Nghiên cứu quy trình nhuộm màu vải bông hữu cơ dệt kim bằng chất màu chiết tách từ hạt điều nhuộm có

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Viện Dệt may – Da Giầy – Thời Trang 

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (TEX5913) Đề tài: “Nghiên cứu quy trình nhuộm màu vải bông hữu cơ dệt kim bằng chất màu chiết tách từ hạt điều nhuộm có sử dụng saponin chiết từ quả bồ hòn làm chất trợ nhuộm”

Giáo viên hướng dẫn : TS. Nguyễn Ngọc Thắng Sinh viên thực hiện

: Trương Thị Huyền

MSSV

: 20131832

Lớp

: Công nghệ nhuộm K58

Hà Nội 12/2017

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Trương Thị Huyền Khoá: 58 Khoa/Viện: Dệt may – Da giày & TT

Số hiệu sinh viên: 20131832 Ngành: Nhuộm & Hoàn tất

1. Đầu đề thiết kế: Nghiên cứu quy trình nhuộm màu vải bông hữu cơ dệt kim bằng chất màu chiết tách từ hạt điều nhuộm có sử dụng saponin chiết từ quả bồ hòn làm chất trợ nhuộm.

2. Các số liệu ban đầu: + Nguyên liệu vải bông hữu cơ dệt kim được cung cấp bởi công ty dệt nhuộm Đông Xuân có đầy đủ thông số kỹ thuật. Quả bồ hòn được cung cấp bởi công ty Ecohouse và hạt điều nhuộm loại dùng cho tạo màu thực phẩm, được cung cấp bởi Công ty TNHH Sản xuất và Thương mại Hậu Sanh Việt Nam. + Các hóa chất dùng trong các thí nghiệm là loại các hóa chất an toàn, thân thiện với con người.

3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: + Nghiên cứu tổng quan qua tài liệu về chất màu tự nhiên, chất màu annatto có trong hạt điều nhuộm, phương pháp chiết tách chất màu; tìm hiểu về quả bồ hòn và hợp chất saponin, phương pháp chiết tách saponin; tìm hiểu về vật liệu bông hữu cơ dệt kim, phương pháp nhuộm màu cho vải… + So sánh, đánh giá khả năng lên màu của chất màu tự nhiên lên vật liệu bông hữu cơ khi sử dụng chất ngấm tổng hợp Vitex NL 580 và khi sử dụng Saponin ở các nồng độ khác nhau. + Đánh giá các chỉ tiêu sau nhuộm như độ mao dẫn, độ bền màu, độ dây màu, đo phổ FTIR. Từ đó rút ra kết luận.

4. Các bản vẽ, đồ thị (kích thước bản vẽ A0): + Các bản vẽ, đồ thị trình bày trên khổ giấy A0.

5. Họ tên cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Ngọc Thắng 6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 7. Ngày hoàn thành đồ án: Chủ nhiệm bộ môn (Ký, ghi rõ họ tên)

Ngày .... tháng .... năm 2017 Cán bộ hướng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên)

Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày .... tháng …. năm 2017 Người duyệt (Ký, ghi rõ họ tên)

2

MỤC LỤC MỤC LỤC ..................................................................................................................... 2 LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................... 5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ................................................................ 5 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ................................................................................. 7 DANH MỤC CÁC KÍ KIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................. 8 LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 8 1. Lý do chọn đề tài ....................................................................................................... 8 2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................. 9 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................... 10 4. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................... 10 4.1. Nghiên cứu lý thuyết ..................................................................................... 10 4.2. Nghiên cứu thực nghiệm .............................................................................. 10 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đồ án .............................................................. 11 6. Bố cục đồ án ............................................................................................................ 11 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN....................................................................................... 12 1.1. Tổng quan về quả Bồ hòn và hợp chất Saponin ............................................... 12 1.1.1. Quả Bồ hòn .............................................................................................. 12 1.1.2. Hợp chất saponin chiết được từ quả Bồ hòn ........................................... 13 1.1.4. Phương pháp chiết tách saponin .............................................................. 16 1.2. Tổng quan về hạt điều nhuộm và annatto ......................................................... 17 1.2.1. Hạt điều nhuộm ......................................................................................... 17 1.2.1. Thành phần hóa học của hạt điều nhuộm ............................................... 18 1.2.2. Chất màu annatto có trong hạt điều nhuộm............................................. 18 1.2.3. Ứng dụng của hạt điều nhuộm ................................................................. 20 1.2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết tách chất màu annatto ......... 21

3

1.2.5. Phương pháp chiết tách annatto từ hạt điều nhuộm ............................... 23 1.3. Vải bông hữu cơ ................................................................................................... 24 1.3.1. Cấu tạo và thành phần của xơ bông ......................................................... 25 1.3.2. Tính chất của xơ bông ............................................................................... 26 1.4. Phương pháp nhuộm màu cho vải bông hữu cơ ............................................... 27 1.4.1. Giới thiệu phương pháp nhuộm ................................................................ 27 1.4.2. Phương pháp nhuộm tận trích .................................................................. 27 1.4.3. Phương pháp tăng độ bền màu khi nhuộm vải bông bằng chất màu tự nhiên 27 CHƯƠNG 2. NỘI DUNG, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. 29 2.1. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................ 29 2.2. Nội dung nghiên cứu ............................................................................................ 29 2.3. Đối tượng nghiên cứu .......................................................................................... 29 2.3.1. Vật liệu ....................................................................................................... 29 2.3.2. Dụng cụ, hóa chất và thiết bị .................................................................... 30 2.4. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 30 2.4.1. Phương pháp chiết tách saponin .............................................................. 32 2.4.2. Phương pháp chiết tách chất màu annatto .............................................. 34 2.4.3. Phương pháp tiền xử lý cho vải bông hữu cơ dệt kim ............................. 36 2.4.4. Phương pháp nhuộm màu cho vải bông hữu cơ ...................................... 37 2.4.5. Phương pháp đo màu ................................................................................ 38 2.4.6. Phương pháp đo quang phổ hồng ngoại (FTIR) ..................................... 40 2.7. Đánh giá các chỉ tiêu của vải sau khi nhuộm .................................................... 43 2.7.1. Phương pháp đánh giá độ bền màu của vải bông với quá trình giặt (ISO 105 – C01) ............................................................................................................ 43 2.7.1. Phương pháp đánh giá độ mao dẫn của vải theo tiêu chuẩn AATCC 1982013

44

4

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................. 45 3.1. Xác định hiệu suất chiết saponin từ quả bồ hòn ............................................... 45 3.2. Đánh giá mẫu vải trước và sau nấu tẩy ............................................................. 45 3.3. Nhuộm chất màu annatto cho vải bông hữu cơ và đánh giá kết quả nhuộm màu ...................................................................................................................................... 46 3.3.1. Nhuộm màu................................................................................................ 46 3.3.2. Kết quả đo màu .......................................................................................... 48 3.3.2. Khả năng lên màu K/S............................................................................... 51 3.4. Đánh giá độ bền màu với quá trình giặt ............................................................ 53 3.5. Độ mao dẫn ........................................................................................................... 55 3.6. Kết quả đo phổ hồng ngoại FTIR ....................................................................... 57 3.7. Đánh giá hiệu quả kinh tế và sinh thái của sản phẩm nhuộm vải bông hữu cơ bằng chất màu annatto có sử dụng saponin làm chất trợ nhuộm .......................... 58 3.7.1. Đánh giá hiệu quả sinh thái của sản phẩm.............................................. 58 3.7.2. Đánh giá về hiệu quả kinh tế .................................................................... 60 KẾT LUẬN.................................................................................................................. 62 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ..................................................................... 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 64

5

LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tất cả các thầy cô trong Viện Dệt may – Da giầy và Thời trang cùng toàn thể thầy cô trong Bộ môn Vật liệu và Công nghệ Hóa Dệt của trường đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập và nghiên cứu.

Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS. Nguyễn Ngọc Thắng đã luôn tạo mọi điều kiện tốt nhất để tác giả có thể học tập và nghiên cứu, tận tình chỉ bảo và giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình thực hiện cũng như hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.

Tuy đã rất nỗ lực và cố gắng, không ngừng học hỏi trau dồi kiến thức, tích cực khảo cứu tài liệu, tổng hợp các kiến thức nhưng trong đồ án này tác giả vẫn không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự quan tâm và đóng góp nhiệt tình của thầy cô giáo và tất cả các bạn.

Sau cùng, tác giả xin kính chúc các thầy cô có sức khỏe dồi dào, tràn đầy niềm tin để tiếp tục sứ mệnh cao đẹp của mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau.

Tác giả xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện Trương Thị Huyền

5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1. Quy trình sản xuất sản phẩm hữu cơ. ……………………………………. 9 Hình 1.1. Quả Bồ hòn ................................................................................................. 12 Hình 1.2. Cấu trúc của sapoin phân đoạn thứ 15 trong quả bồ hòn. [2] ............... 13 Hình 1.3. Ứng dụng của saponin. .............................................................................. 15 Hình 1.4. Cấu trúc monoterpend glycol trong saponin có tác dụng ức chế ung thư. ............................................................................................................................... 15 Hình 1.5. Quả điều nhuộm. ........................................................................................ 17 Hình 1.6. Chất màu annatto chiết từ hạt điều nhuộm. ............................................ 19 Hình 1.7. Cấu trúc của bixin và norbixin. ................................................................ 19 Hình 1.8. Ứng dụng của chất màu annatto. .............................................................. 20 Hình 1.9. Ảnh hưởng của nhiệt độ khi chiết xuất chất màu annatto. .................... 22 Hình 1.10. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình chiết tách chất màu annatto. 23 Hình 1.11. Ảnh hưởng của dung tỷ đến quá trình chiết tách chất màu annatto. . 23 Hình 1.12. Bông hữu cơ. ............................................................................................. 24 Hình 1.13. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bông hữu cơ trên thế giới. ................... 25 Hình 2.1. Dụng cụ hóa chất và thiết bị thí nghiệm. ................................................. 31 Hình 2.2. Sơ đồ nghiên cứu tổng quát. ...................................................................... 32 Hình 2.3. Quy trình chiết tách saponin. .................................................................... 34 Hình 2.4. Quy trình tinh chế saponin. ....................................................................... 34 Hình 2.5. Quy trình chiết tách chất màu annatto và nhuộm cho vải bông. ........... 36 Hình 2.6. Đơn công nghệ và quy trình nấu tẩy đồng thời vải bông hữu cơ. ......... 37 Hình 2.7. Phương án và quy trình nhuộm cho vải bông hữu cơ ............................ 38 Hình 2.8. Không gian màu CIELab. ......................................................................... 39 Hình 2.9. Máy đo màu X-rite. .................................................................................... 39 Hình 3.1. Quá trình chuyển đổi chất màu annatto từ dạng bixin thành norbixin. ...................................................................................................................................... 47 Hình 3.2. So sánh khả năng lên màu khi sử dụng chất ngấm Vitex ....................... 50 Hình 3.3. So sánh khả năng lên màu khi sử dụng saponin ở các nồng độ khác

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

6 nhau. ............................................................................................................................. 50 Hình 3.4. So sánh khả năng lên màu khi sử dụng saponin và Vitex NL 580 ở nồng độ 2g/l (a) và 3g/l (b). .................................................................................................. 50 Hình 3.5. (a) Phổ phản xạ; (b) khả năng hấp thụ K/S của các mẫu bông hữu cơ dệt kim khi nhuộm với chất màu annatto. ............................................................... 52 Hình 3.6. So sánh độ mao dẫn của các mẫu vải sau nhuộm. .................................. 56 Hình 3.7. Phổ FTIR của các mẫu (a) vải bông hữu cơ, (b) vải bông thông thường, (c) Norbixin, (d) mẫu vải sau nhuộm bằng chất màu annatto. ............................... 57

