc khác nhau, tạo ra màu xanh lục với cường độ và ánh màu đa dạng Độ chính xác trong việc tạo màu xanh lục phụ thuộc vào khả năng gắn màu và độ bền của các chất màu trong quá trình nhuộm Việc tìm kiếm nguồn chất màu tự nhiên bền màu và dễ nhuộm là cần thiết, tuy nhiên, các nghiên cứu trước đây chưa cung cấp quy trình công nghệ cụ thể cho việc nhuộm màu xanh lục trên các loại vật liệu dệt tự nhiên như bông, len, và tơ tằm Các thông số như tỷ lệ pha trộn, dung dịch nhuộm, thời gian nhuộm, và nhiệt độ nhuộm vẫn chưa được tối ưu hóa Nhiều loại thực vật tự nhiên có khả năng làm thuốc nhuộm màu vàng và chàm, mở ra tiềm năng cho nghiên cứu về kỹ thuật nhuộm chồng để tạo màu xanh lục trên vật liệu tơ tằm.
Cây lá dứa và sắc tố Chlorophyll
2.5.1 Tổng quan về cây lá dứa
Cây lá dứa, hay còn gọi là cây dứa thơm, cây dứa nếp, có tên khoa học là
Pandanus amaryllifolius Roxb., một thành viên của họ Pandanaceae (họ dứa dại), được trồng rộng rãi ở Đông Nam Á (như Thái Lan, Malaysia, Indonesia) và Ấn Độ
Lá của nó được dùng làm gia vị, màu thực phẩm và hương liệu trong ẩm thực (Sun,
Lá dứa, loài Pandanus duy nhất có hương thơm, chứa thành phần chính là 3-Metyl-2(5H)-furanon (83.82%) và 2-axetyl-1-pyrrolin (3.15%) Mùi thơm đặc trưng của lá dứa được tạo ra bởi hợp chất 2-Acetyl-1-pyrroline, trong khi màu xanh của lá là nhờ vào sự hiện diện của diệp lục.
Cây lá dứa xuất hiện rộng rãi ở Việt Nam, đặc biệt là tại Tây Nguyên và miền Nam, nơi nhiều hộ gia đình và khu dược liệu trồng để khai thác Lá dứa thường được sử dụng như một gia vị trong ẩm thực, đặc biệt là trong chế biến các món tráng miệng Cần lưu ý rằng lá dứa không phải là lá của cây dứa dùng để ăn quả.
Cây lá dứa là loại cây thân thảo, phát triển chủ yếu ở vùng nhiệt đới, với chiều cao tối đa khoảng 1 mét Cây thường mọc thành bụi, không có hoa và quả, và chia nhánh từ gốc.
Hình 2.1 Cây lá dứa (dứa thơm hay lá dứa)
Thân và lá của cây mọc chụm theo các đường gân dọc, với lá xếp hình máng xối và tụm lại ở gốc như nan quạt Phiến lá có hình lưỡi gươm dài khoảng 30cm và rộng từ 4-6cm, mang màu xanh và hương thơm đặc trưng giống cơm nếp Mặt dưới lá có màu xanh đậm hơn, đôi khi phủ lớp lông ngắn mịn, và cả hai mặt đều không có gai Lá dứa thơm chứa hương xạ đặc trưng, khác biệt với các cây thuộc họ Dứa dại khác, do một loại enzym không bền vững và dễ oxy hóa tạo ra.
Chlorophyll là sắc tố quang hợp đặc trưng của các sinh vật tự dưỡng như tảo, đóng vai trò quan trọng trong quá trình quang hợp của cây Phân tử chlorophyll giúp cây chuyển hóa năng lượng từ ánh sáng, góp phần vào sự sống và phát triển của thực vật.
Cấu trúc hóa học của Chlorophyll tương tự như Hemoglobin trong máu người, với cả hai đều có 4 nhóm -heme gắn với một nguyên tố kim loại Trong khi Hemoglobin chứa sắt (Fe 2+ ), thì Chlorophyll lại sử dụng magie (Mg 2+ ) Điều này cho thấy sự liên kết giữa thực vật và động vật, với màu xanh của Chlorophyll và màu đỏ của Hemoglobin là biểu tượng cho nguồn gốc thống nhất của sự sống.
Hình 2.2 Sự tương đồng về cấu trúc của Hemoglobin ở máu và Chlorophyll ở lá
Cấu trúc cơ bản của chlorophyll là nhân Porphyrin, được hình thành từ bốn vòng pyron liên kết với nhau qua các cầu metyl, tạo thành vòng khép kín Ở giữa nhân Porphyrin có một nguyên tử Magie, tạo nên cấu trúc heme, phần quan trọng nhất quyết định màu xanh của diệp lục.
Hình 2.3 Cấu trúc Chlorophyll điển hình
Có nhiều loại Chlorophyll với cấu trúc chung là nhân Porphyrin, nhưng mỗi loại lại có các nhóm bên khác nhau, tạo ra những tính chất riêng biệt Trong số đó, Chlorophyll a và b là hai loại phổ biến nhất ở thực vật Sự khác biệt chính giữa Chlorophyll a và Chlorophyll b nằm ở nhóm tại vị trí C7, trong đó Chlorophyll a có nhóm –CH3, còn Chlorophyll b thì không.
Chlorophyll b, X là nhóm –CHO [28] Sự thay đổi này cho phép nó hấp thụ tối đa các bước sóng ngắn hơn
Hình 2.4 Cấu tạo hoá học của Chlorophyll a và Chlorophyll b
Chlorophyll a (C55H72O5N4Mg) là sắc tố quan trọng được tìm thấy trong tất cả các sinh vật nhân chuẩn quang hợp, đặc biệt là với số lượng lớn trong vi khuẩn lam ở sinh vật nhân sơ Sắc tố này chỉ hấp thụ ánh sáng màu xanh và màu đỏ, trong khi ánh sáng màu lục không được hấp thụ mà phản chiếu trở lại mắt chúng ta, tạo nên màu xanh của lá cây.
Chlorophyll, được biết đến với mã E140, là một chất màu thực phẩm quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm Chất này thường được sử dụng để bổ sung vào các sản phẩm như bánh kẹo, súp, sốt, trái cây, nước chấm, mứt, nước giải khát và dầu thực vật nhằm tăng cường giá trị cảm quan cho sản phẩm.
Chlorophyll là chất màu xanh, có dạng rắn và sáp, với màu sắc thay đổi từ oliu đến xanh lục thẫm tùy thuộc vào lượng Magie Chất này có hoạt tính hóa học cao, vừa mang tính acid vừa có tính kiềm, và đặc biệt sở hữu những tính chất lý học quan trọng cho quá trình quang hợp Một trong những tính chất nổi bật nhất của Chlorophyll là khả năng hấp thu chọn lọc năng lượng ánh sáng, mạnh mẽ hấp thu ánh sáng màu xanh dương nhưng lại kém hấp thu ánh sáng màu lục Hiệu suất hấp thu của Chlorophyll thể hiện qua bước sóng hấp thu cực đại ở vùng tia xanh lam (420 nm - 460 nm) và vùng tia đỏ (620 nm - 700 nm).
