Luận văn thạc sĩ Công nghệ dệt may: Khảo sát tạo màu xanh lục trên vải tơ tằm bằng kỹ thuật nhuộm trực tiếp và nhuộm chồng (over-dyeing) từ các chất màu tự nhiên gốc chlorophyll, flavonoid và carotenoid

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

VÕ ĐÌNH KHẢI

KHẢO SÁT TẠO MÀU XANH LỤC TRÊN VẢI TƠ TẰM BẰNG KỸ THUẬT NHUỘM TRỰC TIẾP VÀ NHUỘM CHỒNG (OVER-DYEING) TỪ CÁC CHẤT MÀU TỰ NHIÊN

GỐC CHLOROPHYLL, FLAVONOID VÀ CAROTENOID

Chuyên ngành: Công nghệ Dệt, May Mã số: 8540204

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2023

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS TS Bùi Mai Hương

4 Phản biện 1: TS Nguyễn Tuấn Anh 5 Phản biện 2: PGS TS Lê Thị Hồng Nhan

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ

TS Hồ Thị Minh Hương PGS TS Nguyễn Hữu Lộc

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc -

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: VÕ ĐÌNH KHẢI MSHV: 2171012 Ngày, tháng, năm sinh: 20/06/1999 Nơi sinh: Bình Thuận Chuyên ngành: Công Nghệ Dệt, May Mã số: 8540204

I TÊN ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT TẠO MÀU XANH LỤC TRÊN VẢI TƠ TẰM

BẰNG KỸ THUẬT NHUỘM TRỰC TIẾP VÀ NHUỘM CHỒNG DYEING) TỪ CÁC CHẤT MÀU TỰ NHIÊN GỐC CHLOROPHYLL, FLAVONOID VÀ CAROTENOID

(OVER-TÊN ĐỀ TÀI TIẾNG ANH: INVESTIGATION OF GREEN COLORING

PROCESS ON SILK FABRICS BY DIRECT DYEING AND OVER-DYEING TECHNIQUES FROM NATURAL DYES BASED ON CHLOROPHYLL, FLAVONOID AND CAROTENOID

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Phần lý thuyết:

+ Nghiên cứu tổng quan về màu xanh lục

+ Nghiên cứu các kỹ thuật nhuộm tạo màu xanh lục trên vật liệu dệt tự nhiên + Nghiên cứu các loại thực vật tự nhiên có sắc tố Chlorophyll, Lutein và Anthocyanin

- Phần thực nghiệm:

+ Chiết tách chất màu từ lá dứa, hoa đậu biếc và hoa cúc vạn thọ

+ Thực nghiệm các điều kiện nhuộm ảnh hưởng đến cường độ màu lục trên vải tơ tằm theo kỹ thuật nhuộm trực tiếp

+ Khảo sát các điều kiện nhuộm ảnh hưởng đến khả năng tạo màu lục trên vải tơ tằm theo kỹ thuật nhuộm chồng

- Phần đánh giá kết quả:

+ Đánh giá hiệu suất quy trình chiết tách Chlorophyll từ lá dứa bằng Ethanol + Đánh giá khả năng tạo màu xanh lục (thông qua cường độ màu) trên vải tơ tằm + Đánh giá độ tin cậy của quy trình nhuộm màu xanh lục tối ưu

+ Đánh giá một số chỉ tiêu bền màu trên các mẫu nhuộm tối ưu

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 05/09/2022

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 09/06/2022 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS Bùi Mai Hương

TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2023

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

PGS TS Bùi Mai Hương PGS TS Bùi Mai Hương

TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ

(Họ tên và chữ ký)

PGS TS Nguyễn Hữu Lộc

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô Bùi Mai Hương, người đã trực tiếp hướng dẫn để tác giả hoàn thành nghiên cứu này một cách tốt nhất Cô đã tận tình chỉ bảo những kiến thức, những kỹ năng và những kinh nghiệm quý báu của mình, luôn hướng đến những điều tốt đẹp nhất trên con đường học thuật Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn đến cô Lê Song Thanh Quỳnh, người đã tư vấn và chỉ ra những thiếu sót trong quá trình nghiên cứu của tác giả

Song, tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Viện Nghiên Cứu Dệt May Tại Thành phố Hồ Chí Minh (VTRSI) đã hỗ trợ các thí nghiệm, kiểm định, giúp đề tài nghiên cứu được hoàn thiện thuận lợi và đầy đủ nhất

Một lần nữa, tác giả xin chân thành cảm ơn

TP Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 06 năm 2023 Tác giả

VÕ ĐÌNH KHẢI

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Luận văn nghiên cứu quy trình chiết tách và nhuộm màu xanh lục trên vải tơ tằm theo kỹ thuật nhuộm trực tiếp và kỹ thuật nhuộm chồng (over-dyeing) bằng các chất màu tự nhiên gốc Chlorophyll, Flavonoid và Carotenoid Đầu tiên, các loại nguyên liệu thực vật bao gồm lá dứa, hoa đậu biếc và hoa cúc thọ, được xử lý sơ bộ để thu được dạng bột khô và sau đó được chiết tách trong dung môi phù hợp Quy trình chiết tách chất màu từ lá dứa bằng Ethanol 99º được chứng minh đạt hiệu suất xấp xỉ 80% Ở kỹ thuật nhuộm trực tiếp bằng dịch chiết từ lá dứa, các yếu tố dung tỷ nhuộm, nhiệt độ nhuộm và thời gian nhuộm có ảnh hưởng đến cường độ màu xanh lục trên vải tơ tằm Khi sử dụng bộ thông số công nghệ nhuộm với dung tỷ 1:40 ở nhiệt độ 50 ºC trong 60 phút, cường độ màu đạt giá trị cao cùng với góc tông màu gần với màu xanh lục Ở kỹ thuật nhuộm chồng bằng hai tác nhân màu lam và màu vàng, giả lập bằng dịch chiết từ hoa đậu biếc và dịch chiết từ hoa cúc vạn thọ, thứ tự nhuộm chồng vàng – lam được xác định là cho hiệu quả nhuộm tốt nhất với các yếu tố ảnh hưởng tối ưu như dung tỷ nhuộm 1:40 và pH dịch nhuộm bằng 8 đối với tác nhân màu lam và nồng độ chất cầm màu 1 % o.w.f đối với tác nhân màu vàng Một số chỉ tiêu bền màu của các mẫu vải nhuộm màu xanh lục theo hai kỹ thuật được thử nghiệm và cho kết quả tương đối tốt Nghiên cứu giúp tạo tiền đề cho sự phát triển kỹ thuật tạo màu xanh lục trên các loại vật liệu tự nhiên

ABSTRACT

The thesis studies the process of extraction and green dyeing on silk fabrics by direct dyeing technique and over-dyeing technique with natural pigments based on Chlorophyll, Flavonoids and Carotenoids First, plant materials, including pandan leaves, butterfly pea flowers and marigold flowers, are pre-treated to obtain a dry powder form and then extracted in a suitable solvent The process of extracting pigments from pandan leaves using 99º Ethanol has been shown to achieve approximately 80% efficiency In direct dyeing technique with pandan leaf extract, the factors of dyeing ratio, dyeing temperature and dyeing time have an influence on the intensity of green color on silk fabrics When using a set of dyeing technology parameters with a liquor ratio of 1:40 at a temperature of 50 ºC for 60 minutes, the color intensity reached a high value along with a tone angle close to green In the technique of over-dyeing with blue and yellow agents, simulated by butterfly pea flower extract and marigold extract, the order of yellow-blue over-dyeing was determined to give the best dyeing efficiency with optimal influencing factors such as 1:40 in liquor ratio and dye solution pH of 8 for blue agent and 1 % o.w.f in mordant concentration for yellow agent Some color fastness parameters of green dyed fabric samples in two techniques were tested and gave relatively good results The research helps to pave the way for the development of green coloring techniques on natural materials

LỜI CAM ĐOAN

Luận văn này là công trình nghiên cứu của Võ Đình Khải, được thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Bùi Mai Hương Các số liệu, hình ảnh và những kết luận được trình bày trong luận văn này hoàn toàn trung thực