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

7 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Công thức hóa học và khối lượng phân tử của sapponin có trong vỏ quả bồ hòn [5] ..................................................................................................................... 14 Bảng 1.2. Hiệu suất chiết saponin với các dung môi khác nhau. ............................. 16 Bảng 1.3. Lượng Bixin chiết được bằng các phương pháp khác nhau .................... 21 Bảng 1.4. Bảng thành phần cấu tạo của xơ bông ...................................................... 26 Bảng 2.1. Thông số của vải bông hữu cơ dệt kim ...................................................... 30 Bảng 2.2. Phổ FTIR đặc trưng của saponnin ............................................................ 42 Bảng 2.3. Phổ FTIR đặc trưng của chất màu annatto .............................................. 42 Bảng 2.4. Phổ FTIR đặc trưng của bông ................................................................... 42 Bảng 3.1. Hàm lượng saponin trong hai lần chiết ..................................................... 45 Bảng 3.2. So sánh mẫu vải trước và sau nấu tẩy ....................................................... 45 Bảng 3.3. Khối lượng của các mẫu vải trước và sau nấu tẩy .................................... 46 Bảng 3.4. Kết quả đo màu vải sau nhuộm .................................................................. 49 Bảng 3.5. Kết quả đo độ bền giặt của các mẫu vải nhuộm theo tiêu chuẩn ............. 53 Bảng 3.6. Kết quả so sánh độ dây màu ....................................................................... 54 Bảng 3.7. Hiện tượng và hình ảnh mẫu thí nghiệm .................................................. 55 Bảng 3.8. Kết quả đo độ mao dẫn ............................................................................... 56 Bảng 3.9. chi phí cho nguyên liệu thô ........................................................................ 61

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

8 DANH MỤC CÁC KÍ KIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT

FT-IR

Fourier transform infrared spectrometer

C

Nhiệt độ

T

Thời gian

λmax

Bước sóng hấp thụ cực đại

Co

Vải bông hữu cơ

Cn

Vải bông thông thường

Nb

Norbixin

Cd

Vải sau nhuộm bằng chất màu annatto

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

8

LỜI MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển chung của xã hội trên tất cả các lĩnh vực, ngành Dệt may Việt Nam cũng có những bước phát triển lớn mạnh. Sự phát triển của ngành có những đóng góp và vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân.

Ngành Dệt may thế giới nói chung và Dệt may Việt Nam nói riêng đang trên đà phát triển mạnh theo xu hướng phát triển bền vững, tạo ra các sản phẩm thân thiện với môi trường. Một trong những khâu quan trọng của quá trình tạo ra sản phẩm ngành Dệt may là công đoạn nhuộm màu. Đây là công đoạn ảnh hưởng rất nhiều tới tính sinh thái và tính bền vững của sản phẩm. Theo kết quả phân tích nước thải ngành dệt nhuộm thì nước thải nhuộm vải có chứa nồng độ các chất hữu cơ cao, thành phần phức tạp và chứa nhiều hợp chất vòng khó phân hủy sinh học, đồng thời có chứa các chất trợ trong quá trình nhuộm có khả năng gây ức chế vi sinh vật, với nhiều chỉ số của các chất độc hại cao hơn nhiều lần tiêu chuẩn cho phép. Bài toán đặt ra là, làm thế nào để xử lý triệt để tình trạng này? Để giải quyết thực trạng này, tại các nước trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng hiện nay đã công bố những công trình nghiên cứu tìm ra các chất màu và chất trợ nhuộm tự nhiên có thể đưa vào sản xuất. Chính vì vậy mà nhiều nước trên thế giới đang có xu hướng quay trở lại sử dụng chất màu tự nhiên để nhuộm vải, thay vì sử dụng những loại thuốc nhuộm tổng hợp hay bột màu có hại cho sức khỏe của con người và gây ô nhiễm môi trường. Những sản phẩm được làm thủ công từ tự nhiên luôn được đánh giá cao bới các tính năng ưu việt của nó như đều được làm hoàn toàn từ những chất liệu tự nhiên, có tính tiện nghi và tính an toàn cao trong quá trình sử dụng. Ngoài ra, nó còn mang một giá trị tinh thần rất lớn đối với con người. Vậy nên việc phát triển các sản phẩm này theo xu hướng gia tăng chất lượng sản phẩm, thích ứng với những đòi hỏi ngày càng cao của người sử dụng đã và đang là mối quan tâm của rất nhiều doanh nghiệp và các làng nghề thủ công truyền thống.

Từ những điều đã phân tích như trên dễ dàng cho chúng ta thấy một điều rằng: toàn cảnh hiện nay, việc thúc đẩy sử dụng chất màu tự nhiên là rất lạc quan và đtác giả lại GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

9 nhiều hứa hẹn. Những loại chất màu tự nhiên đang được sử dụng ngày càng có hiệu quả so với loại thuốc nhuộm tổng hợp góp phần không nhỏ vào việc bảo vệ môi tường sinh thái. Với những loại chất màu tự nhiên không gây ô nhiễm hiện đang được tiếp tục nghiên cứu, khám phá và phát triển chúng để tạo ra những sản phẩm thân thiện với người tiêu dùng.

Tuy nhiên, khi nhuộm những chất màu tự nhiên cho vải chúng ta lại gặp phải một số vấn đề như: chất màu không ổn định do phụ thuộc nhiều vào vùng miền và mùa thu hoạch, hạn chế gam màu và màu không tươi ánh, độ bền màu không cao cần các xử lý cầm màu đặc biệt. Thêm vào đó là mong muốn và mục tiêu đặt ra ban đầu là tạo ra một sản phẩm hoàn toàn tự nhiên từ đầu vào cho đến lúc hoàn thành sản phẩm (hình 1) có thể hạn chế tối đa các hóa chất tổng hợp. Chính vì vậy mà tác giả đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu quy trình nhuộm màu vải bông hữu cơ dệt kim bằng chất màu chiết tách từ hạt điều nhuộm có sử dụng saponin chiết từ quả Bồ hòn làm chất trợ nhuộm”.

Trong khuôn khổ đồ án này, tác giả đã chiết tách được hợp chất saponin từ quả Bồ hòn để làm chất trợ cho quá trình nhuộm chất màu annatto chiết tách được từ hạt điều cho vải bông hữu cơ dệt kim. Với đề tài này, tác giả hi vọng sẽ cung cấp thông tin đầy đủ hơn về quy trình chiết tách chất trợ và chất màu cũng như là quy trình nhuộm màu cho vật liệu bông hữu cơ nhằm góp phần ứng dụng vào các mục đích thực tiễn trong cuộc sống.

Hình 1. Quy trình sản xuất sản phẩm hữu cơ.

2. Mục tiêu nghiên cứu Chiết tách được hợp chất saponin từ quả Bồ hòn.

Chiết tách được chất màu annatto từ hạt điều nhuộm.

Nghiên cứu khả năng bắt màu của annato lên vật liệu bông hữu cơ trong quá trình nhuộm có sử dụng saponin làm chất trợ và khi sử dụng chất ngấm công nghiệp.

Nghiên cứu ảnh hưởng của saponin với vai trò là chất trợ trong quá trình nhuộm.

So sánh, đánh giá kết quả K/S và độ bền giặt của vật liệu bông hữu cơ được nhuộm

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

10 bằng chất màu tự nhiên có sử dụng chất trợ saponin và chất hoạt động bề mặt của chất trợ tổng hợp.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu • Đối tượng nghiên cứu: Quả Bồ hòn

:

Hạt điều nhuộm

:

Vải bông hữu cơ :

Được cung cấp bởi Ecohouse, quả được thu mua ở khu vực phía Bắc Việt Nam. Loại dùng cho tạo màu thực phẩm, được cung cấp bởi Công ty TNHH Sản xuất và Thương mại Hậu Sanh, Việt Nam. Vải bông dệt kim được cung cấp bởi công ty dệt nhuộm Đông Xuân.

• Phạm vi nghiên cứu: Chiếc tách được hợp chất saponin từ quả Bồ hòn và chất màu annatto từ hạt điều nhuộm. Nhuộm màu, so sánh, đánh giá khả năng lên màu, kiểm tra độ bền giặt của vải bông hữu cơ được nhuộm với chất màu annatto khi sử dụng saponin và khi sử dụng chất hoạt động bề mặt tổng hợp. Đánh giá các chỉ tiêu về độ co, độ mao dẫn và độ rủ của các mẫu vải sau khi nhuộm. Từ đó, đưa ra các kết luận.

Các thí nghiệm được tiến hành tại Trung tâm thí nghiệm Vật liệu và Công nghệ Hóa dệt, Phòng thí nghiệm Vật liệu Dệt của trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.

4. Phương pháp nghiên cứu 4.1. Nghiên cứu lý thuyết Thu thập, khảo cứu tài liệu, nghiên cứu lý thuyết tổng quan về saponin và chất màu annatto, điều kiện chiết tách, tổng quan về vải bông hữu cơ, lý thuyết phương pháp nhuộm màu cho vải bông hữu cơ.

4.2. Nghiên cứu thực nghiệm Chiết tách saponin từ quả Bồ hòn.

Chiết tách annato từ hạt điều nhuộm nhờ sự trợ giúp của sóng siêu âm.

Nhuộm chất màu cho vải bông dệt kim hữu cơ có sử dụng saponin hoặc chất ngấm GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

11 tổng hợp ở các điều kiện và nồng độ khác nhau. Từ đó so sánh và đánh giá khả năng lên màu trong hai trường hợp. Đánh giá các chỉ tiêu về độ mao dẫn, độ rũ, độ co và độ bền màu của vải sau nhuộm.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đồ án Thông qua quá trình nghiên cứu thực hiện đồ án, tác giả sẽ đưa ra một cách khoa học về quy trình chiết tách hợp chất sapponin từ quả Bồ hòn và xác định được hàm lượng saponin của lô quả Bồ hòn trong phạm vi nghiên cứu. Sau đó, sử dụng saponin chiết được làm chất trợ để nhuộm màu cho vải bông hữu cơ dệt kim bằng chất màu annatto chiết từ hạt điều nhuộm tại các điều kiện khác nhau để so sánh với quá trình nhuộm màu annatto cho vải bông hữu cơ có sử dụng chất hoạt động bề mặt tổng hợp. Cuối cùng là đo màu, đánh giá K/S, kiểm tra độ rủ, độ co, độ mao dẫn và độ bền giặt của vải sau nhuộm rồi rút ra kết luận. Từ đó, có thể ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế sản xuất trong ngành dệt may với mong muốn mang lại những sản phẩm được sản xuất 100% từ tự nhiên với hiệu quả cao, lại mang tính sinh thái góp phần bảo vệ môi trường xanh sạch đẹp.

6. Bố cục đồ án Mục lục Lời cảm ơn Danh mục các hình vẽ và đồ thị Danh mục các bảng biểu Danh mục các ký hiệu, các từ viết tắt Lời mở đầu Chương 1. Tổng quan Chương 2. Nội dung, đối tượng và phương pháp nghiên cứu Chương 3. Kết quả và thảo luận Kết luận Hướng nghiên cứu tiếp theo Tài liệu tham khảo

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

12 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về quả Bồ hòn và hợp chất Saponin 1.1.1. Quả Bồ hòn Quả Bồ hòn (hình 1.1) có tên khoa học là Sapindus

mukorossi

Gaertn,

thuộc

họ

Sapindaceae thường được biết đến dưới nhiều tên khác nhau như soapnut, soapberry, washnut, reetha, aritha, dodan và doadni. Đây là một loại cây rụng lá phát triển rộng rãi ở vùng thượng lưu của đồng bằng Indo-Gangetic, các vùng Shivaliks và vùng duyên hải Himalayan ở độ cao

Hình 1.1. Quả Bồ hòn

từ 200 m đến 1500 m. Ở nước ta cây Bồ hòn được trồng ở khắp các tỉnh miền Bắc, có nơi trồng làm cây bóng mát quanh nhà. Bồ hòn là một loại cây khá lớn, rụng lá có thân thẳng với chiều cao 12 mét, đôi khi đạt đến chiều cao 20 m và đường kính 1.8 m. Vỏ cây có màu sẫm đến vàng nhạt, khá mịn, với nhiều đường sọc thẳng đứng và các vết nứt mịn tẩy tế bào chết ở các vảy gỗ không đều [3]. Lá kép dài 30-50 cm, hình lông chim gồm 4-5 đôi lá chét gần đối nhau. Phiến lá chét nguyên nhẵn. Hoa mọc thành chuỳ ở đầu cành. Vỏ quả màu vàng nâu nhạt, da nhăn nheo, trong chứa một hạt màu đen, hình cầu. Khi chín thịt quả mềm như đường mạch nha, có hoạt tính như xà phòng.