Hình 2.5 Quang phổ hấp thụ của Chlorophyll
Chlorophyll a có hai đỉnh hấp thụ ánh sáng, một ở vùng đỏ với bước sóng cực đại 662 nm và một ở vùng lam tím với bước sóng cực đại 420 nm Trong khi đó, Chlorophyll b cũng có hai đỉnh hấp thụ tương tự, lần lượt ở bước sóng 643 nm.
Chlorophyll b có cực đại quang phổ hấp thụ tại 454 nm, với sự dịch chuyển trong vùng ánh sáng đỏ về phía bước sóng ngắn hơn, trong khi ở vùng ánh sáng lam tím, cực đại này dịch chuyển về các bước sóng dài hơn.
Hình 2.6 Quang phổ hấp thụ vùng khả kiến của Chlorophyll a và b
Chlorophyll không hòa tan trong nước nhưng tan trong cồn, diethyl ether, cloroalkan, hydrocarbon và dầu không bay hơi Khi chịu tác động của nhiệt độ và acid, các acid sẽ thay thế ion Mg²⁺ trong phân tử chlorophyll bằng 2 ion H⁺, dẫn đến sự chuyển hóa thành pheophytin có màu xanh olive sẫm Thời gian đun nóng càng lâu, sự sẫm màu càng mạnh, và từ 60℃ trở lên, quá trình chuyển hóa thành pheophytin diễn ra nhanh chóng khi nhiệt độ tăng.
Chlorophyll tương tác với kiềm nhẹ như Carbonate kiềm và kiềm thổ, tạo ra các muối phức tạp chứa magie gọi là Acid Chlorophylinic Quá trình này xảy ra khi kiềm làm mất nhóm phytin thông qua xà phòng hóa, dẫn đến sự hình thành Chlorophylinic Acid, Ethanol và rượu Phytol Acid Chlorophylinic và các muối của nó mang lại màu xanh đậm cho sản phẩm tạo thành.
Hoa cúc vạn thọ và sắc tố Lutein
2.6.1 Sơ lược về hoa cúc vạn thọ
Cúc vạn thọ (Tagetes erecta L.) là cây thân thảo thuộc họ Cúc (Asteraceae), cao từ 30 cm đến 1m, với tán rộng 14-16 cm Lá cây có hình lông chim, dài tối đa 5 cm, màu xanh lục và có mùi hắc Loài cây này ưa khí hậu nóng ẩm, nhiều ánh sáng, và có tốc độ sinh trưởng nhanh Cúc vạn thọ thường được trồng làm cảnh và mọc hoang dại ở nhiều tỉnh miền Bắc Việt Nam như Lai Châu, Lào Cai và Sơn La Hiện nay, cây được sử dụng để chiết xuất Lutein, một chất chống oxy hóa có tác dụng cải thiện thị giác và điều trị các bệnh về mắt như đục thủy tinh thể và thoái hóa điểm vàng.
Hình 2.11 Hoa cúc vạn thọ
Cúc vạn thọ nổi bật với tác dụng chống oxy hóa nhờ các thành phần hóa học như Acid gallic, Gallicin, Quercetagetin, 6-Hydroxykaempferol-O-hexoside, Patuletin-O-hexoside và Quercetin, trong đó quercetagetin là chất chống oxy hóa mạnh nhất Ngoài ra, cúc vạn thọ còn có khả năng kháng khuẩn, với Flavonoid và Patulitrin từ hoa có tác dụng ức chế nhiều vi khuẩn gây bệnh phổ biến như Escherichia coli, Klebsiella Pneumoniae và Pseudomonas Aeruginosa, giúp lý giải việc sử dụng hoa này trong điều trị các bệnh viêm nhiễm Các nghiên cứu cho thấy các thành phần từ cúc vạn thọ còn có tác dụng bảo vệ thần kinh, làm chậm quá trình lão hóa và giảm độc tính của β-amyloid, liên quan đến các bệnh sa sút trí tuệ Hơn nữa, tinh dầu trong cúc vạn thọ có khả năng chống lại cỏ dại và sâu bệnh, mở ra tiềm năng sản xuất thuốc diệt cỏ và trừ sâu tự nhiên, giảm thiểu việc sử dụng hóa chất trong nông nghiệp.
2.6.2 Lutein – Hợp chất mang màu trong hoa cúc vạn thọ
Hoa cúc vạn thọ chứa các hợp chất Carotenoid, với các giống hoa có màu vàng đến đỏ cam thường giàu Lutein, một chất màu quan trọng.
Carotenoid [40] Lutein có công thức phân tử C40H56O2, là dẫn xuất 3,3’- diol của β,ε-caroten và là một dạng tiền vitamin A [41]
Hoa cúc vạn thọ chứa hợp chất Carotenoid, đặc biệt là Lutein (C 40 H 56 O 2) và Zeaxanthin, hai loại Xanthophylls có nồng độ cao hơn so với các loại cây khác Các Xanthophylls này không chỉ mang màu sắc từ vàng đến vàng mà còn được sử dụng làm chất tạo màu thực phẩm tự nhiên Nhu cầu về Xanthophylls tinh khiết đang gia tăng để sử dụng trong thực phẩm và chất bổ sung dinh dưỡng Chiết xuất từ hoa cúc vạn thọ được ứng dụng rộng rãi trong các sản phẩm thực phẩm như dầu ăn, mù tạt, nước sốt salad, bánh ngọt, kem, sữa chua và các sản phẩm từ sữa.
Hình 2.12 Cấu trúc phân tử Lutein trong hoa cúc vạn thọ (Tagetes erecta L)
Lutein là một sắc tố Xanthophyll (OxyCarotenoid) nổi bật với màu vàng cam đẹp mắt, được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm Với khả năng chống oxy hóa mạnh mẽ, lutein không chỉ mang lại giá trị thẩm mỹ mà còn có lợi cho sức khỏe.
Lutein, với công thức hóa học C40H56O2 và phân tử lượng 568.9, là một dẫn xuất 3,3'-diol của β,ε-caroten, đồng thời là tiền vitamin A Phân tử này có cấu trúc isoprenoid đặc trưng của các carotenoid, bao gồm hai vòng 6 cạnh ở hai đầu mạch carbon Chuỗi liên kết đôi liên hợp trong lutein có thể tồn tại ở cấu hình cis hoặc trans, dẫn đến sự hình thành nhiều đồng phân mono-cis và poly-cis Trong tự nhiên, lutein thường xuất hiện dưới dạng đồng phân hình học bền nhất, đó là dạng all-trans.
Dưới tác động của bức xạ nhiệt hoặc ánh sáng, dạng all-trans có thể chuyển hóa thành các đồng phân cis, trong đó các dạng 9-cis, 13-cis và 15-cis là bền nhất.
Hình 2.13 Cấu tạo phân tử Lutein (dạng đồng phân all-trans)
Hình 2.14 Một số dạng đồng phân cis thường gặp của Lutein [41]
Lutein là một chất ít phân cực, không tan trong nước và kém tan trong các dung môi hữu cơ phân cực như Methanol và Ethanol, nhưng lại tan tốt hơn trong các dung môi hữu cơ phân cực trung bình như Acetone và Dichloromethane Phân tử Lutein với 10 nối đôi liên hợp hấp thụ mạnh tia tử ngoại và ánh sáng xanh trong khoảng 420 nm - 490 nm, do đó, Lutein ở dạng bột có màu đỏ cam và ở dạng dung dịch có màu vàng cam hấp dẫn.