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan này

TP Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 06 năm 2023 Tác giả

VÕ ĐÌNH KHẢI

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ITÓM TẮT LUẬN VĂN II

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 4

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 4

1.5 Ý nghĩa đề tài 4

1.5.1 Ý nghĩa khoa học 4

1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn 5

2 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 6

2.1 Tổng quan về màu xanh lục 6

2.1.1 Lý thuyết màu sắc 6

2.1.2 Thuốc nhuộm và màu sắc 6

2.1.3 Màu xanh lục 8

2.3 Kỹ thuật nhuộm trực tiếp (direct dyeing) tạo màu xanh lục 9

2.4 Kỹ thuật nhuộm chồng (over-dyeing) tạo màu xanh lục 10

2.5 Cây lá dứa và sắc tố Chlorophyll 12

2.5.1 Tổng quan về cây lá dứa 12

2.5.2 Tổng quan về Chlorophyll 13

2.5.3 Cơ chế gắn màu của Chlorophyll trên vật liệu tơ tằm 19

2.6 Hoa cúc vạn thọ và sắc tố Lutein 19

2.6.1 Sơ lược về hoa cúc vạn thọ 19

2.6.2 Lutein – Hợp chất mang màu trong hoa cúc vạn thọ 21

2.6.3 Một số công trình nghiên cứu nhuộm vật liệu dệt tự nhiên bằng dịch chiết từ hoa cúc vạn thọ 23

2.6.4 Cơ chế gắn màu của Lutein trên vật liệu tơ tằm 23

2.7 Hoa đậu biếc và sắc tố Anthocyanin 24

2.7.1 Sơ lược về hoa đậu biếc 24

2.7.2 Anthocyanin – Hợp chất mang màu nhạy cảm với pH 25

2.7.3 Một số công trình nghiên cứu chiết tách chất màu từ hoa đậu biếc 26

2.7.4 Cơ chế gắn màu của Anthocyanin trên vật liệu tơ tằm 26

2.8 Kết luận tổng quan 28

3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 31

3.1 Nguyên liệu, hoá chất, thiết bị, dụng cụ thí nghiệm 31

3.1.1 Nguyên liệu và hoá chất thí nghiệm 31

3.1.2 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 31

3.2 Quá trình chiết tách chất màu xanh lục từ lá dứa 33

3.2.1 Quá trình xử lý sơ bộ nguyên liệu lá dứa 33

3.2.2 Quá trình chiết tách Chlorophyll từ lá dứa 34

3.3 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 35

3.4 Phương pháp đánh giá độ tin cậy của quy trình tạo màu xanh lục trên vải tơ tằm theo kỹ thuật nhuộm trực tiếp 37

3.5 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 38

3.5.1 Quá trình chiết tách chất màu từ hoa đậu biếc 39

3.5.2 Quá trình chiết tách chất màu từ hoa cúc vạn thọ 40

3.5.3 Quá trình tạo màu xanh lục trên vải tơ tằm bằng kỹ thuật nhuộm chồng 41

3.6 Quá trình phân tích màu sắc trong không gian màu CIELab 43

3.7 Quá trình đánh giá độ bền màu của mẫu nhuộm 44

3.7.1 Phương pháp đánh giá độ bền màu giặt 44

3.7.2 Phương pháp đánh giá độ bền màu ma sát 45

3.8 Phân tích thống kê kết quả thực nghiệm 46

3.8.1 Phương pháp so sánh hai trị trung bình (T-test) bằng chuẩn Student 46

3.8.2 Phương pháp kiểm định tính đồng nhất của hai phương sai mẫu 47

4 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 48

4.1 Đánh giá quá trình chiết tách chất màu xanh lục từ lá dứa 48

4.2 Đánh giá sự ảnh hưởng của các điều kiện nhuộm đến cường độ màu K/S trên vải tơ tằm khi sử dụng kỹ thuật nhuộm trực tiếp từ dịch chiết Chlorophyll 50

4.2.1 Đánh giá sự ảnh hưởng của dung tỷ nhuộm đến cường độ màu trên vải tơ tằm nhuộm bằng dịch chiết từ lá dứa 54

4.2.2 Đánh giá sự ảnh hưởng của nhiệt độ nhuộm đến cường độ màu trên vải

tơ tằm nhuộm bằng dịch chiết từ lá dứa 59

4.2.3 Đánh giá sự ảnh hưởng của thời gian nhuộm đến cường độ màu trên vải tơ tằm nhuộm bằng dịch chiết từ lá dứa 62

4.3 Đánh giá độ tin cậy của quy trình tạo màu xanh lục trên vải tơ tằm theo kỹ thuật nhuộm trực tiếp sử dụng dịch chiết từ lá dứa 63

4.4 Đánh giá khả năng tạo màu xanh lục trên vải tơ tằm khi áp dụng kỹ thuật nhuộm chồng sử dụng chất màu tự nhiên gốc Flavonoid và Carotenoid 65

4.4.1 Đánh giá sự ảnh hưởng của dung tỷ nhuộm của tác nhân màu lam đến khả năng tạo màu xanh lục trên vải tơ tằm 69

4.4.2 Đánh giá sự ảnh hưởng của pH dịch nhuộm của tác nhân màu lam đến khả năng tạo màu xanh lục trên vải tơ tằm 70

4.4.3 Đánh giá sự ảnh hưởng của nồng độ chất cầm màu của tác nhân màu vàng đến khả năng tạo màu xanh lục trên vải tơ tằm 71

4.4.4 Đánh giá sự ảnh hưởng của thứ tự nhuộm màu các tác nhân vàng-lam đến khả năng tạo màu xanh lục trên vải tơ tằm 72

4.5 Đánh giá một số chỉ tiêu bền màu của các mẫu tơ tằm màu xanh lục 75

5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN VĂN 78

5.1 Kết luận 78

5.2 Hướng phát triển của đề tài 81

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC 82

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

PHỤ LỤC 1 89

PHỤ LỤC 2 90

PHỤ LỤC 3 91

PHỤ LỤC 4 92

PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 93

QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 93

QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC 93

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Màu xanh lục trong hạng mục Pantone Color of the Year 2017 2

Hình 1.2 Hai ánh màu xanh lục trong bảng báo cáo màu sắc xu hướng trong thời trang tại New Year Fashion Week Spring/Summer 2021 2

Hình 1.3 Ba xu hướng màu xanh lục trong năm 2018 2

Hình 2.1 Cây lá dứa (dứa thơm hay lá dứa) 13

Hình 2.2 Sự tương đồng về cấu trúc của Hemoglobin ở máu và Chlorophyll ở lá 14 Hình 2.4 Cấu tạo hoá học của Chlorophyll a và Chlorophyll b 15

Hình 2.5 Quang phổ hấp thụ của Chlorophyll 16

Hình 2.6 Quang phổ hấp thụ vùng khả kiến của Chlorophyll a và b 16

Hình 2.7 Màu xanh oliu 17

Hình 2.8 Sự thay thế ion Mg2+ bởi ion Cu2+ tạo nên hợp chất có màu xanh bền 18

Hình 2.9 Cấu tạo phân tử của phức Đồng – Chlorophyll 18

Hình 2.10 Đề xuất cơ chế liên kết giữa chất màu Chlorophyll và vật liệu tơ tằm 19

Hình 2.11 Hoa cúc vạn thọ 20

Hình 2.12 Cấu trúc phân tử Lutein trong hoa cúc vạn thọ (Tagetes erecta L) 21

Hình 2.13 Cấu tạo phân tử Lutein (dạng đồng phân all-trans) 22

Hình 2.14 Một số dạng đồng phân cis thường gặp của Lutein [41] 22

Hình 2.15 Quang phổ hấp thụ của chất màu tự nhiên Lutein [45] 23

Hình 2.16 Đề xuất cơ chế liên kết giữa chất màu Lutein và vật liệu tơ tằm 24

Hình 2.18 Hoa đậu biếc 24

Hình 2.19 Cấu trúc chung của Anthocyanin 26

Hình 2.20 Sự ảnh hưởng của pH đến màu sắc dịch chiết từ hoa đậu biếc 26

Hình 2.21 Đề xuất cơ chế gắn màu và cầm màu giữa tơ tằm và Anthocyanin 27

Hình 2.22 Cơ chế nhuộm trực tiếp và nhuộm chồng màu trên vật liệu tơ tằm 28

Hình 3.1 Xử lý nguyên liệu thô: (a) lá dứa tươi, (b) lá dứa sấy khô, (c) bột lá dứa 33 Hình 3.2 Sơ đồ uy trình xử lý nguyên liệu thô tạo bột lá dứa 34