Quả Bồ hòn đã được sử dụng như là một chất hoạt động bề mặt tự nhiên. Do sự có mặt của saponin trong quả bồ hòn khá cao nên nó được biết đến với tính chất tẩy rửa với hoạt tính cao và thường được sử dụng để loại bỏ các chất bẩn. Trong y học, lá Bồ hòn được sử dụng để giảm đau khớp còn rễ cây được sử dụng để điều trị bệnh gout và thấp khớp. Ngoài ra quả bồ hòn còn có thể dược dùng để chữa một số bệnh như chảy nước bọt, mụn nhọt, động kinh, chlorosis, nám và bệnh vảy nến. Bột từ hạt của quả Bồ hòn được sử dụng trong điều trị sâu răng, viêm khớp, cảm lạnh thông thường, táo bón và buồn nôn, ngoài ra còn để loại bỏ nám và tàn nhang khỏi da. Nó làm sạch da của sự bài tiết dầu và thậm chí còn được sử dụng như một chất tẩy rửa để gội đầu bởi nó tạo thành một chất bọt tự nhiên phong phú. Từ xa xưa quả Bồ hòn đã được sử dụng làm chất tẩy GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

13 rửa cho khăn choàng, quần áo. Quả bồ hòn còn được các nhà kim hoàn Ấn Độ sử dụng để phục hồi độ sáng của đồ trang trí bị làm mờ bằng vàng, bạc và các kim loại quý khác [3]. Ở nhiều nước phương Tây (Canada, Mỹ, Anh…), quả Bồ hòn được xtác giả là nguyên liệu chính để sản xuất xà phòng thân thiện môi trường, không độc hại, không gây ảnh hưởng xấu cho sức khỏe cộng đồng.

Trước đây vào những năm người ta còn thu mua xuất khẩu, hằng năm có thể thu tới 20-30 tấn quả chủ yếu tại những tỉnh Cao Bằng, Lạng Sơn (Than Mọi), Bắc Cạn, Thái Nguyên, Quảng Ninh, Hà Tây, Phú Thọ, Hà Giang, Tuyên Quang. Quả Bồ hòn hái về để nguyên cả hạt hoặc có khi bóc bỏ hạt, xâu thịt quả vào một que tre, hạt phơi khô cũng được dùng làm thuốc.

1.1.2. Hợp chất saponin chiết được từ quả Bồ hòn Quả bồ hòn là nguồn nguyên liệu giàu saponin. Thịt quả Bồ hòn chứa 18%. Vỏ quả chiếm khoảng 56% của quả và phần còn lại là hạt. Trong hạt có chứa 9-10% dầu béo.

Thành phần saponin được xác định là chiếm 6,1% so với khối lượng của quả. Saponin trong quả bồ hòn có công thức cấu tạo là C52H84O11.2H2O đã được chiết ra dưới dạng kết tinh. Khi thủy phân cho ta genin là hederagenin và đường là L – arabinose, DI – glucose, L – rhamnose, và D – xylose. [4] • Cấu trúc của hợp chất saponin

Hình 1.2. Cấu trúc của sapoin phân đoạn thứ 15 trong quả bồ hòn. [2] Cấu trúc của saponin được biểu diễn ở hình 1.2, gồm có một đầu ưa nước, một đầu kỵ nước có hoạt tính bề mặt. Các saponin chính trong vỏ quả của cây bồ hòn là loại GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

14 triterpenoid. Công thức hóa học của saponin thu được từ quả bồ hòn đã được phát hiện và nghiên cứu như trong bảng 1.1. Thành phần phần trăm của các nguyên tố có trong saponin là 51% O, 44% C, 6% H. Vì saponin là chất có hoạt tính bề mặt, nên nồng độ tới hạn của chúng được tìm thấy là 0,1%. Bản chất của saponin được xtác giả như acid yếu trong tự nhiên. Quá trình thủy phân của glycol được cho là nguyên nhân của acid yếu đó [5].

Bảng 1.1. Công thức hóa học và khối lượng phân tử của sapponin có trong vỏ quả bồ hòn [5] CTCT

Khối lượng phân tử

Nguyên tử Ion

C41H66O12

750

[C41H66O12 + Na]+

C46H74O15

866

[C46H74O15 + Na]+

C48H76O17

924

[C48H76O17 + Na]+

C50H78O18

966

[C50H78O18 + Na]+

C53H86O22

1074

[C53H86O22 + Na]+

C58H94O26

1206

[C58H94O26 + Na]+

C59H92O25

1200

[C59H92O25 + Na]+

• Ứng dụng của saponin Saponin là một nhóm các glycol thực vật tự nhiên, đặc trưng bởi tính chất tạo bọt mạnh trong dung dịch nước. Sự hiện diện của saponin đã được nghiên cứu và báo cáo ở hơn 100 họ thực vật, trong đó ít nhất 150 loại saponin tự nhiên đã được tìm thấy có đặc tính chống ung thư đáng kể. Các nghiên cứu gần đây đã tìm ra những lợi ích của saponin như: kiểm soát mức cholesterol trong máu, sức khoẻ xương, ung thư và xây dựng hệ miễn dịch.

Các ứng dụng của saponin được thể hiện trong hình 1.3. Như ta đã biết, saponin là một hợp chất có đặc tính chất tẩy rửa vì chúng có chứa các thành phần hòa tan trong nước và chất béo. Chúng bao gồm một hạt nhân tan trong chất béo, có cấu trúc steroid hoặc triterpenoid, với một hoặc nhiều chuỗi bên của carbohydrat hòa tan trong nước. Do tính chất hoạt động bề mặt của chúng, saponin là chất tạo bọt tuyệt vời, tạo thành các GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

15 bọt rất ổn định. Chúng có thể được sử dụng trong các loại đồ uống, như bia, bia rễ, để tạo ra "đầu bọt". Bên cạnh đó, chúng còn được sử dụng công nghiệp trong khai thác và tách quặng, để chuẩn bị nhũ tương cho phim ảnh, và sử dụng rộng rãi trong mỹ phẩm, chẳng hạn như son môi và dầu gội đầu ở Chile cho hàng trăm năm, còn người Mỹ bản địa đã sử dụng chúng để làm xà phòng.

Nước rửa bát

Hình 1.3. Ứng dụng của saponin.

Bên cạnh các tính chất làm mềm tính chống nấm và kháng khuẩn của saponin cũng rất quan trọng trong các loại mỹ phẩm. Saponin mặc dù có cấu trúc đa dạng duy chỉ có một số ít saponin chứa một chuỗi phụ monoterpend glycol bổ sung (hình 1.4), các hợp chất này có tác dụng hạn chế tăng trưởng tế bào khối u bằng cách gây ra ức chế và ngăn ngừa hóa học gây ra ung thư ở chuột [7].

Hình 1.4. Cấu trúc monoterpend glycol trong saponin có tác dụng ức chế ung thư.

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

16 1.1.4. Phương pháp chiết tách saponin Qua quá trình tìm hiểu và khảo cứu tài liệu, tác giả nhận thấy rằng có rất nhiều phương pháp để chiết tách saponin khác nhau như phương pháp sắc ký lớp mỏng, phương pháp ninh chiết…. với từng ưu và nhược điểm riêng. Tuy nhiên, để chiết tách được các hợp chất tự nhiên từ thực vật chúng ta phải hiểu rõ thành phần hóa học và đặc điểm về tính tan của chúng. Mỗi loại hợp chất có độ hòa tan khác nhau trong từng dung môi là khác nhau, vì vậy cần phải lựa chọn phương pháp chiết phù hợp với từng hợp chất để có được hiệu suất chiết tách cao nhất là rất quan trọng, nhằm hạn chế hiện tượng phân hủy hợp chất, các phản ứng phụ và phản ứng chuyển vị. So sánh với các phương pháp chiết khác nhau thì tác giả thấy phương pháp ninh chiết là ít tốn kém và dễ dàng thực hiện. Vậy nên, tác giả đã lựa chọn phương pháp ninh chiết để tiến hành chiết tách Saponin có trong quả bồ hòn. Tuy nhiên, ở các điều kiện chiết tách khác nhau thì hiệu suất chiết tách saponin thu được cũng khác nhau (Bảng 1.2).

Bảng 1.2. Hiệu suất chiết saponin với các dung môi khác nhau.

Loại dung

Dung tỉ

Hiệu suất

môi chiết

(g/ml)

chiết tách (%)

Water

1:10

75,6

Water 100OC

1:10

70,9

Ethnol-Water

1:10

78,1

Ethnol

1:10

67,8

Aceone

1:10

65,0

Water

1:20

74,2

Ethnol-Water

1:20

65,6

Water 100OC

1:20

69,9

Dựa trên nguyên lý chiết là thu lấy chất từ một hỗn hợp, sau đó sử dụng dung môi hữu cơ dùng để tách biệt, cô và tinh chế các cấu tử có trong hỗn hợp thành các thành phần riêng biệt, bao gồm cả việc chọn dung môi, dụng cụ chiết và cách chiết, tác giả đã tiến hành ninh chiết quả bồ hòn trong thiết bị Ti-Color ở nhiệt độ 100oC trong thời gian 30 phút có sử dụng metanol làm dung môi để hòa tan saponin.

Trong quá trình chiết xuất saponin từ quả bồ hòn có xảy ra các quá trình sau: GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

17 Quá trình hòa tan, quá trình khuếch tán và quá trình thẩm thấu. Ba quá trình này thực hiện liên tục cho đến khi quá trình kết thúc.

Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình chiết xuất: Nguyên liệu đầu vào, dung môi và kỹ thuật chiết. Các yếu thuộc về thành phần cấu tạo của nguyên liệu: màng tế bào, chất nguyên sinh và một số tạp chất. Các yếu tố thuộc về dung môi: độ phân cực, độ nhớt và sức căng bề mặt. Các yếu tố thuộc về kỹ thuật: nhiệt độ, thời gian, độ mịn …

1.2. Tổng quan về hạt điều nhuộm và annatto 1.2.1. Hạt điều nhuộm Điều nhuộm là một loài cây bụi hay cây gỗ nhỏ thuộc họ Điều nhuộm (Bixaceae), có nguồn gốc từ khu vực nhiệt đới của châu Mỹ. Cây điều nhuộm có tên tiếng anh là Bixa Orellana, Annatto, lip stick tree hay annatto tree. Điều nhuộm là cây gỗ nhỏ, cao 4 - 5m, cành non phủ lông dạng vẩy, cành già nhẵn, màu nâu nhạt. Lá mọc so le, mềm, hình trứng, gốc lá bằng hoặc gần hình tim, đầu thuôn nhọn, dài 10 - 12cm, rộng 7 - 8cm, mép lá nguyên, cuống lá phình to ở hai đầu, dài 3 - 4cm.

Cụm hoa là một chuỳ ngắn ở đầu cành, có lông màu nâu nhạt; hoa to 4 - 5cm, 5 cánh hoa màu trắng đến hơi hồng, nhiều nhị, bầu một ô, có lông gai dài. Quả điều (hình 1.5) nang to bằng quả cau, hình tim, hơi dẹt, phủ lông gai cứng màu đỏ, khi chín mở thành 2 mảnh, chứa nhiều hạt được bao bọc bởi một lớp cơm màu đỏ nhạt hoặc vàng cam. Hạt hơi có dạng lập phương trên một cuống ngắn, xung quanh tẽ nở thành áo hạt ngắn màu đỏ. Mùa hoa tháng 9 - 10. Cây ưa sáng, trồng bằng hạt hoặc giâm cành.