Hình 2.15 Quang phổ hấp thụ của chất màu tự nhiên Lutein [45]
Lutein là một hợp chất khá bền trong môi trường kiềm Trong môi trường này, Lutein ester có thể bị xà phòng hóa để tạo thành Lutein tự do Để ngăn chặn quá trình oxy hóa Lutein bởi oxy không khí, phản ứng xà phòng hóa Lutein ester nên được thực hiện dưới khí trơ N2 Trong các mô động vật và thực vật, Lutein có khả năng liên kết với các acid béo, lipid và lipoprotein, tạo thành các cấu trúc bền vững hơn so với dạng Lutein tự do.
2.6.3 Một số công trình nghiên cứu nhuộm vật liệu dệt tự nhiên bằng dịch chiết từ hoa cúc vạn thọ
Thuốc nhuộm tự nhiên từ hoa cúc vạn thọ cho thấy hiệu quả cao khi nhuộm trên vải cotton ở nhiệt độ 80 °C trong 60 phút với tỷ lệ chiết tách 1:40 Nghiên cứu của Sayed Yaseen Rashdi cho thấy việc sử dụng dịch chiết từ hoa cúc vạn thọ Mehico kết hợp với chất cầm màu sắt sunfat đã mang lại độ bền màu tốt cho vải Lyocell Bên cạnh đó, nghiên cứu của Amit Lohar và Jayoti Majumder khẳng định cúc vạn thọ là nguồn nguyên liệu tiềm năng cho ngành dệt nhuộm, với độ bền màu giặt và ma sát cao khi nhuộm vải tơ tằm bằng dịch chiết và chất cầm màu đồng sunfat.
2.6.4 Cơ chế gắn màu của Lutein trên vật liệu tơ tằm
Hình 2.16 Đề xuất cơ chế liên kết giữa chất màu Lutein và vật liệu tơ tằm
Nhóm hydroxyl (-OH) ở hai đầu của phân tử Lutein có khả năng tạo liên kết hydro với nhóm hydroxyl của nhóm carboxyl trong mạch phân tử fibroin của tơ tằm Mặc dù khả năng liên kết không quá mạnh, nhưng tương tác này vẫn giúp cố định phân tử thuốc nhuộm trên vật liệu dệt.
Hoa đậu biếc và sắc tố Anthocyanin
2.7.1 Sơ lược về hoa đậu biếc
Cây hoa đậu biếc là loại cây thân leo bền bỉ, dễ trồng và chăm sóc, có khả năng chịu nắng nóng và hạn hán tốt, đồng thời ít bị sâu bệnh Đặc biệt, hoa đậu biếc rất giàu Proanthocyanidin, một chất chống oxy hóa có lợi cho sức khỏe.
Hoa đậu biếc, hay còn gọi là Clitoria ternatea (Butterfly pea), thuộc họ Fabaceae và phân họ Papilionaceae, là một loại cây họ đậu lâu năm có nguồn gốc từ vùng nhiệt đới châu Á Loài cây này đã được phân bố rộng rãi ở Nam và Trung Mỹ, Đông và Tây Ấn Độ, Trung Quốc và Ấn Độ Hoa đậu biếc phát triển tốt nhất trong điều kiện khí hậu ấm áp, với nhiệt độ lý tưởng từ 20°C đến 32°C, và phát triển kém ở những vùng có khí hậu lạnh.
Hoa đậu biếc chứa một este và một chất nhựa Glycosid Các thành phần hóa học chính được tìm thấy ở Clitoria ternatea là các Triterpenoids Pentacyclic như
Taraxerol, Taraxerone và Proanthocyanidin là những chất có khả năng chống oxy hóa mạnh mẽ Màu xanh lam đặc trưng của hoa đậu biếc được tạo ra từ nhiều loại Anthocyanin khác nhau, với ternatins là nhóm quan trọng nhất Nghiên cứu của Norihiko Terahara và các cộng sự đã phát hiện ra tám Anthocyanin mới, bao gồm Ternatin C1, C2, C3, C4, C5, D3, cùng với Preternatin A3 và A4, thông qua quá trình chiết tách từ hoa đậu biếc Các Anthocyanin trong hoa đậu biếc được phân loại theo màu sắc cơ bản, trong đó Pelargonidin mang màu cam, Cyanidin tạo ra màu đỏ, và Delphinidin cho màu xanh.
Màu xanh của hoa đậu biếc chứa Anthocyanin, một hợp chất được sử dụng để tạo màu cho thực phẩm và thuốc nhuộm tự nhiên Sự thay đổi màu sắc của Anthocyanin từ xanh lam sang đỏ khi tiếp xúc với môi trường kiềm và axit cho thấy nó có thể hoạt động như một chất chỉ thị pH hiệu quả.
2.7.2 Anthocyanin – Hợp chất mang màu nhạy cảm với pH
Anthocyanin là các sắc tố polyphenolic thuộc nhóm flavonoid, tạo ra màu sắc từ đỏ cam đến xanh tím trong quả, hoa và lá của thực vật Cường độ và độ bền màu của anthocyanin chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm thành phần cấu trúc, nồng độ, pH, nhiệt độ, ánh sáng, sự hiện diện của các chất màu khác, ion kim loại, enzyme, oxy, vitamin C và đường.
Anthocyanidin là cấu trúc cơ bản của Anthocyanin, bao gồm một vòng thơm A liên kết với một vòng dị vòng C chứa oxy, và vòng này liên kết với một vòng thơm thứ ba B qua liên kết Carbon-Carbon Khi Anthocyanidin tồn tại dưới dạng Glycoside, chúng được gọi là Anthocyanin.
Hình 2.19 Cấu trúc chung của Anthocyanin
2.7.3 Một số công trình nghiên cứu chiết tách chất màu từ hoa đậu biếc
Tiến sĩ Mai Huỳnh Cang và cộng sự đã nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện trích ly Anthocyanin từ hoa đậu biếc, cho thấy sự thay đổi màu sắc của dịch chiết theo pH Ở pH thấp (1.0 và 2.0), Anthocyanin bền và có màu đỏ; khi pH tăng (3.0 – 5.0), màu sắc chuyển sang tím do sự tồn tại dưới dạng base quinon Tại pH 6 - 8, Anthocyanin chuyển sang màu xanh đậm, còn ở pH 9 - 11, màu sắc chuyển từ xanh đậm sang vàng, tạo ra màu xanh lá Cuối cùng, ở pH 12 - 14, Anthocyanin tồn tại dưới dạng Chalcon, dẫn đến màu vàng và đậm dần.
Nghiên cứu của Tiến sĩ Nguyễn Thị Tuyết và Thạc sĩ Trần Thị Duyên đã xác định quy trình tối ưu để chiết tách chất màu từ hoa đậu biếc bằng dung môi Ethanol 70º, với thời gian chiết là 120 phút ở nhiệt độ 60 ºC và tỷ lệ chiết tách 10:1 (v/w) Hình 2.20 minh họa sự ảnh hưởng của pH đến màu sắc của dịch chiết từ hoa đậu biếc.