Hình 3.3 Sơ đồ quy trình chiết tách chất màu từ lá dứa bằng dung môi Ethanol 99º 34

Hình 3.4 Máy đo màu quang phổ Xrite Color i5 36

Hình 3.5 Giản đồ quá trình cầm màu sau nhuộm 37

Hình 3.6 Sơ đồ quy trình xử lý nguyên liệu thô tạo bột hoa đậu biếc 39

Hình 3.7 Sơ đồ quy trình chiết tách chất màu từ hoa đậu biếc 40

Hình 3.8 Sơ đồ quy trình chiết tách chất màu từ hoa cúc vạn thọ 40

Hình 4.1 Đường cong giá trị K/S đặc trưng của mẫu vải tơ tằm nhuộm bằng dịch chiết từ lá dứa 51

Hình 4.2 Đường cong phản xạ/truyền suốt đặc trưng của mẫu vải tơ tằm nhuộm bằng dịch chiết từ lá dứa 51

Hình 4.3 Đường cong của hệ số hấp thụ đo lường trên mẫu vải tơ tằm nhuộm bằng dịch chiết từ lá dứa 52

Hình 4.4 Đồ thị sự ảnh hưởng của dung tỷ nhuộm đến cường độ màu trên vải tơ tằm ở nhiệt độ nhuộm 50 ºC và thời gian nhuộm 45 phút 54

Hình 4.5 Đồ thị sự ảnh hưởng của dung tỷ nhuộm đến cường độ màu trên vải tơ tằm ở nhiệt độ nhuộm 50 ºC và thời gian nhuộm 60 phút 55

Hình 4.6 Đồ thị sự ảnh hưởng của dung tỷ nhuộm đến cường độ màu trên vải tơ tằm ở nhiệt độ nhuộm 50 ºC và thời gian nhuộm 75 phút 55

Hình 4.7 Đồ thị sự ảnh hưởng của dung tỷ nhuộm đến cường độ màu trên vải tơ tằm ở nhiệt độ nhuộm 60 ºC và thời gian nhuộm 45 phút 56

Hình 4.8 Đồ thị sự ảnh hưởng của dung tỷ nhuộm đến cường độ màu trên vải tơ tằm ở nhiệt độ nhuộm 60 ºC và thời gian nhuộm 60 phút 56 Hình 4.9 Đồ thị sự ảnh hưởng của dung tỷ nhuộm đến cường độ màu trên vải tơ tằm ở nhiệt độ nhuộm 60 ºC và thời gian nhuộm 75 phút 57 Hình 4.10 Đồ thị sự ảnh hưởng của dung tỷ nhuộm đến cường độ màu trên vải tơ tằm ở nhiệt độ nhuộm 70 ºC và thời gian nhuộm 60 phút 57 Hình 4.11 Đồ thị sự ảnh hưởng của dung tỷ nhuộm đến cường độ màu trên vải tơ tằm ở nhiệt độ nhuộm 70 ºC và thời gian nhuộm 75 phút 59 Hình 4.12 Đồ thị sự ảnh hưởng của nhiệt độ nhuộm đến cường độ màu trên vải tơ tằm khi sử dụng dung tỷ nhuộm 1:40 và thời gian nhuộm 45 phút 60 Hình 4.13 Đồ thị sự ảnh hưởng của nhiệt độ nhuộm đến cường độ màu trên vải tơ tằm khi sử dụng dung tỷ nhuộm 1:40 và thời gian nhuộm 60 phút 60 Hình 4.14 Đồ thị sự ảnh hưởng của nhiệt độ nhuộm đến cường độ màu trên vải tơ tằm khi sử dụng dung tỷ nhuộm 1:40 và thời gian nhuộm 75 phút 61 Hình 4.15 Đồ thị sự ảnh hưởng của thời gian nhuộm đến cường độ màu trên vải tơ tằm khi sử dụng dung tỷ nhuộm 1:40 và nhiệt độ nhuộm 50 ºC 63 Hình 4.15 Đường cong hấp thụ đặc trưng của mẫu vải tơ tằm được nhuộm theo kỹ thuật nhuộm chồng 66 Hình 4.16 Đường cong phản xạ/truyền suốt đặc trưng của mẫu vải tơ tằm được nhuộm theo kỹ thuật nhuộm chồng 66 Hình 4.17 Đường cong độ sâu màu điển hình của mẫu vải tơ tằm được nhuộm theo kỹ thuật nhuộm chồng 67 Hình 4.18 Đường cong độ sâu màu của mẫu vải tơ tằm được nhuộm theo kỹ thuật nhuộm chồng với giá trị K/S cực đại tại bước sóng 380 nm 67 Hình 4.19 Đường cong độ sâu màu của mẫu vải tơ tằm được nhuộm theo kỹ thuật nhuộm chồng với giá trị K/S lớn nhất tại bước sóng 380 nm và 390 nm 68

Hình 4.20 Mẫu vải tơ tằm nhuộm chồng được quan sát bằng mắt thường 69 Hình 4.21 Đồ thị sự ảnh hưởng của dung tỷ nhuộm của tác nhân màu lam đến độ lệch góc tông màu của mẫu nhuộm chồng 69 Hình 4.22 Đồ thị sự ảnh hưởng của pH dịch nhuộm của tác nhân màu lam đến độ lệch góc tông màu của mẫu nhuộm chồng 70 Hình 4.23 Đồ thị sự ảnh hưởng của nồng độ chất cầm màu KAl(SO4)2.12H2O của tác nhân màu vàng đến độ lệch góc tông màu của mẫu nhuộm chồng 71

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Mối quan hệ giữa màu sắc và bước sóng hấp thụ [7] 7

Bảng 3.1 Nguyên liệu và vật liệu nhuộm 31

Bảng 3.2 Hoá chất thí nghiệm 31

Bảng 3.3 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 32

Bảng 3.4 Các giá trị khảo sát trong 3 yếu tố ảnh hưởng đến quy trình nhuộm 36

Bảng 3.5 Giá trị khảo sát về dung tỷ nhuộm của tác nhân màu lam 42

Bảng 3.6 Giá trị khảo sát về pH dịch nhuộm của tác nhân màu lam 42

Bảng 3.7 Khảo sát về sự thay đổi nồng độ chất cầm màu của tác nhân màu vàng 43

Bảng 4.1 Hiệu quả thu dịch chiết chất màu từ lá dứa bằng Ethanol 99º 48

Bảng 4.2 So sánh hai giá trị trung bình của hiệu quả thu dịch chiết chất màu từ lá dứa dại khi thay đổi thể tích dung môi Ethanol 48

Bảng 4.3 Kết quả đo độ ẩm của bột lá dứa khô 49

Bảng 4.4 So sánh hai giá trị trung bình của độ ẩm của bột lá dứa khô khi thay đổi khối lượng bột phân tích 50

Bảng 4.5 Bảng đo cường độ màu của các mẫu nhuộm bằng dịch chiết từ lá dứa được khảo sát ở các bộ thông số nhuộm khác nhau 52

Bảng 4.6 So sánh hai giá trị trung bình của độ lệch màu DEcmc ở hai mức dung tỷ nhuộm 1:30 và 1:40 trong cùng bộ thông số nhuộm 70 ºC – 60 phút 58

Bảng 4.7 Bảng đo cường độ màu của các mẫu nhuộm bằng dịch chiết từ lá dứa được khảo sát ở dung tỷ nhuộm 1:40 và thời gian nhuộm, nhiệt độ nhuộm thay đổi 61

Bảng 4.8 So sánh DEcmc của các mẫu nhuộm ở hai mẻ nhuộm sử dụng cùng đơn công nghệ nhuộm tạo màu xanh lục 64