Hình 1.5. Quả điều nhuộm.

Cây điều nhuộm có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới Châu Mỹ (Trung và Nam Mỹ, vùng Caribe). Nó được trồng ở một số nước châu Á như: Ấn độ, Malaysia, Thái Lan, Lào, Campuchia để làm thuốc và chất màu thực phẩm. Ở Việt Nam, cây được trồng từ lâu đời, chủ yếu trong cộng đồng người Thái ở vùng Tây bắc và Tây nguyên để lấy chất màu vàng cam nhuộm thực phẩm. Ngoài ra, nó cũng được trồng rải rác ở các tỉnh đồng bằng như Hà Tây, Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh. Nước ta có khí hậu phù hợp, nên

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

18 phát triển trồng điều nhuộm, vì cây dễ trồng, không kén đất. Ngoài tác dụng làm thuốc, nó còn có thể làm cây cảnh, vì có cụm hoa trắng to và từng chùm trái đỏ rất đẹp. [6] Vào đầu thế kỉ 21, tổng sản lượng hạt điều nhuộm được sản xuất trên thế giới là 14500 tấn/năm. Các nước sản xuất bao gồm: Caribe, Brazil, Peru, Bolivia, các nước khu vực Đông và Tây Âu, Ấn Độ, .... Trong đó Brazil là nước có sản lượng lớn nhất chiếm 1/3 tổng sản lượng thu được. Sau đó là Peru, Ecuador, Colombia, Bolivia với 3000 tấn.

Sản lượng sử dụng trong nội địa là 7000 tấn/năm, và sản lượng hạt điều xuất khẩu là 7500 tấn/năm. Các nước nhập khẩu lớn nhất là khu vực Bắc Mỹ với 3000 tấn/năm, sau đó là các nước Châu Âu với 2500 tấn/năm, Nhật Bản với 1500 tấn/năm. Trong khi đó các nước còn lại chỉ nhập khẩu khẩu 500 tấn/năm. Theo thống kê đến năm 2008, sản xuất trên thế giới là khoảng 17500 tấn/năm, trong đó 68% có nguồn gốc từ Đông Bắc Brazil. Qua đó cho thấy hạt điều màu đóng một vai trò quan trọng trong đời sống và ngày càng phát triển.

1.2.1. Thành phần hóa học của hạt điều nhuộm Hạt điều nhuộm chứa 0,3 - 0,9% tinh dầu, 3% dầu béo, 4,5 - 5,5% chất màu, 13 16% protein, 3,5 - 5,5% đường sucrose và 40 - 45% cellulose. Dầu hạt chứa các chất màu vàng cam thuộc nhóm carotenoid như bixin, norbixin, dùng để nhuộm thực phẩm, mỹ phẩm. Ngoài ra còn có các thành phần khác như bixaghanen, bixein, bixol, crocetin, axit ellagic, ishwarane, isobixin, phenylalanine, axit salicylic, threonin, axit tomentosic và tryptophan. [6] Hai thành phần chính của hạt điều nhuộm là bixin và norbixin, trong đó bixin chiếm 80% còn lại chiếm 20% là nobixin và các thành phần khác. Thành phần bixin không tan trong nước nhưng lại tan tốt trong dầu thực vật. Kết quả nghiên cứu cho thấy khi quả điều nhuộm được 4 tháng thì hàm lượng của bixin tích luỹ trong hạt đạt cực đại. Chất nhuộm màu chủ yếu trong hạt điều nhuộm là bixin có màu đỏ (este monomethyl của acid dicarboxilic norbixin), thành phần chiếm hơn 80% phần cơm của hạt điều. Ngoài bixin, trong hạt điều màu còn có norbixin (acid dicarboxilic) là chất tạo ra màu vàng.

1.2.2. Chất màu annatto có trong hạt điều nhuộm Annatto là một chất màu từ tự nhiên, không gây độc hại, không gây ảnh hưởng tới

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

19 sức khoẻ con người nên đã được CODEX – CAC (Ủy ban tiêu chuẩn hóa thực phẩm quốc tế) đưa vào danh mục các phẩm màu tự nhiên được sử dụng an toàn cho thực phẩm và dược phẩm. Phẩm màu annatto thường được sử dụng ở dạng bột tan trong nước và dạng chiết trong màu.

Chất màu annatto (hình 1.6) có màu vàng đỏ, hoàn toàn an toàn đối với sức khỏe của con người.

Annatto đang được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm và mỹ phẩm bởi các đặc tính ưu việt của nó như tính chống oxy hóa, tính kháng khuẩn và hoạt tính sinh học cao. Tuy nhiên, chất màu annatto lại bị biến đổi khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời ở nhiệt độ cao và trong thời gian dài.

Hình 1.6. Chất màu annatto chiết từ hạt điều nhuộm.

Chất màu annatto có bản chất là carotenoid gồm hai hành phần hóa học tạo màu chính là bixin chiếm tới 80% và còn lại chiếm 20% là norbixin và các thành phần khác.

Công thức cấu tạo của Bixin và norbixin được thể hiện ở hình 1.7. Chất màu annatto bền trong môi trường kiềm và nhạy cảm đối với chất oxy hóa.

Hình 1.7. Cấu trúc của bixin và norbixin.

• Bixin Bixin có công thức cấu tạo là C25H30O4, M = 394,25 đvC, nhiệt độ nóng chảy là 198OC, nhiệt độ thủy phân là 217OC. Bixin có màu đỏ, có mùi hạnh nhân, không vị, không tan trong dung môi hữu cơ như etyl axetat, axit axetic, axeton… và trong dầu mỡ nóng. Tuy nhiên chúng lại thủy phân trong kiềm và chuyển về dạng norbixin.

• Norbixin Norbixin có công thức cấu tạo là C24H28O44, M = 308,46 đvC. Norbixin cho màu vàng đến cam, tan chiều trong nước và trong dung dịch kiềm, có khả năng kết tủa trong

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

20 dung dịch có chứa nồng độ Ca2+ cao, không tan trong dung môi hữu cơ. Norbixin phản ứng với protein chuyển thành màu hồng đào.

1.2.3. Ứng dụng của hạt điều nhuộm Trong thực phẩm, chất màu annatto được sử dụng để thêm màu sắc cho các loại sản phẩm. Chất màu có nguồn gốc từ Norbixin dùng cho sản phẩm phomat, bơ, trứng, sữa … Chất màu có nguồn gốc từ bixin dùng cho sản phẩm ktác giả, bánh, đồ uống ...

Trong hạt điều nhuộm còn có hàm lượng Beta-caroten gấp 100 lần trong cà rốt, nó có tác dụng như một chất chống oxy hóa, làm triệt tiêu các gốc tự do trên da gây ra bởi tia cực tím hoặc các tác nhân trong môi trường.

Hình 1.8. Ứng dụng của chất màu annatto.

Trong y học, lá điều nhuộm tươi hoặc sao khô, sắc với nước, uống chữa sốt nóng, sốt rét, kiết lỵ, bệnh gan, đau dạ dày, rắn cắn; dùng ngoài có tính chất kháng khuẩn, trị vết thương, rửa nhiễm trùng da, cơm quả dùng chữa kiết lỵ, táo bón. Người bản địa ở Nam Mỹ, nơi phân bố tự nhiên của cây này, dùng hạt điều nhuộm làm thuốc tẩy giun, trợ tim, hạ sốt, trị tiêu chảy; dùng lá có tác dụng lợi tiểu, rễ chữa kiết lỵ. Ở Argentina, người ta dùng hạt điều nhuộm làm thuốc trợ tim, hạ sốt và trị tiêu chảy. Ở Trung Quốc, hạt điều nhuộm dùng hạ nhiệt, trị kiết lỵ và thu liễm. Các nước ở Đông Nam Á cũng dùng lá và hạt làm thuốc hạ sốt và tẩy nhẹ. Từ nhiều thế kỷ trước, người bản địa Surinam dùng chất màu của hạt điều nhuộm để bôi vào cơ thể trong các lễ hội truyền thống. Nhiều nước dùng chất màu của cây điều nhuộm để nhuộm bơ, phô mát, sôcôla và thức ăn. [6]

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

21 Trong công nghiệp, annatto được dùng để nhuộm màu cho vải. Mặc dù tạo ra được gam màu sáng cho vải nhưng cũng giống với các chất màu tự nhiên khác, annatto kém bền màu dưới tác dụng của ánh sáng khí quyển.

1.2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết tách chất màu annatto Quá trình chiết tách chất màu annato từ hạt điều nhuộm sẽ chịu ảnh hưởng của các yếu tố như dung tỷ, nhiệt độ, thời gian và phương pháp chiết.

Theo Amaral et al. (2009), màu annatto chỉ nằm ở lớp áo hạt điều nhuộm nên khi trích ly không cần thiết phải nghiền hạt. Năm 2006, Nobre et al. đã so sánh và thấy rằng hàm lượng annatto trích nguyên hạt và hạt nghiền mịn cho kết quả không khác biệt.

Trích ly nguyên hạt còn có ưu điểm hơn đó là hạn chế tạp chất lẫn với chất màu, gây khó khăn và tốn kém cho công đoạn tinh sạch tiếp theo. Dưới đây là các điều kiện ảnh hưởng tới quá trình chiết tách chất màu annatto.

• Phương pháp chiết Bảng 1.3. Lượng Bixin chiết được bằng các phương pháp khác nhau

Để chiết tách chất màu annatto có trong hạt điều nhuộm ta có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau: phương pháp chưng ninh trong dung dịch kiềm, Soxhlet, sóng siêu âm (Ultrasound-assisted), dung dịch lỏng tới hạn với khí CO2 (supercritical fluid extraction), hệ vi phân tán lỏng-lỏng (dispersive liquid-liquid microextraction), vi sóng

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

22 (microwave extraction), enzime (enzymatic extraction) với các dung môi và điều kiện khác nhau [10]. Mỗi phương pháp đều có những ưu, nhược điểm riêng và hàm lượng bixin thu được từ các phương pháp cũng hoàn toàn khác nhau. Hiện nay, trên thế giới người ta đã tìm ra rất nhiều phương pháp chiết tách chất màu từ hạt điều nhuộm ở các điều kiện chiết tách khác nhau (bảng 1.3).

• Nhiệt độ Nhiệt độ chiết có ảnh hưởng lớn tới quá trình chiết tách chất màu anntto (hình 1.9).

Khi nhiệt độ tăng sẽ làm giảm độ nhớt đồng thời làm tăng vận tốc khuếch tán của chất màu vào dung dịch. Do đó, tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển các chất hòa tan từ trong nguyên liệu vào dung môi dẫn tới hiệu suất chiết bixin cũng tăng lên đến một giá trị tối ưu nhất định. Khi nhiệt độ quá cao có thể làm phá vỡ cấu trúc cũng như sẽ làm biến đổi chất màu làm chúng chuyển hóa sang một dạng khác làm cho hiệu suất chiết bisxin cũng bị giảm đi. Vì vậy nhiệt độ trích ly phù hợp sẽ làm cho hàm lượng chất màu

Bixin yield (%)

chiết được đạt hiệu suất tối ưu.

1.0

0.5 OC

0.0 30

40

50

60

70

80

Hình 1.9. Ảnh hưởng của nhiệt độ khi chiết xuất chất màu annatto.

• Ảnh hưởng của thời gian Quá trình chiết tách cũng phụ thuộc vào thời gian chiết tách (hình 1.10). Nếu thời gian chiết tách quá ngắn không đủ để dung môi hòa tan chất màu và ngược lại thời gian quá dài ảnh hưởng đến độ tinh khiết của sản phẩm cần chiết tách do có thể hòa tan các chất khác có trong nguyên liệu tạo điều kiện cho những chất khác đi vào dung dịch chiết.

Ngoài ra, khi thời gian chiết tách quá dài cũng sẽ làm cho chất màu bị biến đổi chuyển hóa về một dạng khác không mong muốn làm cho hiệu suất chiết tách bị giảm xuống.