2.7.4 Cơ chế gắn màu của Anthocyanin trên vật liệu tơ tằm
Hình 2.21 Đề xuất cơ chế gắn màu và cầm màu giữa tơ tằm và Anthocyanin Trong điều kiện dịch nhuộm (a) có tính acid, (b) trung tính, (c) có tính kiềm
Trong môi trường acid của dịch nhuộm, nhóm amin tự do của tơ tằm chuyển thành muối, tạo ra điện tích dương cho vật liệu Điều này khiến cho phân tử Anthocyanin cũng tích điện dương, ngăn cản việc hình thành liên kết ion giữa chúng Tuy nhiên, trong môi trường acid, nhóm amide trong polypeptit có khả năng tạo liên kết hydro với nhóm hydroxyl ở vị trí cacbon thứ 5 của Anthocyanin Ngược lại, trong môi trường trung tính, nhóm amide và nhóm amin tự do của tơ tằm có thể tạo cầu nối với phân tử thuốc nhuộm thông qua liên kết hydro với nhóm hydroxyl.
Trong môi trường kiềm, liên kết hydro giữa các nhóm amin, amide và hydroxyl vẫn tiếp tục tồn tại Đồng thời, nhóm carboxyl của tơ tằm và nguyên tử oxy tại vị trí số 7 mang điện tích âm, tạo cầu nối với ion Cu 2+, giúp cố định chất màu trên nền vật liệu dệt.
Kết luận tổng quan
Qua nghiên cứu tổng quan, có thể rút ra những kết luận quan trọng về việc nhuộm màu xanh lục trên vật liệu tơ tằm, cùng với các vấn đề liên quan.
Chlorophyll có thể được chiết tách từ các dung môi như Methanol, Ethanol và Acetone, và được sử dụng như một loại thuốc nhuộm tự nhiên cho vật liệu dệt Tuy nhiên, việc sử dụng chlorophyll gặp phải hạn chế về cường độ màu và độ bền màu, đặc biệt là khả năng bền màu dưới ánh sáng.
Để tạo màu xanh lục trên vật liệu dệt tự nhiên, có thể sử dụng thuốc nhuộm tự nhiên màu xanh lá qua kỹ thuật nhuộm trực tiếp Tuy nhiên, độ bền màu của phương pháp này không cao và thường bị ngả vàng theo thời gian.
Màu xanh lá trên vật liệu dệt tự nhiên có thể đạt được thông qua kỹ thuật nhuộm chồng bằng hai loại thuốc nhuộm tự nhiên là vàng và lam Mặc dù lịch sử dệt may đã ghi nhận các nghiên cứu về kỹ thuật nhuộm chồng, nhưng vẫn thiếu các thông số tối ưu cụ thể, điều này cũng tương tự với các nghiên cứu về kỹ thuật nhuộm màu xanh lục trực tiếp trên vật liệu dệt thiên nhiên.
Hình 2.22 Cơ chế nhuộm trực tiếp và nhuộm chồng màu trên vật liệu tơ tằm
Nghiên cứu về kỹ thuật nhuộm chồng màu xanh lục chủ yếu tập trung vào một số loại chất màu thiên nhiên từ thực vật Tuy nhiên, trong tự nhiên còn rất nhiều loài cây, hoa và quả chứa hợp chất có màu vàng tương tự như nghệ và màu lam giống như indigo.
Chlorophyll hấp thụ mạnh ánh sáng ở vùng xanh lam và đỏ, trong khi kém hấp thụ ánh sáng màu lục, tạo ra màu xanh lá đặc trưng Lutein hấp thụ ánh sáng trong quang phổ màu lam (420-490nm) Khi nhuộm vật liệu dệt bằng chất màu không hấp thụ ánh sáng xanh lam, sự phản xạ của các tia sáng sẽ tạo ra các sắc thái màu xanh lục với nhiều cường độ và ánh màu khác nhau.
Hoa cúc vạn thọ chứa hàm lượng Lutein cao, là chất màu tự nhiên bền màu vàng trên vật liệu dệt tự nhiên Hoa đậu biếc có Anthocyanin, thuộc họ Flavonoid, mang màu xanh lam tương tự như màu chàm ở indigo Hai chất màu này có thể được ứng dụng để tạo màu vàng và lam, tạo ra màu xanh lục trên vật liệu tơ tằm.
Chất màu Carotenoid trong hoa cúc vạn thọ có thể được chiết tách bằng nước cất ở nhiệt độ sôi trong một khoảng thời gian nhất định Đồng thời, chất màu Flavonoid từ hoa đậu biếc có thể được chiết bằng nước cất, Ethanol hoặc hỗn hợp Ethanol và nước.
Luận văn này nghiên cứu quá trình nhuộm màu xanh lục trên vải tơ tằm bằng kỹ thuật nhuộm trực tiếp và nhuộm chồng từ các chất màu tự nhiên như Chlorophyll, Flavonoid và Carotenoid Nghiên cứu nhằm giải quyết những bất cập trong các nghiên cứu trước đây và kiểm chứng các kết quả đã công bố, đồng thời tập trung vào các vấn đề mới trong lĩnh vực này.
(1) Quá trình nhuộm màu xanh lục trên vải tơ tằm bằng kỹ thuật nhuộm trực tiếp sử dụng chất màu tự nhiên gốc Chlorophyll, chiết tách từ lá dứa
Quá trình nhuộm màu xanh lục trên vải tơ tằm được thực hiện theo kỹ thuật nhuộm chồng, sử dụng các hợp chất tự nhiên gốc Flavonoid và Carotenoid Những hợp chất này được chiết xuất từ hoa cúc vạn thọ và hoa đậu biếc, mang lại màu sắc độc đáo và an toàn cho sản phẩm.
(3) Đánh giá độ tin cậy của quy trình tạo màu xanh lục trên vải tơ tằm bằng các hợp chất tự nhiên
Các kết quả trong nghiên cứu sẽ được chứng minh dưới dạng giả thuyết thống kê với khoảng tin cậy P = 95%.