Bảng 4.9 So sánh Dh* của các mẫu nhuộm ở hai mẻ nhuộm sử dụng cùng đơn công nghệ nhuộm tạo màu xanh lục 65 Bảng 4.10 Giá trị màu của các mẫu vải nhuộm chồng theo thứ tự lam – vàng 72 Bảng 4.11 Giá trị màu của các mẫu vải nhuộm chồng theo thứ tự vàng – lam 72 Bảng 4.12 Sự ảnh hưởng của thứ tự nhuộm chồng đến tông màu xanh lục trên vải tơ tằm khi dung tỷ nhuộm tác nhân màu lam 1:40 73 Bảng 4.13 Sự ảnh hưởng của thứ tự nhuộm chồng đến tông màu xanh lục trên vải tơ tằm khi dung dịch nhuộm tác nhân màu lam có pH = 6 74 Bảng 4.14 Sự ảnh hưởng của thứ tự nhuộm chồng đến tông màu xanh lục trên vải tơ tằm khi nồng độ chất cầm màu là 1 % o.w.f của tác nhân màu vàng 74 Bảng 4.15 Kết quả khảo sát thông số nhuộm chồng tối ưu theo thứ tự vàng – lam 75 Bảng 4.16 Kết quả thử nghiệm độ bền màu giặt của các mẫu vải tơ tằm nhuộm 76 Bảng 4.17 Kết quả thử nghiệm độ bền màu ma sát của các mẫu vải tơ tằm nhuộm màu xanh lục 77

1 MỞ ĐẦU

1.1 Tính cấp thiết đề tài

Các màu sắc nhuộm trên vải rất đa dạng về ánh màu Sự ra đời của thuốc nhuộm tổng hợp cho phép con người có thể phối trộn và tạo ra những loại thuốc nhuộm có màu sắc khác nhau Bởi thế, những màu sắc mới và những xu hướng màu mới được sản sinh ra mỗi năm Tuy nhiên, thuốc nhuộm tổng hợp không thân thiện với môi trường bởi mức độ phức tạp khi xử lý nước thải nhuộm và tiềm ẩn mối nguy ảnh hưởng đến sức khoẻ con người

Ngày nay, ngành dệt may cũng như tất cả những ngành công nghiệp khác đều đi theo xu hướng an toàn và phát triển bền vững Chiết tách chất màu tự nhiên từ các loại thực vật và sử dụng chúng làm thuốc nhuộm để nhuộm vật liệu dệt là một lĩnh vực nghiên cứu theo xu hướng phát triển bền vững trong ngành nhuộm Thuốc nhuộm tự nhiên được chiết tách phải đáp ứng được các tiêu chí cơ bản giống như các loại thuốc nhuộm tổng hợp Đặc biệt, màu sắc nhuộm trên vải phải thoả mãn xu hướng về màu sắc trong trang phục thời trang qua từng thời kỳ Trong số đó, màu xanh lục là một màu sắc rất được ưa chuộng

Sự hiện diện của màu xanh lục có thể bắt nguồn từ nền văn minh Lưỡng Hà Người La Mã và Ai Cập đã đánh giá rất cao và trân quý nó Đối với người Ai Cập cổ đại, đó là màu của sự tái sinh và phục sinh, là một khởi đầu mới Màu xanh lục là màu biểu trưng cho thảm thực vật Nó gắn liền với cuộc sống, sự phát triển và đổi mới Bảng màu của tự nhiên được phủ đầy màu xanh với cây, lá, cỏ Từ màu xanh

lục (green) được phát triển từ một động từ tiếng Anh cũ "growan" có nghĩa là phát triển (grow)

Màu xanh lục rất dịu mắt Nó được coi là có tác dụng làm dịu, giảm căng thẳng và trẻ hóa Trong tâm lý học màu sắc, các màu có bước sóng ngắn hơn được cho là có tác dụng thư giãn hoặc làm mát và màu xanh lá cây thuộc nhóm màu có bước sóng ngắn hơn Các ánh màu, sắc thái của màu xanh lục mang lại một tâm trạng yên

tĩnh Chính vì thế, màu xanh lục là một trong những màu sắc xu hướng rất được ưa chuộng và được sử dụng nhiều trong thiết kế thời trang hiện nay

Hình 1.1 Màu xanh lục trong hạng mục Pantone Color of the Year 2017

Hình 1.2 Hai ánh màu xanh lục trong bảng báo cáo màu sắc xu hướng trong thời trang tại New Year Fashion Week Spring/Summer 2021

Hình 1.3 Ba xu hướng màu xanh lục trong năm 2018

Không có một nguồn thuốc nhuộm tự nhiên màu xanh lục nào có độ bền màu và chống phai màu tốt Một học giả lập luận rằng không có thuốc nhuộm xanh lục tự nhiên nào có thể tạo ra màu xanh lục vĩnh viễn bởi vì tất cả các thuốc nhuộm dựa trên chất diệp lục cuối cùng sẽ bị phai màu [1] Do đó, ta có thể giải thích tại sao

màu xanh lá cây hiếm khi được sử dụng trên khắp Đông Nam Á cho đến khi thuốc nhuộm tổng hợp ra đời Thuốc nhuộm tự nhiên màu xanh lá cây cũng khá hiếm Trong một cuộc khảo sát 93 loại thuốc nhuộm tự nhiên, chỉ có 5 loại có màu xanh lá cây [2]

Thuốc nhuộm màu xanh lục phải có hai dải hấp thụ, một dải màu đỏ và một dải màu xanh lam và trong thực tế rất khó đạt được [2] [3] Do vậy, việc tìm kiếm một loại thuốc nhuộm tự nhiên màu xanh lục có độ bền màu tốt và phát sắc đúng ánh xanh lục để nhuộm vật liệu dệt là một điều rất cần thiết để đáp ứng xu hướng thời trang hiện đại cũng như là xu hướng phát triển bền vững hiện nay

1.2 Mục đích đề tài

Đề tài được thực hiện với mục đích giải quyết các vấn đề liên quan đến các phương pháp nhuộm tạo màu xanh lục trên vật liệu dệt bằng các hợp chất tự nhiên, Chlorophyll, Flavonoid và Carotenoid, đặc biệt là Chlorophyll và đánh giá độ tin cậy (tái lặp màu) của quy trình Trong đó, mục đích chính là tìm ra quy trình nhuộm tạo màu xanh lục tối ưu từ hợp chất tự nhiên trên vật liệu tơ tằm

1.3 Mục tiêu đề tài

Từ những tổng quan nghiên cứu trong nước và ngoài nước, các vấn đề đối với màu xanh lục trên trang phục và những khó khăn trong việc nhuộm màu xanh lục trên vật liệu dệt từ các hợp chất tự nhiên đã được đề cập, những vấn đề cần nghiên cứu và giải quyết cũng là mục tiêu đề tài với các nội dung chính sau đây:

(1) Nghiên cứu xây dựng quy trình nhuộm màu xanh lục trên vải tơ tằm bằng kỹ thuật nhuộm trực tiếp bằng chất màu tự nhiên gốc Chlorophyll

(2) Nghiên cứu xây dựng quy trình nhuộm màu xanh lục trên vải tơ tằm theo kỹ thuật nhuộm chồng (over-dyeing) bằng các hợp chất tự nhiên gốc Flavonoid và Carotenoid

(3) Đánh giá độ tin cậy của quy trình tạo màu xanh lục trên vải tơ tằm bằng các hợp chất tự nhiên

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu

- Điều kiện chiết tách chất màu tự nhiên từ lá dứa dại, hoa cúc vạn thọ, hoa đậu biếc: các bước tiền xử lý; dung môi và nồng độ dung môi chiết tách; thời gian, nhiệt độ và tỷ lệ chiết tách

- Các phương pháp nhuộm tạo màu xanh lục trên vật liệu dệt tự nhiên

- Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhuộm tạo màu xanh lục trên vải tơ tằm: dung tỷ nhuộm, nhiệt độ nhuộm, thời gian nhuộm, pH dịch nhuộm, chất cầm màu, thứ tự nhuộm chồng

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu xoay quanh các nội dung sau:

Thứ nhất, thực hiện chiết tách chất màu và khảo sát sự ảnh hưởng của các điều kiện thí nghiệm đến quy trình ứng dụng các hợp chất tự nhiên để tạo màu xanh lục trên vải tơ tằm ở quy mô phòng thí nghiệm

Thứ hai, đánh giá cường độ màu và độ bền màu của thuốc nhuộm tự nhiên chiết tách khi nhuộm trên vải tơ tằm

Đề tài được thực hiện từ 06/02/2023 đến 15/05/2023 tại Phòng thí nghiệm Hoá Dệt thuộc Bộ môn Kỹ thuật Dệt May, Khoa Cơ Khí, Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM

1.5 Ý nghĩa đề tài 1.5.1 Ý nghĩa khoa học

Đề tài đã đóng góp trong lĩnh vực chiết tách chất màu tự nhiên để nhuộm vật liệu dệt với các nội dung như sau:

(1) Quy trình nhuộm tạo màu xanh lục với các thông số công nghệ tối ưu nhằm giải quyết các vấn đề liên quan đến cường độ màu, độ bền màu của vật liệu tơ tằm sau nhuộm

(2) Quy trình nhuộm tạo màu xanh lục theo kỹ thuật nhuộm chồng bằng các hợp chất tự nhiên mang màu xanh lam và màu vàng

1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn

Bên cạnh các đóng góp khoa học, đề tài có các ý nghĩa thực tiễn như sau:

(1) Tạo ra tiềm năng ứng dụng các hợp chất thiên nhiên từ thực vật vào công nghiệp nhuộm tại Việt Nam, sử dụng những nguyên liệu sẵn có phù hợp với điều kiện kinh tế và địa lý của nước nhà

(2) Tạo tiền đề cho việc ứng dụng các hợp chất thiên nhiên trong quá trình nhuộm vải cho các sản phẩm cổ phục Việt Nam với màu sắc “xưa” tại các thương hiệu nội địa ở quy mô vừa và nhỏ

(3) Đóng góp vào sự phát triển hệ màu sắc trong thực tiễn thời trang Việt Nam (4) Góp phần nâng cao nhận thức của người tiêu dùng và cả các nhà nghiên cứu về vấn đề môi trường cũng như sự an toàn và phát triển bền vững trong đời sống hiện đại ngày nay

2 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan về màu xanh lục 2.1.1 Lý thuyết màu sắc

Màu sắc mà con người nhận biết được phụ thuộc vào ba yếu tố: nguồn sáng, vật được quan sát và mắt người Ánh sáng là nguồn vật chất tạo cảm giác màu Khi không có ánh sáng thì không có cảm giác màu Ánh sáng là một dạng bức xạ, và ánh sáng khả kiến chỉ chiếm một dải rất hẹp trong dải sóng của bức xạ mặt trời

Muốn nhìn thấy vật thể cần có nguồn sáng chiếu vào nó Không có ánh sáng, sẽ không có hình ảnh hay màu sắc, bởi vì ánh sáng và màu sắc là những thứ không thể tách rời [4] Khi ánh sáng từ nguồn sáng chiếu đến vật thể sẽ xảy ra các khả năng sau: tia sáng xuyên qua vật thể; tia sáng bị hấp thụ bởi vật thể; tia sáng bị phản xạ bởi vật thể [5] Khi vật thể hấp thụ ánh sáng một cách chọn lọc theo bước sóng, ta nhận thấy vật thể có màu

2.1.2 Thuốc nhuộm và màu sắc

Thuốc nhuộm và pigment như một chất tạo màu được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp dệt may, dược phẩm, thực phẩm, mỹ phẩm, sơn, mực, ảnh và giấy, v.v Người ta ước tính rằng hơn 10.000 loại thuốc nhuộm và pigment khác nhau được sử dụng trong công nghiệp và hơn 7×105 tấn thuốc nhuộm tổng hợp được sản xuất hàng năm trên toàn thế giới (Zollinger 1999; Checker et al 2013) [6] Nếu một hợp chất hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến (400 nm –800 nm), chỉ

khi đó nó mới xuất hiện màu Do đó, một nhóm mang màu (chromophore) có thể

hoặc không thể truyền màu cho hợp chất tùy thuộc vào việc nhóm mang màu đó hấp thụ bức xạ trong vùng nhìn thấy hay vùng UV [7]

Sự phát triển lịch sử của các lý thuyết liên quan đến mối quan hệ giữa màu của thuốc nhuộm và thành phần hóa học của nó đã được nghiên cứu kỹ lưỡng Năm 1867, Graebe và Liebermann đã đề xuất rằng màu sắc của các phân tử thuốc nhuộm có liên quan đến sự không bão hòa bên trong các phân tử, sau khi quan sát thấy rằng quá trình khử đã phá hủy màu của thuốc nhuộm Một lý thuyết ban đầu về thuốc

nhuộm do O Witt xây dựng lần đầu tiên đã cung cấp cơ sở để hiểu mối quan hệ giữa màu sắc và cấu trúc của phân tử Theo lý thuyết này, thuốc nhuộm bao gồm ba thành phần: một hoặc nhiều vòng benzen hợp nhất được gắn với các nhóm không bão hòa được gọi là nhóm mang màu (ví dụ: –N=N–, –NO2, –C=O) và các nhóm cơ bản được gọi là nhóm phụ trợ (ví dụ: nhóm –NH2, –OH) Cả hai đều đóng vai trò quan trọng trong việc thể hiện màu sắc (Iqbal 2008) Lý thuyết của Witt được mở rộng bởi Dilthey và Wizinger vào năm 1927 [7]

Nói một cách đơn giản, có thể coi các phân tử thuốc nhuộm hữu cơ chứa 3 thành phần chính là chất tạo màu, nhóm mang màu và nhóm trợ màu [7]

- Chất tạo màu là một hợp chất hóa học có màu hoặc có thể được tạo màu bằng cách gắn nhóm thế phù hợp Nhóm mang màu và nhóm trợ màu cũng là một phần của chất tạo màu (Carmen và Daniela 2012) [8]

- Nhóm mang màu là một nhóm hóa học chịu trách nhiệm về sự xuất hiện màu sắc trong các hợp chất (chất tạo màu) tại nơi nó tọa lạc Các chất tạo màu đôi khi cũng được phân loại theo nhóm mang màu chính của chúng (ví dụ: thuốc nhuộm azo chứa nhóm mang màu –N=N–)

- Nhóm trợ màu là một nhóm thế được tìm thấy trong một chất tạo màu có ảnh hưởng đến màu sắc của nó Trong khi đó, nhóm mang màu chịu trách nhiệm tạo ra chất tạo màu mang màu sắc nhất định thì nhóm trợ màu giúp hợp chất có màu sâu hơn

Bảng 2.1 trình bày mối quan hệ giữa bước sóng khả kiến và màu sắc hấp thụ/quan sát được Phổ bước sóng của ánh sáng bị hấp thụ, quyết định màu sắc của vật chất, bị ảnh hưởng bởi 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

480 – 490 Green – Blue Orange

2.1.3 Màu xanh lục

Màu xanh lục (màu xanh lá cây) là màu nằm giữa màu lục lam (cyan) và màu

vàng trên vùng quang phổ khả kiến Màu xanh lục được nhìn thấy bởi sự phản xạ ánh sáng có bước sóng chủ đạo khoảng 495 nm–570 nm Cho đến nay, chất đóng góp lớn nhất cho màu xanh lá cây trong tự nhiên là chất diệp lục, một chất hóa học mà thực vật quang hợp và chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng hóa học Nhiều sinh vật đã thích nghi với môi trường xanh của chúng bằng cách lấy màu xanh lá cây để ngụy trang Một số khoáng chất có màu xanh lục, bao gồm cả ngọc lục bảo, có màu xanh lục do hàm lượng crom của nó

Trong tự nhiên, màu xanh lục là thảm thực vật, chứa diệp lục Chính những thực vật này lại là nguồn nguyên liệu cho công nghệ tạo màu xanh giống màu lá cây trên các loại vật liệu trong công nghiệp thực phẩm và công nghiệp dệt nhuộm

Cây dứa dại (Pandanus amaryllifolius Roxb) một thành viên của họ

Pandanaceae, được trồng rộng rãi ở Đông Nam Á (Thái Lan, Malaysia, Indonesia) và Ấn Độ Lá của nó được dùng làm gia vị, màu thực phẩm và hương liệu trong ứng dụng ẩm thực [9] Lá chuối và cây trầu bà, đã được báo cáo là có khả năng tạo ra màu xanh lục trên một số loại vật liệu dệt (Yeager và Jacobson 2002, 65) Ở Lampung, miền nam Sumatra, người dân điều chế ra màu xanh rêu từ lá của cây Dứa dại (Totton 2009, 43) Ở Sabah trên đảo Borneo, người Bajao sử dụng lá ớt đỏ để thu chất màu xanh lá cây (Sylvia Fraser-Lu 31) [10]

Kết luận sơ bộ: màu xanh lục trong tự nhiên chủ yếu đến từ diệp lục (sắc tố

Chlorophyll), có trong hầu hết các loại thực vật Chất màu này được chiết tách bằng

nhiều phương pháp khác nhau nhằm mục đích mô phỏng và tạo ra màu sắc xanh lục trên nhưng vật liệu, sản phẩm chưa có màu, cần được tạo màu, cụ thể ở nghiên cứu này là nhuộm màu