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

Bixin yield (%)

23 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 phút 0.0 20

10

30

40

50

60

70

Hình 1.10. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình chiết tách chất màu annatto.

• Ảnh hưởng của dung tỷ Dung tỷ là một yếu tố khá quan trọng ảnh hưởng tới hiệu suất của quá trình chiết tách chất màu annatto (hình 1.11). Đối với dung tỷ lớn thì lượng chất màu chiết tách thu được nhiều hơn và quá trình bão hòa mất nhiều thời gian hơn. Với cùng một lượng nguyên liệu đó, nếu dung tỷ quá thấp thì khả năng hòa tan chất màu có thể xảy ra chưa hoàn toàn, dẫn tới lượng chất màu thu được ít hơn và quá trình bão hòa xảy ra nhanh hơn. Hiệu suất quá trình chiết tách chất màu chỉ đạt tối đa tại thời điểm bão hòa do đó khi dung tỷ vượt quá ngưỡng bão hòa, thì chất màu cũng không trích ly ra được nữa. Vì vậy, việc xác định dung tỷ để quá trình chiết tách đạt hiệu suất chiết tách tối đa là rất cần

Bixin yield (%)

thiết.

0.8 0.6 0.4

0.2 (g/ml)

0.0 1/1

1/5

1/10

1/15

1/20

1/25

1/30

Hình 1.11. Ảnh hưởng của dung tỷ đến quá trình chiết tách chất màu annatto.

1.2.5. Phương pháp chiết tách annatto từ hạt điều nhuộm Như đã phân tích ở mục 1.2.4 có rất nhiều phương pháp để chiết chất màu annatto từ hạt điều nhuộm. Trong các phương pháp trên, phương pháp chiết tách có sự hỗ trợ

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

24 của sóng siêu âm cho hiệu quả cao, dễ thực hiện và ít tốn kém. Vì vậy, trong khuôn khổ đồ án này tác giả đã lựa chọn phương pháp chiết tách có sử dụng sóng siêu âm với dung môi metanol để chiết tách chất màu annatto có trong hạt điều nhuộm để làm chất màu cho quá trình nhuộm.

1.3. Vải bông hữu cơ Bông là loại xơ thiên nhiên đã được sử dụng từ rất lâu đời cho nhu cầu may mặc. Chiếm thị phần lớn trong tổng khối lượng xơ dùng trong ngành dệt của nước ta cũng như trên thế giới do tính sinh thái, tính tiện nghi và khả năng phân hủy sinh học tốt. Để đạt được mục tiêu ban đầu đặt ra là có một quá trình xuyên suốt từ đầu vào cho tới lúc hoàn thành sản phẩm được hoàn toàn tự nhiên thì tác giả đã lựa chọn vải bông hữu cơ làm đối tượng nghiên cứu trong khuôn khổ đồ án này.

Hình 1.12. Bông hữu cơ.

Bông hữu cơ là bông có nguồn gốc từ nông nghiệp hữu cơ, không áp dụng các đầu vào như thuốc trừ sâu tổng hợp, phân hoá học, thuốc diệt cỏ, chất làm rụng lá và xử lý hóa học hoặc hạt giống biến đổi gen. Mà sử dụng nguyên liệu đầu vào là các sản phẩm hữu cơ thân thiện với môi trường. Để có thể thực hiện sản xuất nông nghiệp hữu cơ thì những người nông dân sẽ phải trải qua một thời kỳ chuyển đổi đất đai từ một đến ba năm, tùy thuộc vào lịch sử các cánh đồng của họ. Qua các thời kỳ chuyển đổi môi trường đất được phục hồi trước khi trồng trọt và áp dụng phương pháp sản xuất hữu cơ để đảm bảo các sản phẩm là hoàn toàn hữu cơ chứ không được là bán hữu cơ. Quy trình sản xuất sản xuất hữu cơ được kiểm soát nghiêm ngặt, kiểm tra chứng nhận theo các quy tắc và quy định áp dụng trong quốc gia, khu vực cụ thể, hoặc thị trường tiêu dùng dự kiến bởi các tổ chức có uy tín và thẩm quyền. [8] Để phân biệt bông có nguồn gốc từ các trang trại hữu cơ và bông thông thường, người tiêu dùng sẽ xtác giả xét bông hữu cơ chỉ khi hạt giống bông được các tiêu chí như sản xuất trên các trang trại hữu cơ, được chứng nhận của bên thứ ba có thẩm quyền nhằm tăng cường lòng tin giữa nhà cung cấp và người mua. Hạt giống và sợi bông hữu cơ phải cung cấp được đầy đủ các thông tin cần thiết như thời gian thu hoạch, lưu kho

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

25 và vận chuyển đến các đơn vị chế biến dệt may. Các tài liệu cần thiết sẽ được lưu trữ và cung cấp cho người mua nếu họ yêu cầu chứng nhận từ bên thứ ba để đảm bảo rằng sợi bông được kinh doanh được sản xuất theo tiêu chuẩn hữu cơ.

Theo báo cáo thị trường hữu cơ năm 2014 của ngành Dệt may, khoảng 116.794 tấn bông hữu cơ đã được sản xuất trên toàn cầu trong năm phát triển 2013-2014. Năm quốc gia hàng đầu - Ấn Độ, Trung Quốc, Thổ Nhĩ Kỳ, Tanzania và Hoa Kỳ - sản xuất gần 97% tổng lượng sợi bông hữu cơ toàn cầu. Ấn Độ tiếp tục là nhà sản xuất lớn nhất, phát triển khoảng 74% bông hữu cơ trên thế giới. Tăng trưởng toàn cầu dự kiến sẽ tăng 15 đến 25% trong giai đoạn 2014-2015. Bông hữu cơ được chứng nhận là được trồng trên 220.765 ha đất, chiếm khoảng 0.7% bông toàn cầu khu vực. Có khoảng 148.000 cơ sở trồng bông hữu cơ trên toàn thế giới. [9]

Hình 1.13. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bông hữu cơ trên thế giới.

Hiện nay có ba nước dẫn đầu thế giới về sản xuất bông hữu cơ trong những năm gần đây là Ấn Độ (67%), Trung Quốc (12%) và Thổ Nhĩ Kỳ (7%). Tuy nhiên, vị trí thứ tư trước đó thuộc về Tanzania nay đã được thay thế bởi Kyrgyzstan (5%). Hoa Kỳ giữ vị trí thứ 5 sản lượng bông hữu cơ trên thế giới với 2% [10]. Theo biểu đồ hình ta thấy rằng, mức độ tiêu thụ sản phẩm làm từ bông là khá cao so với lượng bông cung cấp và nhu cầu này ngày càng cấp thiết hơn.

1.3.1. Cấu tạo và thành phần của xơ bông Thành phần của xơ bông hữu cơ hoàn toàn giống với xơ bông tự nhiên, chúng đều là xenlulo là tập hợp của nhiều tế bào thực vật có hình dải dẹt với nhiều thành mỏng và một rãnh nhỏ trong lõi xơ, rãnh có chất nguyên sinh để nuôi xơ. Độ dài trung bình khoảng

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

26 25-50 mm, chiều ngang của xơ trung bình khoảng 18-25 µm. Hệ số trùng hợp của mạch phân tử xenlulo bông khoảng 10.000. Ngoài xenlulo là thành phần chủ yếu thì xơ bông còn chứa các tập chất thiên nhiên khác nữa. Thành phần theo % các chất có trong xơ được thể hiện trong bảng 1.3.

Bảng 1.4. Bảng thành phần cấu tạo của xơ bông STT

Tạp chất

Tỉ lệ (%)

1

Xenlulo

94,0

2

Sáp bông

0,6

3

Axit hữu cơ

0,8

4

Chất pectin

0,9

5

Hợp chất chứa Nitơ

1,3

6

Tro

1,2

7

Đường

0,3

8

Tạp chất khác

0,9

Như vậy lượng tạp chất trung bình của xơ bông chiếm khoảng 6%. Ngoài các tạp chất hóa học xơ bông còn chứa các tạp chất cơ học như mảnh hạt, lá, vỏ. Cấu trúc của xơ bông được biểu diễn theo hình 1.14.

Hình 1.14. Công thức cấu tạo xenlulo.

1.3.2. Tính chất của xơ bông Thành phần của xơ bông hữu cơ tương tự với xơ bông tự nhiên chúng đều là các xenlulo vì vậy các tính chất của xenlulo cũng là các đặc trưng tính chất mà xơ bông có được. Ở nhiệt độ 120-130oC xơ bông sẽ không bị ảnh hưởng gì nhưng bắt đầu với nhiệt độ lớn hơn 130oC xơ có sự thay đổi chậm về cấu trúc, với nhiệt độ lớn hơn 160oC tốc độ phân hủy nhanh hơn và tốc độ này diễn ra rất mạnh kể từ nhiệt độ lớn hơn 180oC. Khối lượng riêng của xơ khoảng 1,5 – 1,54 g/cm3. Xơ bông có độ bền cơ học tương đối cao 25 – 40 (cN/tex). Trong xơ có nhiều đại phân tử kết hợp với nhau thành các chùm nằm dọc theo trục xơ, giữa các chùm có các lỗ trống. Những chùm phân tử xenlulo kết hợp với nhau tạo thành các thớ xơ, nhiều thớ xơ kết hợp với nhau tạo thành xơ, vì vậy giữa các thớ xơ tạo sợi xuất hiện nhiều lỗ trống làm cho xơ bông có cấu trúc xốp. Xơ có khả GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

27 năng hút ẩm lên tới 7 – 11% ở điều kiện chuẩn, tuy nhiên xơ lại thải ẩm rất chậm. Khả năng đàn hồi của xơ kém vì thế mà vải làm từ xơ bông rất dễ bị nhàu, co giãn kém nhưng lại rất mềm mại, thoáng mát và tính vệ sinh rất cao.

1.4. Phương pháp nhuộm màu cho vải bông hữu cơ 1.4.1. Giới thiệu phương pháp nhuộm Nhuộm là quá trình gia công nhằm đưa chất màu lên vải, sợi làm cho nó phân bố đều và gắn chặt vào xơ hay nói cách khác là làm cho vải có màu và màu đó phải bền trên vải. Quá trình nhuộm được chia làm bốn giai đoạn: Giai đoạn 1: Các hạt thuốc nhuộm khuếch tán từ dung dịch đến mặt ngoài của xơ.

Giai đoạn 2: Các hạt thuốc nhuộm hấp phụ lên mặt ngoài xơ.

Giai đoạn 3: Các hạt thuốc nhuộm khuếch tán từ mặt ngoài vào lõi xơ.

Giai đoạn 4: Thuốc nhuộm thực hiện liên kết với xơ.

Tùy theo dạng vật liệu và điều kiện cụ thể mà người ta dùng các phương pháp khác nhuộm khác nhau nhưng nhìn chung có ba phương pháp nhuộm là: nhuộm liên tục, bán liên tục và nhuộm gián đoạn. Trong nghiên cứu này tác giả lựa chọn phương pháp nhuộm tận trích cho vải bông trong môi trường trung tính và sử dụng máy nhuộm Baths để nhuộm vì phương pháp này đơn giản, dễ thực hiện tại phòng thí nghiệm và chất lượng vải sau nhuộm khá tốt.

1.4.2. Phương pháp nhuộm tận trích Nhuộm tận trích quá trình công nghệ nhuộm để đưa thuốc nhuộm vào sâu bên trong lõi xơ sợi chủ yếu bằng quá trình chuyển dịch cân bằng nồng độ từ dung dịch nhuộm vào xơ sợi, thông qua các quá trình nhiệt động học. Vải được cấp vào máy một cách gián đoạn. Nhuộm tận trích là phương pháp nhuộm mà vật liệu nằm trong dung dịch suốt quá trình nhuộm. Nhờ vậy, chất màu có trong dung dịch nhuộm được đưa lên vật liệu đồng thời thực hiện các liên kết với vật liệu để gắn màu cho vật liệu. Phương pháp này ứng dụng cho tất cả các loại vật liệu và tất cả các loại thuốc nhuộm do đơn giản dễ thực hiện và yêu cầu kỹ thuật không cao. Nó được áp dụng trong cả quy mô công nghiệp và quy mô thủ công.