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
Nguyên liệu, hoá chất, thiết bị, dụng cụ thí nghiệm
3.1.1 Nguyên liệu và hoá chất thí nghiệm
Bảng 3.1 Nguyên liệu và vật liệu nhuộm
STT Tên nguyên liệu/vật liệu Xuất xứ Thông số/Đặc tính
1 Cây lá dứa Việt Nam - Cây tươi
2 Hoa đậu biếc Việt Nam - Đã được sấy khô
3 Hoa cúc vạn thọ Bình Thuận, Việt Nam - Cây hoa tươi
Công Ty TNHH Dệt Lụa Tơ Tằm Toàn Thịnh
- Kiểu dệt: Dệt thoi vân điểm
- Mật độ: 45 x 45 (sợi/cm) Bảng 3.2 Hoá chất thí nghiệm
STT Tên hoá chất Xuất xứ Độ tinh khiết
1 CuSO4.5H2O Xilong Scientific Co., Ltd, Trung Quốc 99 %
2 KAl(SO4)2.12H2O Xilong Scientific Co., Ltd, Trung Quốc 99 %
3 Nước cất Việt Nam 1 lần
4 Ethanol 99° Xilong Scientific Co., Ltd, Trung Quốc 99 %
5 NaOH Xilong Scientific Co., Ltd, Trung Quốc 99 %
6 CH3COOH Xilong Scientific Co., Ltd, Trung Quốc 99 %
3.1.2 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm
Bảng 3.3 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm
STT Tên thiết bị/dụng cụ Đặc tính/Thông số kỹ thuật Xuất xứ Hình ảnh minh hoạ
Máy nhuộm hồng ngoại thí nghiệm
+ Thời gian ổn định: 3 giây
Máy khuấy từ và nhiệt
+ Tốc độ khuấy lên đến 1200 vòng/ phút
+ Nhiệt độ từ nhiệt độ phòng tới 370 ℃
+ Đường kính đĩa gia nhiệt: 155mm
+Kích thước (ngang x cao x sâu): 165 x 115 x 280 mm
Máy đo màu quang phổ hồng ngoại
Không gian màu CIE Lab
Bút đo pH cầm tay
STT Tên thiết bị/dụng cụ Đặc tính/Thông số kỹ thuật Xuất xứ Hình ảnh minh hoạ
Máy xay đa năng SEKA
- Khối lượng xay: 800 gram/lần
Quá trình chiết tách chất màu xanh lục từ lá dứa
3.2.1 Quá trình xử lý sơ bộ nguyên liệu lá dứa
Lá dứa được thu hoạch tươi và còn gốc, sau đó được cắt gốc, tách rời và rửa sạch để loại bỏ tạp chất Sau khi làm sạch, lá dứa được phơi khô trong bóng râm trong một ngày, rồi sấy ở nhiệt độ 50 ℃ trong 30 phút để đảm bảo lá khô hoàn toàn Cuối cùng, lá dứa được xay nhuyễn thành bột và tiếp tục sấy ở 50 ℃ trong 30 phút để kiểm soát độ ẩm.
Hình 3.1 Xử lý nguyên liệu thô: (a) lá dứa tươi, (b) lá dứa sấy khô, (c) bột lá dứa
Bột lá dứa khô được xử lý qua quy trình chế biến nguyên liệu thô, với hai mức khối lượng 5 g và 10 g Quá trình sấy diễn ra ở nhiệt độ 105 ℃ cho đến khi đạt khối lượng không đổi, nhằm tính toán độ ẩm của nguyên liệu chiết xuất và kiểm tra độ tin cậy của kết quả.
3.2.2 Quá trình chiết tách Chlorophyll từ lá dứa
Chuẩn bị mẫu, dung môi chiết tách: bột lá dứa đã sấy khô, Ethanol 99º
Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm: tủ sấy, cân điện tử, cốc thủy tinh 250 ml, ống đong 100ml, đũa thủy tinh, giấy bạc
Tiến hành thí nghiệm: thực hiện thí nghiệm theo sơ đồ Hình 3.3
Hình 3.3 Sơ đồ quy trình chiết tách chất màu từ lá dứa bằng dung môi Ethanol 99º
Bột lá dứa khô được chiết xuất bằng dung môi Ethanol 99° với tỉ lệ 1:10 trong 24 giờ ở nhiệt độ phòng Sau khi chiết, hỗn hợp được lọc qua giấy lọc để thu dịch màu, đồng thời cần vắt bã nguyên liệu để lấy hết dịch màu còn sót lại Dịch màu thu được phải được bảo quản kín ở nơi thoáng mát, không có ánh nắng trực tiếp, trong khi bã ướt sẽ được loại bỏ Đánh giá quy trình chiết tách sử dụng hai khối lượng bột lá dứa: 20 g với 200 ml Ethanol và 40 g với 400 ml dung môi Mục tiêu là tính toán hiệu quả thu dịch chiết trung bình và độ tin cậy của quy trình, với hiệu quả được xác định qua thể tích dịch màu thu được so với thể tích dung môi sử dụng.
Thí nghiệm về khả năng nhuộm màu xanh lục trên vải tơ tằm bằng kỹ thuật nhuộm trực tiếp sử dụng chất màu Chlorophyll, chiết từ lá dứa
Nghiên cứu này tập trung vào kỹ thuật nhuộm trực tiếp để tạo màu xanh lục trên vật liệu dệt, sử dụng hoàn toàn dịch chiết từ lá dứa dại Quá trình nhuộm này áp dụng phương pháp nhuộm tận trích (nhuộm gián đoạn) cho vải tơ tằm.
Chuẩn bị mẫu thí nghiệm: các mẫu vải tơ tằm có khối lượng 0.5 g, dịch chiết từ lá dứa dại với nồng độ 100 % v/v
Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm: máy nhuộm hồng ngoại, tủ sấy, cân điện tử, cốc thủy tinh 50 ml, ống đong 10 ml, đũa thủy tinh
Vải tơ tằm được nhuộm bằng dịch chiết từ bột lá dứa qua phương pháp sử dụng Ethanol, nhằm khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện nhuộm đến cường độ màu và khả năng gắn màu xanh lục Các yếu tố quan trọng được nghiên cứu bao gồm dung tỷ nhuộm, nhiệt độ và thời gian nhuộm Mỗi thí nghiệm kết hợp các giá trị khác nhau của từng yếu tố để xác định bộ 3 thông số tối ưu cho quá trình nhuộm Mỗi yếu tố được khảo sát ở 3 mức độ khác nhau, được trình bày chi tiết trong Bảng 3.4.
Bảng 3.4 Các giá trị khảo sát trong 3 yếu tố ảnh hưởng đến quy trình nhuộm
Thời gian nhuộm Nồng độ đồng sulfat
Thực nghiệm khảo sát 3 yếu tố ảnh hưởng với 3 mức độ cho từng yếu tố Tổng số thí nghiệm là 27, được tính theo công thức sau:
Tổng số phương án thực nghiệm được tính theo công thức N = n k, trong đó N là tổng số, n là số mức độ và k là số yếu tố Để đánh giá kết quả, các mẫu tơ tằm nhuộm màu xanh lục sẽ được phân tích cường độ màu K/S bằng máy đo màu quang phổ Xrite Color i5 tại Bộ môn Kỹ thuật Dệt May, Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM Các giá trị màu CIE L*a*b* của 27 bộ thông số nhuộm sẽ được ghi nhận, từ đó xác định bộ thông số tối ưu cho quy trình nhuộm trực tiếp màu xanh lục dựa trên giá trị K/S.
Hình 3.4 Máy đo màu quang phổ Xrite Color i5
Dung dịch nhuộm được chiết xuất từ bột lá dứa bằng Ethanol 99º, khiến chất cầm màu CuSO4.5H2O không hòa tan trong dung dịch thuốc nhuộm theo phương pháp cầm màu đồng thời Để nâng cao hiệu quả nhuộm, nghiên cứu áp dụng phương pháp cầm màu sau nhuộm với nồng độ chất cầm màu 5% o.w.f Sau khi nhuộm, dung dịch thuốc nhuộm dư được loại bỏ và dung dịch cầm màu được thêm vào cốc nhuộm Quy trình cầm màu được thực hiện theo giản đồ nhiệt độ - thời gian như mô tả trong Hình 3.5, cũng áp dụng cho quá trình cầm màu sau nhuộm khi nhuộm vải tơ tằm bằng tác nhân màu lam từ hoa đậu biếc theo kỹ thuật nhuộm chồng.