2.3 Kỹ thuật nhuộm trực tiếp (direct dyeing) tạo màu xanh lục

Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài này, kỹ thuật nhuộm trực tiếp tạo màu xanh lục được hiểu là phương pháp sử dụng một và chỉ một loại thuốc nhuộm tự nhiên có màu xanh lục hoặc trích ly hợp chất có màu xanh lục (Chlorophyll) từ thực vật để nhuộm màu cho vật liệu dệt

Phương pháp nhuộm trực tiếp vật liệu dệt bằng chất màu xanh lục từ thiên nhiên đã được nghiên cứu từ rất lâu và phát triển trong những thập kỷ gần đây Năm 2005, Schumann và các cộng sự đã dùng Acetone 90% để ly trích Chlorophyll trên tảo [11] Các nhà nghiên cứu này đã dùng hạt vi nhựa trong quá trình đồng hóa để tăng khả năng phá vách tế bào lên gấp 3 lần so với các phương pháp khác Hiệu suất thu hồi Chlorophyll trong nghiên cứu này đạt 39 – 85% Năm 1984, trong một nghiên cứu khác (Ronen and Galun, 1984), các tác giả đã dùng Dimethyl Sulfoxide

(DMSO) để tách chiết Chlorophyll từ địa y (Ramalina duriaei) Ronen và các cộng

sự cũng sử dụng Aceton 90% có bổ sung MgCO3 để tách Chlorophyll ở nhiệt độ lạnh và ánh sáng mờ [12]

Bên cạnh đó, năm 2011, các nhà nghiên cứu Nhật bản Irijama, Shiraki và

Yoshiura cũng tiến hành nghiên cứu tách chiết Chlorophyll từ rau chân vịt (spinach)

bằng Aceton, Ethanol trong điều kiện lạnh và tối [13] Năm 2014, các tác giả Gulay Ozkan và Seda Ersus Bilek đã nghiên cứu vấn đề tăng bền Chlorophyll từ spinach nhờ sự trợ giúp của enzyme [14] Nghiên cứu trên đã chỉ ra rằng, nồng độ enzyme tối ưu là 8 %, ở 45 ℃ trong 30 phút đạt hiệu suất là 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, Faouzi Sakli đã có những nghiên cứu đầu tiên về việc ứng dụng Chlorophyll làm chất cầm màu tự nhiên để nhuộm vải len bằng thuốc nhuộm

betanin [15] Kết quả cho thấy rằng việc cầm màu đã làm tăng cường độ màu của vải Đồng thời cũng cho ra kết quả là khi nhuộm có sự hỗ trợ của siêu âm sẽ làm tăng độ tận trích từ 30 % lên 60 % trong thời gian ngắn hơn

Năm 2003, các nhà khoa học người Nga B D Berezin, M B Berezin, A P Moryganov, S V Rumyantseva, and N S Dymnikova đã nghiên cứu khả năng nhuộm vải của Chlorophyll và các dẫn xuất của nó [16] Qua đó, cho thấy tiềm năng nhuộm vải len của Chlorophyll, đặc biệt là các dẫn xuất kết hợp với muối đồng và niken Năm 2010, các nhà nghiên cứu người Nga S V Zvezdina, M B Berezin, and B D Berezin đã nghiên cứu khả năng nhuộm nhiều loại vải khác nhau của Chlorophyll và các dẫn xuất [17]

Năm 2016, PGS TS Bùi Mai Hương và PGS TS Lê Thị Hồng Nhan đã đồng hướng dẫn đề tài nghiên cứu xây dựng quy trình phù hợp nhuộm vải tơ tằm bằng dịch chiết từ lá tre, [18] một loại thực vật có chứa Chlorophyll, là tiềm năng cho lĩnh vực nhuộm tạo màu xanh lục

Kết luận sơ bộ: thế giới đã có nhiều nghiên cứu về việc chiết tách và thu hồi

Chlorophyll từ các loại thực vật bằng nhiều phương pháp khác nhau Nhiều đề tài cũng đã chỉ ra được tiềm năng về khả năng tạo màu của Chlorophyll trên một số loại vải cũng như là ứng dụng làm chất cầm màu tự nhiên cho quá trình nhuộm Tuy nhiên, một số nghiên cứu chưa chỉ ra được quy trình công nghệ tối ưu nhuộm vải tơ tằm bằng dịch chiết Chlorophyll và vẫn tồn tại nhiều loại thực vật có chứa hàm lượng diệp lục cao, là tiềm năng để phát triển nghiên cứu về khả năng tạo màu xanh lục trên vật liệu tơ tằm theo kỹ thuật nhuộm trực tiếp đã đề cập ở trên

2.4 Kỹ thuật nhuộm chồng (over-dyeing) tạo màu xanh lục

Màu xanh tự nhiên nhuộm trên vật liệu dệt chính là diệp lục (Chlorophyll) chiết tách từ các loại cây, lá có màu xanh lục nhưng hiệu quả về màu sắc không cao và không bền Chính vì thế, phương pháp phổ biến để tạo màu xanh lục là kết hợp giữa màu xanh lam, hầu hết là indigo tự nhiên màu chàm và màu vàng từ nghệ và mít [19] Vải cotton có thể được xử lý trong thuốc nhuộm màu vàng trước rồi sau đó

nhuộm tiếp với thuốc nhuộm indigo Một cách khác là đảo thứ tự của hai bước nhuộm màu, tức nhuộm indigo trước nhuộm màu vàng Một nghiên cứu sau đó đã chỉ ra quy trình nhuộm theo cách thứ hai dễ dàng kiểm soát và thông dụng hơn [1] Điều thú vị là một nghiên cứu về lịch sử dệt may phương Tây đã phát hiện ra rằng màu xanh lá cây luôn có được bằng cách nhuộm lại (over-dye) màu xanh lam bằng thuốc nhuộm màu vàng, có nghĩa là nhuộm màu xanh lam trước, sau đó nhuộm màu vàng lên vải đã nhuộm màu xanh lam [20]

Một trong những cách đơn giản nhất để tạo ra màu xanh lá cây là kết hợp chàm và nghệ, được biết đến ở một số địa phương là “kunyit” Nhuộm nghệ không cần sử dụng chất cầm màu và nó có ánh màu sáng nhất trong số các loại thuốc nhuộm màu vàng tự nhiên Nó có màu vàng của kim loại vàng và khi được nhuộm lại bởi màu chàm sẽ tạo ra một màu xanh lục rất đẹp và dễ chịu Tuy nhiên, chất màu của nghệ không bền với ánh sáng tia cực tím, vì vậy sẽ nhanh chóng phai màu Nó cũng có độ bền giặt kém Do đó, ở một số các sản phẩm vải hoa Ấn Độ cũ, các chi tiết màu xanh lá cây thường nhạt dần thành màu xanh lam (Gittinger 2008, 22) [10]

Một màu xanh lục bền và ổn định hơn có thể thu được bằng cách nhuộm lại màu chàm với một loại thuốc nhuộm tự nhiên màu vàng bền hơn chất màu từ nghệ Hai màu vàng chính được ưa chuộng là tâm gỗ (heartwood) hay dát gỗ (sapwood) của

cây mít (artocarpus heterophyllus) và vỏ của quả xoài (mangifera indica) Dát gỗ

mít có chứa morin, một loại flavonol màu vàng, được chiết xuất bằng cách đun sôi dăm gỗ trong nước Vỏ xoài chứa hỗn hợp Glycoside, Tannin, Flavonoid và các hợp chất Phenolic [21] Loại vỏ này cũng có tính axit nhẹ (Chochai 2013) Khi nhuộm trên vật liệu protein, tạo ra màu vàng hơi ngả đỏ hoặc xanh lục, có độ sáng tốt và độ bền giặt tương đối cao

Kết luận sơ bộ: Nhuộm chồng màu tạo màu xanh lục là nhuộm lần lượt các

màu xanh lam và vàng theo thứ tự, tỷ lệ màu phù hợp Bản chất của quá trình này là gắn hai chất màu tự nhiên màu lam và màu vàng lên vật liệu dệt để các tia sáng (ánh sáng trắng) chiếu đến vật liệu và phản xạ lại các tia lục, lam, vàng với cường độ và tỷ lệ nhất định Khi đó, mắt người quan sát được các màu xanh lục với cường độ và