1.4.3. Phương pháp tăng độ bền màu khi nhuộm vải bông bằng chất màu tự nhiên GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

28 Đặc điểm của chất màu tự nhiên là không bền màu với các tác nhân bên ngoài môi trường, mà bông lại không đủ số lượng vị trí ion âm để gắn gốc cation hoặc anion của thuốc nhuộm tự nhiên thông qua lực liên kết tĩnh điện. Do đó, khi sử dụng chất màu tự nhiên để nhuộm cho vải bông mà không có các biện pháp xử lý thì vải sẽ kém bền màu với ánh sáng cũng như là kém bền màu với quá trình gia công ướt. Do vậy, ta phải tăng độ bền màu cho vải để tăng khả năng sử dụng khi gia công ướt, ánh sáng cũng như trong một số điều kiện khác.

Có rất nhiều các chất cầm màu và các phương pháp cầm màu cho vải. Tuy nhiên, trong nghiên cứu này tác giả đã sử dụng phương pháp cầm màu cho vải bằng muối kim loại (muối nhôm KAl(SO4)2.12H2O). Hiện nay đã có rất nhiều bài báo nghiên cứu đã chứng minh vải được cầm màu với muối nhôm vừa không gây độc mà lại độ bền màu cao và khả năng gây hại cho như con người thấp.

Có 3 phương pháp cầm màu cho vải bằng muối kim loại là cầm màu trước, cầm màu sau và cầm màu đồng thời với quá trình nhuộm. Tuy nhiên cầm màu trước và cầm màu đồng thời thì khả năng nên màu đậm là rất khó và rất tốn dung dịch thuốc nhuộm vì khi đó vải được ngâm trong dung dịch muối và dung dịch thuốc nhuộm cùng một lúc nên có thể xảy ra 3 trường sau:  Ion kim loại có trong dung dịch muối sẽ bám vào bề mặt vải và liên kết với vải, sau đó các ion thuốc nhuộm mới vào và liên kết với các ion kim loại này, chúng tạo phức trên vải làm cho liên kết giữa thuốc nhuộm với xơ bền vững hơn.  Các ion kim loại liên kết với vải trước sau đó thì các ion kim loại mới đi vào và tạo phức với các phân tử thuốc nhuộm. Làm cho liên kết bền vững hơn.  Trường hợp 3 này khi các phân tử thuốc nhuộm tạo phức với gốc kim loại mà chưa liên kết với vải thì thuốc nhuộm sẽ bị kết tủa, kết tụ lại thành hạt lớn không có khả năng liên kết với vật liệu nữa (không mong muốn).

Do vậy, trong khuôn khổ đồ án này tác giả đã lựa chọn phương pháp cầm màu sau cho vải để đảm bảo sản phẩm có độ bền màu tương đối suốt quá trình sử dụng.

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

29 CHƯƠNG 2. NỘI DUNG, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Mục tiêu nghiên cứu Chiết tách được hợp chất saponin từ quả bồ hòn.

Chiết tách được chất màu annatto từ hạt điều nhuộm bằng dung môi hữu cơ với sự trợ giúp của sóng siêu âm.

Sử dụng chất màu chiết tách được để nhuộm cho vải bông hữu cơ dệt kim.

Khảo sát và so sánh khả năng lên màu của chất màu khi sử dụng saponin và chất ngấm tổng hợp. Đánh giá các chỉ tiêu về độ mao dẫn và độ bền màu, độ dây màu sau nhuộm.

Tính toán hiệu quả giá trị kinh tế và môi trường của sản phẩm.

2.2. Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu quy trình chiết tách hợp chất saponin từ quả bồ hòn.

Nghiên cứu quy trình chiết tách, ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian, dung tỷ đến hiệu suất và hàm lượng của chất màu chiết từ hạt điều nhuộm sử dụng dung môi metanol với sự hỗ trợ của sóng siêu âm.

Nghiên cứu, tìm điều kiện nhuộm tối ưu cho quy trình nhuộm chất màu annatto lên vải bông hữu cơ theo hai phương án: sử dụng sapponin làm chất trợ để so sánh hiệu quả với chất ngấm tổng hợp. Đo màu và so sánh, đánh giá khả năng lên màu của chất màu lên vật liệu bông hữu cơ trong hai trường hợp sử dụng chất ngấm tổng hợp và saponin. Sau đó đánh giá các tiêu chí về độ mao dẫn, độ bền màu và độ dây màu của vải sau nhuộm.

Tính toán hiệu quả giá trị kinh tế và môi trường của sản phẩm.

2.3. Đối tượng nghiên cứu 2.3.1. Vật liệu Quả Bồ hòn

:

Hạt điều nhuộm

:

Được cung cấp bởi Ecohouse, quả được thu mua ở khu vực phía Bắc Việt Nam. Loại dùng cho tạo màu thực phẩm, được cung cấp bởi Công ty TNHH Sản xuất và Thương mại Hậu Sanh, Việt Nam.

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

30 Vải bông hữu cơ :

Vải bông hữu cơ dệt kim chưa qua xử lý được cung cấp bởi công ty dệt nhuộm Đông Xuân.

Bảng 2.1. Thông số của vải bông hữu cơ dệt kim Kiểu dệt Singer Jersey

Chi số sợi

Khối lượng

Ne = 30

155 g/m2

Máy dệt

Nhà cung cấp sợi

Được dệt trên máy dệt Single Ø30E28

Itochu

2.3.2. Dụng cụ, hóa chất và thiết bị Các hóa chất, dụng cụ và thiết bị trong quá trình thí nghiệm được thể hiện trên hình 2.1. Ngoài ra còn có một số thiết bị và dụng cụ phụ như pipet nhựa, lọ đựng, giấy lọc…

2.4. Phương pháp nghiên cứu Đầu tiên, nguyên vật liệu thí nghiệm được làm sạch để loại bỏ các tạp chất chất bẩn. Sau đó, hạt điều và quả bồ hòn được tiến hành chiết tách để thu chất màu và saponin.

Bã thải sau khi chiết tách có thể được nghiền nhỏ để làm thức ăn chăn nuôi hoặc được tận dụng để làm phân hữu cơ vi sinh bón cho cây trồng. Sản phẩm sau khi chiết tách được phân tích định lượng hàm lượng chất màu và saponin có trong nguyên liệu ban đầu. Sau đó tiến hành nhuộm chất màu annatto cho vải bông hữu cơ với các phương án nhuộm khác nhau để so sánh và đánh giá. Vải sau nhuộm được tiến hành xử lý cầm màu và đánh giá các tính chất của vải sau nhuộm. Tính toán giá trị kinh tế và môi trường của quá trình nhuộm tạo nên sản phẩm sinh thái này. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm tổng quát được thể hiện trên hình 2.2.

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

31

Quả bồ hòn

n-hexan

Vải bông hữu cơ

Hạt điều nhuộm

Metanol

Máy cất quay chân không hãng Buchi

Máy nhuộm BATHS HH-S6

Máy đo FTIR

Micropipet

NaOH

H2 O2

Unico 4802 Double Beam Uv/Vis Spectrophotometer

Máy nhuộm cốc TI. Color I

Axit axetic

Na 2 CO3

Máy siêu âm S70H Elmasonic

Máy sấy chân không (Vaccum oven ADP 300)

Buồng sáng chuẩn SpectraLight QC

Tủ sấy

Cân khối lượng

Chất màu

Máy xay

Thiết bị đo màu hãng X-rite, model Ci7800

Hình 2.1. Dụng cụ hóa chất và thiết bị thí nghiệm.

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

32

Nguyên liệu thực vật

Hạt điều nhuộm

Quả bồ hòn

Vải mộc

Tiền xử lý

Chiết tách

Chất màu annatto

Chế biến bã thải sau chiết

Hợp chất Saponin

Nhuộm vải

Xử lý gắn màu bằng KAl(SO4)2 Giặt sau nhuộm để loại bỏ phần thuốc nhuộm, chất màu không liên kết với xơ sợi

Sản phẩm nhuộm

Đánh giá các chỉ tiêu sau nhuộm Hình 2.2. Sơ đồ nghiên cứu tổng quát.

2.4.1. Phương pháp chiết tách saponin Qua quá trình khảo cứu tài liệu ta thấy rằng có rất nhiều phương pháp để tiến hành chiết tách saponin từ quả bồ hòn với nhiều loại dung môi khác nhau như: metanol, etanol, nước.... Tuy nhiên trong đồ án này, tác giả chỉ sử dụng nước làm dung môi để chiết tách saponin từ quả bồ hòn do vừa đtác giả lại hiệu suất chiết tách cao vừa dễ dàng thực hiện.

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

33 • Quy trình chiết tách từ quả bồ hòn Qua quá trình khảo cứu tài liệu và tiến hành thử nghiệm, qui trình chiết tách Saponin được tiến hành như sau: Đầu tiên, lấy 100g quả bồ hòn khô đã tách hạt ngâm với 0,5 lít nước trong vòng 14giờ. Sau đó, ninh hỗn hợp trong thiết bị Ti – Color I ở 100oC trong 30 phút (không tính thời gian nâng nhiệt). Lọc lấy phần quả cho vào máy say sinh tố say nhuyễn, sau đó thêm 0,5 lít nước và tiếp tục ninh trong thiết bị Ti-Color I ở nhiệt độ sôi trong 30 phút. Để nguội hỗn hợp đó trong 3 giờ. Lọc hỗn hợp qua màng lọc thu được dung dịch chiết. Đóng chai sử dụng cho các nghiên cứu sau.

Quá trình chiết tách saponin từ quả bồ hòn được thể hiện qua hình 2.3.

• Quy trình tinh chế saponin Quá trình tinh chế saponin được tiến hành như sau: Đầu tiên lấy 10ml dung dịch chiết cho vào hai cốc thủy tinh đặt vào thiết bị sấy.

Sấy cho đến khi khối lượng chất rắn không đổi đtác giả cân ta thu được khối lượng m1.

Sau đó, đtác giả hòa tan hoàn toàn lượng chất rắn bằng metanol theo tỷ lệ 1:20. Lọc các chất rắn lơ lửng không tan bằng giấy lọc. Sau khi lọc xong, đtác giả phần chất rắn trên giấy lọc và phần dung dịch thu được cho vào thiết bị sấy khối lượng không đổi. Cuối cùng đtác giả cân khối lượng phần cô đặc thu được từ dung dịch sau lọc m2. Từ đó xác định được thành phần saponin. Sau khi xác đinh được khối lượng saponin, tính toán phần trăm saponin chứa trong 10ml dung dịch chiết theo công thức: % Saponin

=

m1.100% m2

Từ đó so sánh hàm lượng saponin trong dung dịch chiết từ quả và bột bồ hòn.

Quá trình tinh chế được thể hiện ở hình 2.4.

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

34

Lọc

Ninh chiết

Qủa bồ hòn

Lọc

Nghiền

Ninh chiết

Hình 2.3. Quy trình chiết tách saponin.

Sấy

Metanol

60 OC

1:20

Dịch chiết

Sấy 60 OC Chất rắn

Saponin

Hình 2.4. Quy trình tinh chế saponin.

2.4.2. Phương pháp chiết tách chất màu annatto Thông qua các bài báo và các công bố nghiên cứu khoa học cho thấy, có rất nhiều phương pháp để chiết tách chất màu annatto. Trong đồ án này, tác giả đã lựa chọn nhexan và metanol để loại bỏ chất béo và chiết tách chất màu annatto. Bởi metanol có

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

35 nhiệt độ sôi thấp hơn nước (64,7°C), lại có tính chọn lọc cao không phản ứng với các cấu tử khác có trong dung dịch nên khi chiết tách cho kết quả tốt mà không làm ảnh hưởng đến tính chất của chất màu chiết tách. Bên cạnh đó, metanol là dung môi được sử dụng thông dụng mà không gây độc hại, có thể thu hồi lại sau quá trình chiết tách.