Hình 3.5 Giản đồ quá trình cầm màu sau nhuộm
Phương pháp đánh giá độ tin cậy của quy trình tạo màu xanh lục trên vải tơ tằm theo kỹ thuật nhuộm trực tiếp
Bằng cách đo lường và phân tích các giá trị màu CIE L*a*b* của mẫu vải tơ tằm nhuộm bằng dịch chiết từ lá dứa, tác giả đã xác định được quy trình công nghệ nhuộm trực tiếp hiệu quả, tạo ra màu xanh lục với các thông số tối ưu.
Thực hiện 2 mẻ nhuộm với công nghệ tối ưu, mỗi mẻ bao gồm 5 mẫu vải Theo kiểm định thống kê, điều này có nghĩa là khảo sát 2 mẫu với kích thước bằng nhau, mỗi mẫu có kích thước 5.
Kiểm định giả thuyết thống kê được sử dụng để đánh giá độ tin cậy và khả năng tái lặp màu của thuốc nhuộm tự nhiên màu xanh lục trong quy trình nhuộm Cường độ màu được xác định qua giá trị K/S, là yếu tố chính trong bài toán kiểm định này Mỗi mẫu vải nhuộm trong các mẻ nhuộm được đo bằng máy quang phổ X-Rite Color i5, cho ra giá trị K/S Để đảm bảo độ chính xác, mỗi mẫu vải được đo 3 lần và giá trị trung bình được tính toán.
Bài toán kiểm định thống kê liên quan đến việc so sánh trị trung bình và phương sai của hai mẫu có cùng kích thước với độ tin cậy P = 95% Phương pháp kiểm định được sử dụng là chuẩn Student, nhằm phân tích sự khác biệt giữa hai mẫu nhỏ theo giả thuyết đã đặt ra.
- H0: màu sắc vải nhuộm ở hai mẻ nhuộm là tương đồng nhau (𝜇 1 = 𝜇 2 )
- H1: màu sắc vải nhuộm ở hai mẻ nhuộm là khác nhau (𝜇 1 ≠ 𝜇 2 )
Trước đó, cần kiểm tra tính đồng nhất của 2 phương sai của 2 mẫu được kiểm định theo chuẩn Fisher, giả thuyết như sau:
- H0: độ ổn định về ánh màu trên vải ở hai mẻ nhuộm là như nhau (𝛿 1 2 = 𝛿 2 2 )
Độ ổn định về ánh màu trên vải giữa hai mẻ nhuộm có sự khác biệt rõ rệt (𝛿 1 2 ≠ 𝛿 2 2) Kết luận cho thấy rằng độ tin cậy và khả năng tái lặp màu của quy trình nhuộm tối ưu phụ thuộc vào kết quả của hai bài toán kiểm định thống kê, trong đó các giả thuyết H0 được chấp thuận.
Thí nghiệm về khả năng nhuộm màu xanh lục trên vải tơ tằm bằng kỹ thuật nhuộm chồng sử dụng chất màu tự nhiên gốc Flavonoid và Carotenoid
Nghiên cứu này tập trung vào kỹ thuật nhuộm chồng để tạo màu xanh lục trên vật liệu dệt, bao gồm hai lần nhuộm: lần đầu với chất màu tự nhiên vàng và lần hai với chất màu tự nhiên xanh lam, có thể thay đổi thứ tự nhuộm Tác giả sử dụng Anthocyanin chiết xuất từ hoa đậu biếc làm chất nhuộm xanh lam và Lutein chiết xuất từ hoa cúc vạn thọ làm chất nhuộm vàng.
3.5.1 Quá trình chiết tách chất màu từ hoa đậu biếc
Chuẩn bị nguyên liệu: hoa đậu biếc đã sấy khô, pha dung dịch Ethanol 70 %
Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm: tủ sấy, máy xay bột khô, cân điện tử, cốc thủy tinh 500 ml, ống đong 100 ml, đũa thủy tinh, giấy bạc
Tiến hành thí nghiệm: thực hiện thí nghiệm theo sơ đồ Hình 3.6 và Hình 3.7
Hình 3.6 Sơ đồ quy trình xử lý nguyên liệu thô tạo bột hoa đậu biếc
Hoa đậu biếc được mua ở dạng hoa khô nguyên chất, sau đó tiến hành xử lý bằng cách loại bỏ cuống, cánh hoa úa và các tạp chất Cánh hoa được sấy khô ở nhiệt độ 50 ℃ trong 30 phút, sau đó xay nhuyễn thành bột Cuối cùng, bột hoa tiếp tục được sấy ở 50 ℃ trong 30 phút cho đến khi đạt độ ẩm ổn định.
Bột hoa đậu biếc được chiết xuất bằng cách ngâm trong Ethanol 70° với tỉ lệ 1:10 trong 2 giờ ở nhiệt độ 60 ºC, sau đó lọc qua giấy lọc để thu được dịch màu.
Hình 3.7 Sơ đồ quy trình chiết tách chất màu từ hoa đậu biếc
3.5.2 Quá trình chiết tách chất màu từ hoa cúc vạn thọ
Chuẩn bị nguyên liệu: hoa cúc vạn thọ tươi, nước cất
Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm: tủ sấy, máy xay bột khô, cân điện tử, cốc thủy tinh 500 ml, ống đong 100 ml, đũa thủy tinh, giấy bạc
Tiến hành thí nghiệm: thực hiện thí nghiệm theo sơ đồ Hình 3.8
Hình 3.8 Sơ đồ quy trình chiết tách chất màu từ hoa cúc vạn thọ
Hoa cúc vạn thọ được thu gom từ các hộ dân dưới dạng hoa tươi nguyên bụi Sau đó, nguyên liệu được xử lý sơ bộ bằng cách rửa sạch, loại bỏ cuống hoa, cánh hoa úa và tạp chất, chỉ giữ lại phần cánh hoa có màu vàng và vàng cam Tiếp theo, cánh hoa được sấy khô ở nhiệt độ 60 ℃ trong 30 phút, rồi xay nhuyễn thành bột khô.
Bột hoa cúc vạn thọ được chiết xuất bằng cách ngâm trong nước cất với tỷ lệ 1:20 ở nhiệt độ 100 ºC trong 90 phút Sau đó, dung dịch chiết được lọc qua giấy lọc để thu được dịch màu.
3.5.3 Quá trình tạo màu xanh lục trên vải tơ tằm bằng kỹ thuật nhuộm chồng
Thí nghiệm này nhằm khảo sát ảnh hưởng của dung tỷ nhuộm, pH dịch nhuộm của tác nhân màu lam, và nồng độ chất cầm màu của tác nhân màu vàng đến cường độ màu và khả năng tạo màu xanh lục trên vải tơ tằm Đặc biệt, nghiên cứu muốn chứng minh sự khác biệt về cường độ màu xanh lục trên vải tơ tằm khi thay đổi thứ tự nhuộm giữa hai tác nhân màu lam và màu vàng.