ánh màu khác nhau trên vải Màu xanh lục có được hình thành một cách chính xác hay không phù thuộc vào khả năng gắn màu và bền màu của từng tác nhân màu trong quá trình nhuộm chồng Do đó, cần tìm kiếm các nguồn chất màu tự nhiên có màu vàng và màu lam phù hợp, dễ nhuộm và bền màu tốt Các công trình nghiên cứu trước đây chưa chỉ ra được quy trình công nghệ cụ thể để nhuộm tạo màu xanh lục trên các loại vật liệu dệt tự nhiên phổ biến như bông, len, tơ tằm Tỷ lệ pha trộn giữa các chất màu, dung tỷ nhuộm, thời gian nhuộm hay thời gian giãn cách giữa các bước nhuộm hay thậm chí là nhiệt độ nhuộm phù hợp cũng không được nhắc tới Các thông số này chưa được tối ưu hoá và liệt kê một cách cụ thể Đặc biệt, trong tự nhiên vẫn còn nhiều loại thực vật đóng vai trò là thuốc nhuộm tự nhiên màu vàng (tương tự như nghệ) và thuốc nhuộm tự nhiên màu chàm (tương tự indigo) Đó là tiềm năng để thực hiện nghiên cứu về khả năng tạo màu xanh lục trên vật liệu tơ tằm bằng kỹ thuật nhuộm chồng sử dụng nhiều hợp chất tự nhiên khác nhau

2.5 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, 1992), vì đây là loài Pandanus duy nhất có lá thơm [22] Thành phần của lá dứa chủ yếu là 3-Metyl-2(5H)-furanon (83.82 %), 2-axetyl-1-pyrrolin (3.15 %), chất diệp lục, v.v Trong đó mùi thơm đặc trưng của lá dứa là do hợp chất thơm 2-Acetyl-1-pyrroline còn màu xanh của lá là sự hiện diện của diệp lục [23]

Tại Việt Nam, cây lá dứa xuất hiện hầu hết mọi miền đất nước [9] Nhiều hộ gia đình hay khu dược liệu trồng để khai thác Phổ biến nhất phải kể đến Tây Nguyên và khu vực Miền Nam Là dứa thường được dùng làm gia vị trong ẩm thực, đặc biệt là trong chế biến món tráng miệng [24] Lá dứa này không phải là lá của cây dứa vẫn dùng để ăn quả dứa

Cây lá dứa thuộc dạng cây thân thảo, sống ở miền nhiệt đới [9] Thân ngắn, mọc thẳng đứng, không mọc kiểu đơn lẻ mà thường mọc thành bụi, lùm, có chiều cao đến 1 mét, chia nhánh từ gốc cây Cây lá dứa không có hoa và quả [25]

Hình 2.1 Cây lá dứa (dứa thơm hay lá dứa)

Thân và lá mọc chụm lại theo các đường gân dọc tại thành bụi, lá xếp hình máng xối, tụm lại ở gốc như nan quạt Phiến lá có hình lưỡi gươm dài tầm 30cm, rộng từ 4 – 6cm [26] Lá màu xanh, có hương thơm đặc trưng giống cơm nếp Mặt dưới của lá có màu xanh đậm hơn, đôi khi còn phủ một lớp lông ngắn mịn Cả hai mặt lá đều không có gai Lá dứa thơm chứa hương xạ đặc trưng mà các loại cây thuộc họ Dứa dại khác không có Đây là một mùi được tạo ra từ một loại enzym không bền vững và dễ oxy hóa [22]

2.5.2 Tổng quan về Chlorophyll

Chlorophyll là sắc tố quang hợp chỉ có ở sinh vật tự dưỡng hoặc thực vật phù du như tảo, v.v [27] Chlorophyll là một phân tử sinh học rất ngả, quyết định đến quá trình quang hợp của cây, giúp cây tổng hợp năng lượng từ ánh sáng

Cấu trúc hóa học của Chlorophyll gần giống với Hemoglobin ở máu người, cũng gồm 4 nhóm -heme gắn với một nguyên tố kim loại Ở người, nguyên tố kim loại đó là nguyên tố sắt (Fe2+), còn ở thực vật và tảo, nguyên tố Magie (Mg2+) thay thế cho nguyên tố sắt [28] Có thể nói theo một cách triết học, “bằng chứng về

nguồn gốc thống nhất của sự sống” là màu lục của Chlorophyll ở lá và màu đỏ của Hemoglobin ở máu

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 Nhân Porphyrin do 4 vòng pyron nối với nhau bằng các cầu metyl tạo thành vòng khép kín Giữa nhân có nguyên tử Magie tạo nên cấu trúc dạng heme, là phần quan trọng nhất vì nó quyết định màu xanh của diệp lục [28]

Hình 2.3 Cấu trúc Chlorophyll điển hình

Có nhiều loại Chlorophyll, chúng đều có phần cấu trúc giống nhau là nhân Porphyrin Mỗi loại Chlorophyll được đặc trưng riêng bởi các nhóm bên khác nhau tạo nên một số tính chất khác nhau Trong đó, Chlorophyll a và b là hai loại được tìm thấy ở hầu hết các loại thực vật Sự khác nhau giữa Chlorophyll a và Chlorophyll b là nhóm tại vị trí C7 Ở Chlorophyll a, X là nhóm –CH3 còn ở

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) được tìm thấy trong tất cả các sinh vật nhân chuẩn quang hợp Trong sinh vật nhân sơ, nó chỉ được tìm thấy với lượng lớn trong vi khuẩn lam Chlorophyll a chỉ hấp thụ tia màu xanh và màu đỏ Tia màu lục không được các sắc tố hấp thụ và phản chiếu vào mắt ta, do đó ta thấy lá có màu lục [29]

Trong công nghiệp thực phẩm, Chlorophyll cũng là một chất màu thực phẩm (E140) [29] Chất màu này được sử dụng để bổ sung trong một số sản phẩm bánh kẹo, súp, sốt, các sản phẩm trái cây, nước chấm, mứt, nước giải khát hoặc dầu thực vật để tăng giá trị cảm quan

Chlorophyll là chất rắn, dạng sáp có màu xanh từ oliu đến xanh lục thẫm tùy thuộc vào lượng Magie kết hợp [30] Chlorophyll có hoạt tính hóa học cao, vừa có tính acid, vừa có tính kiềm Đặc biệt Chlorophyll có những tính chất lý học quan trọng giúp cho chúng thực hiện chức năng quang hợp Tính chất lý học quan trọng nhất của Chlorophyll là khả năng hấp thu chọn lọc năng lượng ánh sáng Chlorophyll hấp thu mạnh ánh sáng màu xanh dương nhưng lại kém hấp thu ánh sáng màu lục trong dãy quang phổ của ánh sáng khả kiến, 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) [27]

Hình 2.5 Quang phổ hấp thụ của Chlorophyll

Chlorophyll a có hai đỉnh của phổ hấp thụ ở vùng ánh sáng đỏ với bước sóng cực đại là 662 nm và ở vùng ánh sáng lam tím với bước sóng cực đại là 420 nm Trong khi đó, Chlorophyll b có hai đỉnh tương tự lần lượt ở bước sóng 643 nm và 454 nm [31] Hình 2.6 cho thấy cực đại quang phổ hấp thụ của Chlorophyll b tại miền ánh sáng đỏ có xu hướng dịch chuyển về phía các các bước sóng ngắn hơn còn tại vùng ánh sáng lam tím thì 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 tan trong nước, tan trong cồn, Diethyl Ether, Cloroalkan, Hydrocarbon và dầu không bay hơi [30] Dưới tác dụng của nhiệt độ và acid, các acid chiếm lấy ion Mg2+ trong phân tử Chlorophyll và thay thế bằng 2 ion H+ làm cho chúng chuyển hóa thành pheophytin có màu xanh olive sẫm Thời gian đun nóng càng lâu thì sự sẫm màu diễn ra càng mạnh Từ 60 ℃ trở lên, quá trình chuyển hóa thành pheophytin tăng rất nhanh khi nhiệt độ tăng [32]

Hình 2.7 Màu xanh oliu

Chlorophyll tác dụng với kiềm nhẹ (Carbonate kiềm và kiềm thổ) sẽ tạo thành các muối phức tạp có chứa magie gọi là Chlorophylinic acid vì kiềm có tác dụng làm mất nhóm phytin do quá trình xà phòng hóa tạo thành Chlorophylinic Acid, Ethanol, rượu Phytol Acid Chlorophylinic hay muối của nó làm cho sản phẩm tạo thành có màu xanh đậm [31]