Quy trình chiết tách chất màu annatto từ hạt điều và nhuộm cho vải bông đã được công bố tại một báo cáo nghiên cứu của chúng tôi ở điều kiện tối ưu: nhiệt độ 54,56 (oC), 33,93 (phút) và 14,92/1 (ml/g) [10]. Quy trình chiết tách được tiến hành cụ thể (hình 2.5) như sau: Nguyên liệu hạt điều được làm sạch và loại bỏ các tạp chất, chất béo bằng dung môi n-hexan với dung tỷ 3:1 (ml/g), ở nhiệt độ phòng trong thời gian 6 giờ. Hạt điều nhuộm sau loại béo được sấy ở 60oC trong 24 giờ đến khối lượng không đổi. Cân lượng xác định hạt điều nhuộm và tiến hành chiết tách chất màu bằng dung môi metanol trong bể rửa siêu âm với công suất 750W tại các điều kiện nhiệt độ, thời gian và dung tỷ trong khoảng nghiên cứu. Sau khi chiết, dung dịch được phân tách qua màng lọc. Phần hạt điều sau chiết được sấy ở 60oC trong 24 giờ đến khối lượng không đổi để xác định hiệu suất chiết. Một phần dung dịch chiết được đtác giả đi đo mật độ UV/Vis để xác định giá trị hấp thụ cực đại, phần còn lại đtác giả cất quay chân không để thu hồi bột màu annatto và dung môi metanol. Để thu được Bixin ta phải tiến hành hòa tan hoàn toàn norbixin và các chất khác, sau đó lọc qua màng lọc thu được phần không tan. Đtác giả sấy chân không phần không tan ở nhiệt độ 50oC đến khô. [10] Sau cất quay bột màu được sấy khô, một lượng hoà tan trong nước và lọc trên giấy lọc để loại bỏ các thành phần khác tan trong nước có thể bị trích ly từ hạt trong quá trình siêu âm. Phần phía trên giấy lọc chính là Bixin tinh khiết, ta đtác giả đi sấy khô. Lấy một lượng Bixin trên đtác giả xà phòng hóa bằng kiềm (NaOH 5%) để chuyển về dạng muối tan trong nước, trung hòa bằng axit (HCl) cho tới khi môi trường chuyển về trung tính thì dừng lại. Sử dụng dung dịch đã được chuyển về dạng tan để nhuộm cho vải bông hữu cơ dệt kim.

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

36

n-Hexan

Sấy

6 giờ

24 giờ

Hạt điều nhuộm

Siêu âm

Hạt điều sau chiết

Chất màu dạng nhão

Dịch chiết mẫu lớn

NaOH

TOC

Dạng tan

Bixin

Chất màu dạng bột

Sản phẩm

Nhuộm

Đo màu

Kiểm tra độ bền giặt

Đo FTIR

Kiểm tra độ mao dẫn

Hình 2.5. Quy trình chiết tách chất màu annatto và nhuộm cho vải bông.

2.4.3. Phương pháp tiền xử lý cho vải bông hữu cơ dệt kim Vải bông hữu cơ được cung cấp bởi công ty dệt nhuộm Đông Xuân là vải mộc chưa trải qua bất kỳ xử lý nào. Sản phẩm mộc khô cứng khó thấm các dung dịch hóa chất khác nên rất khó nhuộm màu, mặt khác lại chưa có độ trắng cần thiết cho nên ta cần xử lý vải trước khi nhuộm. Mục đích của quá trình công nghệ này là làm sạch các tạp chất để tăng khả năng nhuộm màu cho vải, đảm bảo sản phẩm nhuộm đều màu sâu màu và màu được tươi. Để đảm bảo sản phẩm được hoàn toàn hữu cơ thì trong đồ án này tác giả đã tiến hành quá trình tiền xử lý với đơn công nghệ gồm có:

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

37 Đơn công nghệ Dung tỉ

OC

: 1:20 100O C

B: H2O2

C 45 phút

: 4 ml/l

A

B 60O C

A: Na2CO3

: 6,5 g/l

30O C Phút

C: CH3COOH : 1g/l

Hình 2.6. Đơn công nghệ và quy trình nấu tẩy đồng thời vải bông hữu cơ.

2.4.4. Phương pháp nhuộm màu cho vải bông hữu cơ • Chuẩn bị dung dịch nhuộm Trước khi nhuộm chất màu cho vải bông hữu cơ ta phải chuyển hóa thành phần bixin không tan trong chất màu về dạng tan bằng phản ứng xà phòng hóa với NaOH 5% ở 95OC. Sau đó, tiến hành nhuộm cho vải bông hữu cơ dệt kim theo các phương án được thể hiện ở hình 2.7. Sau đó sẽ đánh giá hiệu quả qua trình nhuộm thông qua chứng minh lý thuyết (đo quang phổ hồng ngoại FTIR) và chứng minh thực nghiệm (độ bền giặt) để từ đó có thể so sánh hiệu quả khi nhuộm vải bông hữu cơ có sử dụng chất ngấm tổng hợp và khi sử dụng hợp chất saponin. Đơn công nghệ Dung tỉ 1:20

A:

Chất màu

: 1%m vải

Chất màu

:

1%m vải

B:

Chất ngấm Vitex NL 580

: 2g/l, 3g/l

Saponin

:

1g/l, 2g/l, 3g/l

Vải sau nhuộm được cầm màu bằng muối phèn nhôm KAl(SO4)2.12H2O để tăng độ bền màu cho vải.

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

38 Vải bông hữu cơ

Nhuộm màu với saponin

Nhuộm màu với chất ngấm tổng hợp 2g/l

3g/l

1g/l

2g/l

3g/l

Cầm màu

oC

95o C 60 phút

A

B 60o C

30o C

Phút

Hình 2.7. Phương án và quy trình nhuộm cho vải bông hữu cơ bằng chất màu annatto.

2.4.5. Phương pháp đo màu • Lý thuyết đo màu quang phổ Để đánh giá khả năng bắt màu lên vật liệu, người ta sử dụng phương pháp đo màu quang phổ. Phương pháp đo phổ là phương pháp xác định chính xác nhất và phức tạp nhất, cho kết quả đo sát với mắt người nhất, bao gồm 2 bước: đo phổ và tính toán số liệu.

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

39 BĆ°áť›c 1: Ä?o pháť•: lĂ quĂĄ trĂŹnh thuần váş­t lĂ˝ Ä‘áťƒ xĂĄc Ä‘áť‹nh Ä‘áť™ phản xấ theo Ä‘áť™ dĂ i bĆ°áť›c sĂłng. NhĆ° Ä‘ĂŁ biáşżt, Ä‘áťƒ Ä‘o đưᝣc Ä‘áť™ phản xấ cᝧa máť—i mẍu, ngĆ°áť?i ta nháť? vĂ o máť™t mẍu trắng chuẊn. Ä?áť™ phản xấ đưᝣc tĂ­nh theo tᝡ lᝇ ĂĄnh sĂĄng phản xấ tᝍ mẍu Ä‘o so váť›i mẍu trắng chuẊn. Táş­p hᝣp cĂĄc giĂĄ tráť‹ Ä‘áť™ phản xấ theo Ä‘áť™ dĂ i bĆ°áť›c sĂłng cĂł tháťƒ biáťƒu diáť…n trong táť?a Ä‘áť™ vuĂ´ng trong phấm vi toĂ n báť™ vĂšng ĂĄnh sĂĄng khả kiáşżn. Ä?Ć°áť?ng cong Ä‘Ăł gáť?i lĂ Ä‘Ć°áť?ng cong phản xấ cᝧa máť™t mĂ u. ThĂ´ng qua Ä‘áť™ phản xấ ĂĄnh sĂĄng theo chiáť u dĂ i bĆ°áť›c sĂłng, ngĆ°áť?i ta cĂł tháťƒ tĂ­nh toĂĄn đưᝣc táť?a Ä‘áť™ mĂ u Ä‘Ăł trong cĂĄc khĂ´ng gian mĂ u khĂĄc nhau.

BĆ°áť›c 2: TĂ­nh toĂĄn sáť‘ liᝇu. Tᝍ káşżt quả cĂĄc giĂĄ tráť‹ kĂ­ch thĂ­ch X, Y, Z nháş­n đưᝣc, mĂĄy Ä‘o mĂ u sáş˝ chuyáťƒn Ä‘áť•i thĂ nh cĂĄc táť?a Ä‘áť™ mĂ u trong hᝇ táť?a Ä‘áť™ CIELab. Trong Ä‘Ăł L đạc trĆ°ng cho Ä‘áť™ sĂĄng táť‘i cᝧa mĂ u, +a tháťƒ hiᝇn cho mĂ u Ä‘áť?, -a tháťƒ hiᝇn mĂ u xanh l᝼c, +b tháťƒ hiᝇn mĂ u vĂ ng vĂ -b tháťƒ hiᝇn mĂ u xanh da tráť?i. KhĂ´ng gian mĂ u CIELab đưᝣc tháťƒ hiᝇn trĂŞn hĂŹnh 2.8.

HĂŹnh 2.8. KhĂ´ng gian mĂ u CIELab.

• Phưƥng phåp tiến hà nh Tiến hà nh đo mà u trên måy đo mà u Ci7800 cᝧa hãng X-rite v᝛i nguᝓn sång D65, góc quan såt 10°. Cåc bư᝛c tiến hà nh theo tiêu chuẊn ISO 105-J03 tấi công ty Dᝇt Nhu᝙m Hưng Yên. Sau khi thu đưᝣc cåc giå trᝋ L, a, b và ph᝕ phản xấ R tấi khoảng bư᝛c sóng tᝍ 400 – 700 nm. Ta sẽ tính toån đưᝣc giå trᝋ K/S thông qua công thᝊc:

HĂŹnh 2.9. MĂĄy Ä‘o mĂ u X-rite.

đ?‘˛ đ?&#x;? − đ?‘šđ?&#x;? = đ?‘ş đ?&#x;?đ?‘š Trong Ä‘Ăł: R: GiĂĄ tráť‹ Ä‘áť™ phản xấ K: Hᝇ sáť‘ hẼp ph᝼ cᝧa váş­t liᝇu S: Hᝇ sáť‘ khuyáşżch tĂĄn – tĂĄn xấ

GVHD: TS. Nguyᝅn Ng�c Thắng

SVTH: TrĆ°ĆĄng Tháť‹ Huyáť n

40 2.4.6. Phương pháp đo quang phổ hồng ngoại (FTIR) Phổ hồng ngoại là phổ của các phân tử và nhóm phân tử xuất hiện dưới tác dụng của chùm sáng kích thích có năng lượng phù hợp (tương tác không đàn hồi) nằm trong vùng hồng ngoại (IR), làm cho các điện tử hóa trị trong các liên kết п và σ của các nguyên tử trong phân tử bị kích thích, chuyển lên mức năng lượng cao E1. Đồng thời, khi đó phân tử, các nhóm phân tử, nguyên tử quay và dao động. Ba quá trình đó sinh ra phổ hấp thụ hồng ngoại của chất dưới tác dụng của chùm sáng kích thích.

Mặc dù phương pháp phổ dao động là một trong những phương pháp hữu hiệu nhất để xác định các chất về định tính cũng như định lượng, được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu khoa học cũng như trong kiểm tra công nghiệp, phương pháp này cũng có những hạn chế nhất định như:  Bằng phương pháp phổ hồng ngoại không cho biết phân tử lượng (trừ trường hợp đặc biệt).  Nói chung phổ hồng ngoại không cung cấp thông tin về các vị trí tương đối của các nhóm chức khác nhau trên một phân tử.  Chỉ riêng phổ hồng ngoại thì đôi khi chưa thể biết đó là chất nguyên chất hay chất hỗn hợp vì có trường hợp 2 chất có phổ hồng ngoại giống nhau.