Trong thí nghiệm này, nhiệt độ và thời gian nhuộm được giữ cố định dựa trên các nghiên cứu trước đó [45] [48], nhằm khảo sát các yếu tố khác trong quá trình nhuộm Công nghệ nhuộm vải tơ tằm sử dụng dịch chiết từ hoa cúc vạn thọ được áp dụng để nghiên cứu hiệu quả của phương pháp này.
• Chất cầm màu (cầm màu đồng thời): KAl(SO4)2.12H2O – 5 % o.w.f Đơn công nghệ nhuộm vải tơ tằm bằng dịch chiết từ hoa đậu biếc:
• Chất cầm màu (cầm màu sau nhuộm): CuSO4.5H2O – 5 % o.w.f
Chuẩn bị mẫu thí nghiệm bao gồm các mẫu vải tơ tằm có khối lượng 0.5 g, cùng với dịch chiết từ hoa cúc vạn thọ và hoa đậu biếc, cả hai đều ở nồng độ 100 % v/v Ngoài ra, cần pha dung dịch NaOH 0.1 M để thực hiện thí nghiệm.
Trong nghiên cứu và thí nghiệm, các thiết bị và dụng cụ quan trọng bao gồm máy nhuộm hồng ngoại, tủ sấy, cân điện tử, cốc thủy tinh 50 ml, ống đong 10 ml, đũa thủy tinh và ống hút nhỏ giọt Những dụng cụ này hỗ trợ hiệu quả trong việc thực hiện các thí nghiệm chính xác và đáng tin cậy.
Bảng 3.5 Giá trị khảo sát về dung tỷ nhuộm của tác nhân màu lam
Thứ tự nhuộm: Lam – Vàng Thứ tự nhuộm: Vàng – Lam
Mã thí nghiệm Dung tỷ màu lam
Dung tỷ màu vàng Mã thí nghiệm Dung tỷ màu vàng
Dung tỷ màu lam BY-LR-2040 1:20
Bảng 3.5 trình bày các giá trị khảo sát về dung tỷ nhuộm khi sử dụng thuốc nhuộm màu lam với hai thứ tự nhuộm: lam trước vàng sau và vàng trước lam sau Mã thí nghiệm được quy ước, ví dụ YB-LR-4020, trong đó YB chỉ thứ tự nhuộm vàng trước, lam sau (ngược lại là BY); LR đại diện cho thí nghiệm khảo sát dung tỷ; 2040 thể hiện dung tỷ nhuộm của tác nhân vàng và lam.
Bảng 3.6 Giá trị khảo sát về pH dịch nhuộm của tác nhân màu lam
Thứ tự nhuộm: Lam – Vàng Thứ tự nhuộm: Vàng – Lam
Mã thí nghiệm pH dịch nhuộm của tác nhân màu lam Mã thí nghiệm pH dịch nhuộm của tác nhân màu lam
Bảng 3.6 cung cấp các giá trị pH của dịch nhuộm khi sử dụng chất màu tự nhiên làm tác nhân màu lam Các thí nghiệm được thực hiện với hai thứ tự nhuộm là lam-vàng và vàng-lam.
Bảng 3.7 Khảo sát về sự thay đổi nồng độ chất cầm màu của tác nhân màu vàng
Thứ tự nhuộm: Lam – Vàng Thứ tự nhuộm: Vàng – Lam
Mã thí nghiệm Nồng độ
KAl(SO4)2.12H2O Mã thí nghiệm Nồng độ
Các thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thứ tự nhuộm hai tác nhân màu lam và vàng đến khả năng tạo màu xanh lục trên vải tơ tằm đã được thực hiện Kết quả cho thấy các mẫu vải nhuộm được đo lường giá trị màu sắc và phân tích các thông số để đánh giá khả năng tạo ra màu xanh lục, đồng thời so sánh với kỹ thuật nhuộm trực tiếp bằng dịch chiết từ lá dứa.
Quá trình phân tích màu sắc trong không gian màu CIELab
Công thức màu CIELab được điều chỉnh từ công thức Adams-Nickerson-Stultz, cho phép so sánh màu sắc trong không gian CIELab thông qua tổng sai lệch giữa hai màu.
∆E ∗ Giá trị độ lệch này được chia thành độ lệch sáng (∆L ∗ ) và độ lệch sắc (∆a ∗ và
Độ lệch sáng ∆L∗ cho biết mẫu sáng hơn hoặc tối hơn so với mẫu gốc, với dấu (+) chỉ ra mẫu sáng hơn Độ lệch màu theo hướng đỏ - lục ∆a∗, với dấu (+) cho thấy màu đỏ hơn và dấu (-) thể hiện màu lục hơn Đối với độ lệch màu theo hướng vàng - lam ∆b∗, dấu (+) chỉ ra màu vàng hơn và dấu (-) chỉ ra màu lam hơn Độ chênh lệch màu tổng quát ∆E∗ được tính toán dựa trên các thông số này.
∆E ∗ = √(∆L ∗ ) 2 + (∆a ∗ ) 2 +(∆b ∗ ) 2 (3.1) K/S là một hàm của độ sâu màu và được tính theo phương trình Kubelka-Munk:
R là hệ số phản xạ bề mặt,
K là hệ số hấp thụ ánh sáng,
S là hệ số tán xạ ánh sáng
Thiết bị sử dụng: máy đo màu quang phổ X-Rite Color i5 và phần mềm Color iControl Thao tác được lặp lại 3 lần cho mỗi mẫu thử
Tiêu chí đánh giá: Dựa trên giá trị độ lệch màu, độ lệch góc tông màu, độ lệch sắc và giá trị K/S
Sử dụng giá trị K/S và độ lệch màu (DEcmc) là phương pháp hiệu quả để đánh giá chất lượng nhuộm của các mẫu tơ tằm nhuộm trực tiếp bằng dịch chiết từ lá dừa Giá trị DEcmc cho thấy mức độ khác biệt màu sắc giữa mẫu đã nhuộm và mẫu chưa nhuộm, từ đó giúp đánh giá cường độ màu của các mẫu nhuộm Bên cạnh đó, giá trị K/S phản ánh độ sâu màu của thuốc nhuộm trên vải, đóng vai trò quan trọng trong việc xác định cường độ màu mong muốn.
Để đánh giá hiệu quả nhuộm màu xanh lá trên vải tơ tằm bằng kỹ thuật nhuộm chồng, chúng ta sử dụng độ lệch góc tông màu và độ lệch sắc Mục tiêu là xác định mẫu vải có góc tông màu gần nhất với màu xanh lục Trong trường hợp một số mẫu có cường độ màu tương tự, việc so sánh độ lệch sắc sẽ dựa trên giá trị lệch màu trên trục đỏ - lục.
Quá trình đánh giá độ bền màu của mẫu nhuộm
3.7.1 Phương pháp đánh giá độ bền màu giặt
Sau khi phân tích màu sắc bằng máy đo màu quang phổ, các mẫu nhuộm được lựa chọn sẽ được đánh giá độ bền màu giặt theo tiêu chuẩn ISO 105-C06 A1S-2010 Thí nghiệm này nhằm xác định độ bền màu của vật liệu dệt khi trải qua các quy trình giặt sử dụng chất tẩy rửa tham khảo.