Dưới tác dụng của các ion của các kim loại sắt (Fe), thiếc (Sn), nhôm (Al), đồng (Cu), ion Mg2+ trong Chlorophyll sẽ bị thay thế và cho ra các sắc màu khác nhau [33]: ion của sắt cho màu nâu; ion của thiếc và nhôm cho màu xám; và màu xanh lục sáng bởi ion của đồng

Phức đồng Chlorophyll là chất rắn, dạng sáp, có màu từ xanh lục đến xanh lục thẫm tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu Phức không tan trong nước, tan trong cồn, Diethyl Ether, Cloroalkan, Hydrocarbon và dầu không bay hơi [30]

Hình 2.8 Sự thay thế ion Mg2+ bởi ion Cu2+ tạo nên hợp chất có màu xanh bền

Hình 2.9 Cấu tạo phân tử của phức Đồng – Chlorophyll

Chlorophyll dễ bị mất màu ở những điều kiện bảo quản không thích hợp Ở nhiệt độ trên 60 °C, tế bào sẽ chết, phân tử Pectin bị bẻ gãy, cấu trúc tế bào không thể phục hồi lại Sự chuyển hóa Chlorophyll thành Pheophytin trong xử lý nhiệt phụ thuộc nhiệt độ, thời gian xử lý và pH Từ 60 °C trở lên, quá trình chuyển thành pheophytin tăng nhanh khi nhiệt độ tăng Quá trình làm mất màu Chlorophyll xảy ra theo 2 giai đoạn và sự thay đổi về màu sắc được nhận thấy khi gia nhiệt Giai đoạn đầu là Pheophytin hóa và giai đoạn sau là phân hủy Pheophytin thành Pyropheophytin [34]

Chlorophyll rất nhạy cảm với ánh sáng, dưới tác dụng của ánh sáng Chlorophyll bị phân hủy tạo hợp chất đơn giản không màu Đồng thời dưới tác dụng của oxy sẽ gây ra phản ứng quang oxy hóa và phá hủy Chlorophyll Dưới tác dụng của ánh sáng và enzyme Lipoxygenase, chất béo bị oxy hóa tạo thành các gốc tự do, các gốc

tự do này sẽ bị oxy hóa làm mất màu Chlorophyll [31] Do đó, sau khi nhuộm các loại vật liệu dệt bằng dịch chiết Chlorophyll thường bị ngả vàng chứ không giữ được màu xanh lục mong muốn

2.5.3 Cơ chế gắn màu của Chlorophyll trên vật liệu tơ tằm

Hình 2.10 Đề xuất cơ chế liên kết giữa chất màu Chlorophyll và vật liệu tơ tằm

Hình 2.10 biểu thị khả năng tương tác giữa Chlorophyll và vải tơ tằm Nhóm =C=O (carbonyl) của phân tử thuốc nhuộm Chlorophyll có thể tương tác với nhóm –OH (hydroxyl) từ nhóm định chức –COOH (carboxyl) của tơ tằm và tạo cầu nối liên kết hydro Tuy nhiên, năng lượng của mối liên kết hydro không lớn nhưng tổng năng lượng của nhiều liên kết hyđro của cả phân tử thuốc nhuộm với vật liệu thì đáng kể Liên kết hyđro có vai trò để cố định thuốc nhuộm trên vật liệu

2.6 Hoa cúc vạn thọ và sắc tố Lutein 2.6.1 Sơ lược về hoa cúc vạn thọ

Cúc vạn thọ có tên khoa học Tagetes erecta L., thuộc họ Cúc (Asteraceae), là

một loại cây thân thảo mọc đứng [35], phân nhánh thành bụi Cây thường cao từ 30 cm đến 1m với tán cây rộng khoảng 14 cm đến 16 cm (0.5 feet) [36] Lá của cây xẻ sâu hình lông chim, các thuỳ hẹp, dài, nhọn, khía răng cưa, toàn thân có mùi hơi hắc Chiều dài của lá không lớn hơn 5 cm (khoảng 2 inch) và có màu xanh lục [36]

Đây là loài cây thích hợp trồng ở nơi nóng ẩm, nhiều ánh sáng và có tốc độ sinh trưởng tương đối nhanh cúc vạn thọ là một cây thuốc nam thường được trồng làm cảnh Cây mọc hoang dại ở các tỉnh như Lai Châu, Lào Cai, Sơn La, Hà Giang, Cao Bằng, Lạng Sơn, Kon Tum, Gia Lai, Đắc Lắc, Lâm Đồng, v.v Ngày nay, cúc vạn thọ sử dụng để trích xuất Lutein, một chất chống oxy hóa Lutein có công dụng cải thiện thị giác, chữa trị các bệnh về mắt như đục thủy tinh thể, thoái hóa điểm vàng, bệnh sợ ánh sáng [37]

Hình 2.11 Hoa cúc vạn thọ

Một tác dụng nổi trội của cúc vạn thọ là tác dụng chống oxy hóa [38] Các thành phần hóa học tạo nên tác dụng này là Acid gallic, Gallicin, Quercetagetin, 6- Hydroxykaempferol-O-hexoside, Patuletin-O-hexoside và Quercetin Trong đó, quercetagetin được xác định là có khả năng chống oxy hóa mạnh nhất [39] cúc vạn thọ còn thể hiện tác dụng kháng khuẩn Người ta thấy, Flavonoid, Patulitrin từ hoa có tác dụng ức chế nhiều vi khuẩn gây bệnh thường gặp như Escherchia coli, Klebsiella Pneumoniae, Pseudomonas Aeruginosa, v.v Tác dụng chống oxy hóa và kháng khuẩn này giúp giải thích kinh nghiệm sử dụng loại hoa này trong điều trị các bệnh viêm nhiễm [37] Trên các mô hình thí nghiệm, người ta thấy ác thành phần từ cúc vạn thọ còn thể hiện tác dụng bảo vệ thần kinh cúc vạn thọ tác động làm chậm lão hóa và giảm độc tính của β-amyloid, đây là cơ chế trong các bệnh sa sút trí tuệ Bên cạnh công dụng trong trị bệnh, người ta còn thấy thành phần tinh dầu trong cúc vạn thọ có thể chống lại cỏ dại, sâu bệnh Điều này thể hiện tiềm năng sản xuất

thuốc diệt cỏ, trừ sâu hại từ tự nhiên, giảm được sử thuốc hóa học trong nông nghiệp [37]

2.6.2 Lutein – Hợp chất mang màu trong hoa cúc vạn thọ

Hoa cúc vạn thọ có chứa các hợp chất gọi là Carotenoid Các giống hoa cúc vạn thọ có màu vàng đến đỏ cam thường dồi dào hàm lượng Lutein, một chất màu họ 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 có chứa các hợp chất gọi là Carotenoid Lutein (C40H56O2) là một loại chất màu tự nhiên thuộc họ Carotenoid [40] Lutein và đồng phân của Lutein là Zeaxanthin còn được gọi là OxyCarotenoid hoặc Xanthophylls Các Xanthophylls này là nguyên tố cơ bản trong hoa cúc vạn thọ và hiện diện ở nồng độ cao hơn các cây khác [39] Các Xanthophylls vì có màu từ vàng đến vàng và xuất hiện tự nhiên trong thực phẩm của con người nên có thể được sử dụng như một chất tạo màu thực phẩm Do đó, có một nhu cầu cao về Xanthophylls tinh khiết đáng kể có thể được sử dụng như một chất tạo màu thực phẩm và một chất bổ sung chất dinh dưỡng Chiết xuất cúc vạn thọ cũng được ứng dụng trong thực phẩm tạo màu như dầu ăn, mù tạt và các loại nước sốt salad khác, 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 (tức OxyCarotenoid) có nhiều ứng dụng trong công nghiệp chất màu thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm nhờ có màu vàng cam rất đẹp và tác dụng chống oxy hóa khá mạnh Lutein có công thức phân tử C40H56O2 (phân tử lượng 568.9), là dẫn xuất 3,3’- diol của β, ε-caroten và là một dạng tiền vitamin A [41] Phân tử Lutein chứa bộ khung cấu trúc Isoprenoid C40