Chuẩn bị mẫu: mẫu tơ tằm đã nhuộm với kích thước tối thiểu 0.2 m × 0.4 m
Để tiến hành thí nghiệm, mẫu cần đánh giá được gắn tiếp xúc với vải multifibre, đã qua quy trình giặt, rửa và sấy Mẫu được giặt máy ở nhiệt độ 40 ºC trong 30 phút, sử dụng xà phòng ECE với tỷ lệ 4 g.
Để đánh giá độ bền màu giặt của mẫu nhuộm, tiến hành thử nghiệm với 1 lít nước và 10 viên bi làm tác nhân ma sát Sau một lần giặt, sự thay đổi màu sắc trên mẫu thử và độ dây màu sang mẫu vải multifibre được so sánh bằng thước xám dưới ánh đèn D65 Kết quả được phân loại theo 5 cấp độ, với cấp 1 là kém nhất và cấp 5 là tốt nhất.
Thí nghiệm kiểm tra độ bền màu giặt của vải nhuộm đã được thực hiện tại Trung tâm thí nghiệm dệt may thuộc Chi nhánh CTCP-Viện nghiên cứu Dệt May tại TP.HCM.
3.7.2 Phương pháp đánh giá độ bền màu ma sát
Các mẫu nhuộm được chọn sau khi phân tích màu sắc bằng máy đo màu quang phổ sẽ được đánh giá độ bền màu ma sát (Color Fastness to Crocking) theo tiêu chuẩn ISO 105-X12-01 Thí nghiệm này nhằm xác định độ bền màu đối với ma sát và khả năng dây màu lên các vật liệu khác của tất cả các loại vật liệu dệt, thông qua hai phép thử: ma sát ướt và ma sát khô.
Chuẩn bị mẫu: mẫu tơ tằm đã nhuộm với kích thước tối thiểu 0.3 m × 0.4 m
Trong thí nghiệm, mẩu thử có kích thước tối thiểu 50 mm × 140 mm được cọ xát với tác nhân mài mòn khô và ướt, với vải cotton được chọn làm tác nhân mài mòn Quá trình thử nghiệm diễn ra với 10 vòng mài ở tốc độ 1 vòng/giây Sự dây màu trên mẫu vải được đánh giá bằng thang màu xám dưới điều kiện ánh sáng phù hợp (đèn D65), với độ dây màu được phân loại thành 5 cấp, trong đó cấp 5 là tốt nhất.
Thí nghiệm đánh giá độ bền ma sát của vải nhuộm đã được tiến hành tại Trung tâm thí nghiệm dệt may thuộc Chi nhánh CTCP-Viện nghiên cứu Dệt May tại TP.HCM.
Phân tích thống kê kết quả thực nghiệm
Kết quả nghiên cứu sẽ được trình bày dưới dạng giả thuyết thống kê với độ tin cậy P = 95% Phương pháp so sánh hai trị trung bình (T-test) sẽ được áp dụng cho kích thước mẫu thí nghiệm nhỏ (n = 5) để chứng minh.
+ Độ tin cậy của quy trình chiết tách chất màu xanh lục từ lá dứa
+ Độ tin cậy của quá trình xử lý nguyên liệu lá dứa dạng bột khô
Trong quy trình nhuộm trực tiếp để tạo màu xanh lục trên vải tơ tằm, có sự khác biệt về cường độ màu khi thay đổi tỷ lệ nhuộm, nhiệt độ và thời gian nhuộm Đặc biệt, độ tái lặp màu trên vải tơ tằm đạt hiệu quả tốt khi áp dụng công nghệ nhuộm trực tiếp với bộ thông số tối ưu.
Sự khác biệt về cường độ màu trên vải tơ tằm xuất hiện khi thay đổi tỷ lệ nhuộm và độ pH của chất nhuộm màu lam trong quy trình nhuộm chồng, dẫn đến việc tạo ra màu xanh lục.
Sự khác biệt về cường độ màu trên vải tơ tằm xuất hiện khi nồng độ chất cầm màu KAl(SO4)2.12H2O của tác nhân màu vàng thay đổi trong quy trình nhuộm chồng, dẫn đến việc tạo ra màu xanh lục.
Sự khác biệt về cường độ màu trên vải tơ tằm xuất hiện khi thứ tự nhuộm của tác nhân màu lam và màu vàng thay đổi trong quy trình nhuộm chồng, dẫn đến việc tạo ra màu xanh lục.
3.8.1 Phương pháp so sánh hai trị trung bình (T-test) bằng chuẩn Student
Chuẩn Student được dùng để kiểm định sự sai khác giữa hai giá trị trung bình
Trong nghiên cứu này, chúng tôi so sánh hai mẫu 𝑋 1 ̅̅̅ và 𝑋̅̅̅ 2 với mức ý nghĩa 𝛼 = 0.05, trong đó 𝑆 1 2 và 𝑆 2 2 đại diện cho phương sai của các mẫu X1 và X2 Cả hai mẫu đều có kích thước bằng nhau với n = n1 = n2 = 5.
Khi đó, tm tính theo công thức (3.3)
Để tính giá trị tra tk = t α,f, bạn có thể sử dụng hàm TINV(α,f) trong Excel với α = 0.05 và f là bậc tự do Khi hai phương sai đồng nhất, bậc tự do f được tính theo công thức (3.4): f = n1 + n2 – 2 Ngược lại, khi hai phương sai không đồng nhất, f được tính theo công thức (3.5) Việc kiểm tra tính đồng nhất của hai phương sai được thực hiện theo chuẩn Fisher, như đã nêu trong mục 3.9.2.
S 1 4 +S 2 4 (3.5) Thực hiện so sánh tm và tk, kết quả kiểm định rơi vào hai trường hợp như sau:
- Nếu tm < tk thì sự sai khác giữa 𝑋̅̅̅ 1 và 𝑋̅̅̅ 2 mang tính ngẫu nhiên
- Nếu tm > tk thì sự sai khác giữa 𝑋̅̅̅ 1 và 𝑋̅̅̅ 2 mang tính hệ thống
3.8.2 Phương pháp kiểm định tính đồng nhất của hai phương sai mẫu
Chuẩn Fisher được sử dụng để kiểm định tính đồng nhất của hai phương sai mẫu từ hai tập mẫu {x1} và {x2} Để thực hiện kiểm định, trước tiên, sắp xếp hai phương sai sao cho 𝑆1² > 𝑆2², sau đó tính toán tỷ số theo công thức đã quy định.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về cách tính giá trị Fk sử dụng hàm FINV(α, v1, v2) trong Excel, với v1 và v2 là bậc tự do của tập mẫu ở tử số và mẫu số, tương ứng Bậc tự do được tính bằng cỡ mẫu trừ đi một Sau khi tính toán, chúng ta sẽ so sánh giá trị Fm với Fk: nếu Fm nhỏ hơn Fk, hai phương sai được coi là đồng nhất; ngược lại, nếu Fm lớn hơn Fk, hai phương sai không đồng nhất.