• Nguyên tắc của phép đo phổ hồng ngoại Các chất ở trạng thái rắn, lỏng, khí, khi bị kích thích bằng một chùm sáng có năng lượng phù hợp (tương tác không đàn hồi) có thể sinh ra phổ hồng ngoại IR của nó. Do đó, muốn đo phổ IR của một chất ta phải thực hiện qua các bước:  Chuẩn bị mẫu đo  Nguồn kích thích phổ  Máy đo phổ  Đánh giá phổ • Các yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu đo phổ hồng ngoại Có nhiều yếu tố gây ảnh hưởng đến tín hiệu đo phổ hồng ngoại bao gồm ảnh hưởng do cấu trúc của phân tử (hằng số lực hóa trị, sự thay thế đồng vị, hiệu ứng electron, yếu GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

41 tố không gian, liên kết hidro nội phân tử), ảnh hưởng do tương tác giữa các phân tử, ảnh hưởng của quy trình chuẩn bị mẫu và ảnh hưởng của môi trường. Tuy nhiên, với trạng thái tồn tại khác nhau của mẫu thì các yếu tố ảnh hưởng tác động đến các mẫu đo là khác nhau.

Với mẫu rắn việc chuẩn bị mẫu là rất quan trọng. Do mẫu rắn có hiện tượng tán xạ ánh sáng làm giảm cường độ hấp thụ của mẫu và làm mất đi những thông tin hóa học.

Vì vậy việc làm giảm tán xạ của mẫu đến mức tối thiểu là cần thiết. Khi chuẩn bị mẫu ta phải đảm bảo các yêu cầu của mẫu đo có kích thước hạt nhỏ, phân tán đồng đều, bề mặt nhẵn, trong, mỏng. Mặt khác, đối với phổ truyền qua thông thường được áp dụng bằng định luật Beer, nhưng với phương pháp phân tích phổ hồng ngoại cho mẫu rắn có sự sai lệch đáng kể do nồng độ của chất hấp thụ quá cao nằm ngoài khoảng tuyến tính của định luật. Ngay cả khi ở nồng độ thấp trong khoảng tuyến tính của định luật thì hiện tượng tán xạ ánh sáng cũng gây nên sự sai khác nên đồ thị thu được biểu diễn mối tương quan giữa nồng độ và độ hấp thu quang cũng hiếm khi đi qua gốc tọa độ. Một nguyên nhân nữa khiến định luật Beer không thể áp dụng trong việc định lượng các mẫu rắn bằng phương pháp phổ hồng ngoại là do phổ hấp thụ của các chất nằm trong các vùng hẹp chứa các đỉnh đặc trưng nên thường hẹp hơn dải phổ hồng ngoại được lựa chọn khi đo định lượng do đó có sự sai lệch phi tuyến ánh sáng. Khi hiệu chỉnh bằng hồi quy đa biến việc hiệu chỉnh tốt nhất cho các biến ở nồng độ cao hay thấp tiến gần đến giá trị trung bình ta phải phân bố tập số liệu đồng đều. Do đó, khi lập ma trận nồng độ cần phân bố đồng đều nồng độ từ cao đến thấp. Ngoài ra, còn yếu tố ảnh hưởng của độ ẩm môi trường do xuất hiện pic của nước ở vùng sóng 3450cm-1 nên khi chuẩn bị mẫu đo cần giữ mẫu đo và chất nền khô. Đối với mẫu khí và lỏng thì ảnh hưởng do hiện tượng tán xạ ánh sáng rất ít, mà tín hiệu đo lại bị ảnh hưởng của các liên kết hidro nội phân tử, hiệu ứng electron, yếu tố không gian, ảnh hưởng do tương tác giữa các phân tử, ảnh hưởng của độ ẩm do nước tạo liện kết hidro hay tương tác với chất phân tích làm giảm cường độ ở các đỉnh đặc trưng làm mất thông tin hóa học liên quan đến chất phân tích.

• Số sóng đặc trưng của vật liệu nghiên cứu Các nhóm chức, nhóm nguyên tử và liên kết trong phân tử có các phổ hấp thụ hồng GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

42 ngoại đặc trưng khác nhau. Khi sử dụng phương pháp đo phổ hồng ngoại FTIR sẽ giúp ta xác định được các liên kết (bonds) hay các nhóm chức (functional groups) có trong phân tử thông qua các phổ hấp thụ đặc trưng đó. Các phổ hồng ngoại của saponin [12], chất màu annatto và bông được thể hiện ở các bảng 2.2, bảng 2.3 và bảng 2.4.

Bảng 2.2. Phổ FTIR đặc trưng của saponnin STT

Số sóng (cm-1)

1

3407

O-H (H-bond)

2

2931

C-H (Symmetric Stretching)

3

1613

C-C trong mạch vòng (Aromatic Symmetric Stretching)

4

1724

C-O (Stretching)

5

1074

C-O-C (Antisymmetric bridge)

Nhóm chức

Bảng 2.3. Phổ FTIR đặc trưng của chất màu annatto STT

Số sóng (cm-1)

1

3284

O-H (O-H Stretching)

2

2855

CH2 (CH2 Stretching)

3

624

C-OH (C-OH Stretching)

4

3102

C-H (C-H Stretching)

5

1711

C-O (Stretching)

6

2846

CH2 (CH2 Wagging)

7

1376

CH3 (CH3 Symmetry Stretching)

8

676

C-H (C-H Out of plane)

Nhóm chức

Bảng 2.4. Phổ FTIR đặc trưng của bông STT

Số sóng (cm-1)

1

3422

O-H (Intermolecular Hydrogen Bonds)

2

2900

C-H (C-H Symmetrical Stretching)

3

1639

Hấp phụ H2O

4

1429

CH2 (Symmetric deformation)

5

1372

C-H (In-the-plane C-H bending)

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

Nhóm chức

SVTH: Trương Thị Huyền

43

6

1237

C=O hoặc NH2 (C=O Stretching or NH2 Deformation)

7

1203

C-OH (C-OH In-plane bending mode)

8

1164

C(1)-O-C(4) (Antisymmetric bridge C(1)-O-C(4) Stretching mode)

9

1058

C-O (C-O Stretch)

10

1030

C-C (C-C Stretch)

11

898

Liên kết β

12

667

C-OH (C-OH Out-of-plane bending)

2.7. Đánh giá các chỉ tiêu của vải sau khi nhuộm 2.7.1. Phương pháp đánh giá độ bền màu của vải bông với quá trình giặt (ISO 105 – C01) Một mẫu thử vải bông sau nhuộm được tiếp xúc với một hoặc hai mẫu vải thử kèm quy định, được khuấy cơ học dưới điều kiện quy định về thời gian và nhiệt độ trong dung dịch xà phòng tiêu chuẩn (nồng độ 5g/l), sau đó được giặt sạch và làm khô. Sự thay đổi màu của mẫu thử so với vải gốc được đánh giá bằng thang thước xám. Tiến hành các phương pháp kiểm tra độ bền màu theo tiêu chuẩn ISO 105-C01. Các bước thí nghiệm như sau: Bước 1: Cho mẫu thí nghiệm vào cốc inox (cốc nhuộm). Cho bột giặt tiêu chuẩn với nồng độ 5 g/l vào mỗi cốc, dung tỷ 50/1 (ml/g).

Bước 2: Giặt mẫu trong máy nhuộm cốc Ti Color trong 30 (phút) ở nhiệt độ 40 °C. Bước 3: Giặt mẫu thử hai lần với nước cất, sau đó để mẫu dưới vòi nước lạnh chảy trong 10 (phút) và vắt mẫu.

Bước 4: Tháo đường khâu ở ba cạnh và giữ lại đường khâu của một cạnh ngắn.

Bước 5: Phơi khô mẫu trên giá phơi ở nhiệt độ phòng.

Bước 6: Tiến hành so màu và đánh giá bền màu theo tiêu chuẩn ISO 105-A02 và A03: đánh giá sự thay đổi màu của mẫu thử so với mẫu vải gốc theo thang thước xám ISO 105-A02, 03 và buồng ánh sáng chuẩn. Mở buồng ánh sáng chuẩn, đặt mẫu thử trên bảng nghiêng 45° dưới nguồn sáng chuẩn. Đặt mẫu gốc bên cạnh mẫu thử (ở vị trí cùng

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

44 chiᝠu, cÚng tưƥng đưƥng mà u sắc cần đånh giå) và so mà u theo thang thư᝛c xåm.

2.7.1. PhĆ°ĆĄng phĂĄp Ä‘ĂĄnh giĂĄ Ä‘áť™ mao dẍn cᝧa vải theo tiĂŞu chuẊn AATCC 198-2013 Theo tiĂŞu chuẊn nĂ y, Ä‘o sáťą mao dẍn theo phĆ°ĆĄng ngang đưᝣc Ä‘áť‹nh nghÄŠa lĂ sáťą lan truyáť n nĆ°áť›c trĂŞn mẍu vải theo máť™t thiáşżt diᝇn cĂł dấng Ä‘Ć°áť?ng cong khĂŠp kĂ­n. TĂšy theo mẍu vải, cẼu trĂşc hĂ ng vòng, hĂ ng cáť™t mĂ tĂ­nh mao dẍn cᝧa vải theo cĂĄc hĆ°áť›ng lĂ khĂĄc nhau. • PhĆ°ĆĄng phĂĄp thiĚ nghiᝇm ChuẊn báť‹ mẍu Mẍu thĂ­ nghiᝇm cĂł kĂ­ch thĆ°áť›c 20Ă—20 cm Âą 5mm đưᝣc Ä‘áťƒ trong Ä‘iáť u kiᝇn tiĂŞu chuẊn T = 20 Âą2 OC, 65 Âą 4% trong 24 giáť?.

Tiáşżn hĂ nh thĂ­ nghiᝇm Ä?ầu tiĂŞn, cho 10 ml nĆ°áť›c cẼt vĂ o buret. Sau Ä‘Ăł, đạt dưᝥng lĂŞn giᝯa mẍu tháť­, dĂšng bĂşt chĂŹ váş˝ lấi chu vi cᝧa mẍu, tâm cᝧa dưᝥng trĂšng váť›i tâm cᝧa mẍu tháť­. Ä?Ć°a mẍu lĂŞn khung thĂŞu sao cho vải khĂ´ng báť‹ căng kĂŠo quĂĄ mᝊc. Di chuyáťƒn toĂ n báť™ hᝇ tháť‘ng gáť“m cáť‘c, mẍu vải, khung thĂŞu đạt vĂ o dĆ°áť›i váť‹ trĂ­ đầu nháť? giáť?t cᝧa buret. YĂŞu cầu váť‹ trĂ­ đầu nháť? giáť?t cᝧa buret đạt Ä‘Ăşng tâm cᝧa hĂŹnh tròn vĂ cĂĄch mạt trĂŞn cᝧa khung thĂŞu máť™t khoảng 10mm. Bắt đầu máť&#x; van buret chảy tᝍ tᝍ sao cho 10 Âą 2s lĂ háşżt 1ml lưᝣng chẼt láť?ng cĂł trong buret. Ä?áťƒ nĆ°áť›c tᝍ tᝍ thẼm Ä‘áť u, lan ráť™ng ra xung quanh Ä‘áşżn lĂşc nĆ°áť›c bắt đầu chấm Ä‘Ć°áť?ng tròn váş˝ ban đầu thĂŹ dᝍng lấi. BẼm giáť?, quan sĂĄt vĂ Ä‘o khoảng cĂĄch thẼm theo hĆ°áť›ng hĂ ng vòng vĂ cáť™t vòng ráť“i ghi lấi káşżt quả.

Tính toån đ᝙ mao dẍn cᝧa vải theo công thᝊc: W=π

đ???đ?&#x;?.đ???đ?&#x;? đ?&#x;’đ??­

Trong đó: W: đ᝙ mao dẍn theo hư᝛ng ngang (mm2/s) d1: khoảng cåch thẼm ư᝛t theo hư᝛ng c᝙t vòng (mm) d2: khoảng cåch thẼm ư᝛t theo hư᝛ng hà ng vòng (mm) t: th�i gian thẼm ư᝛t cᝧa mẍu (s)

GVHD: TS. Nguyᝅn Ng�c Thắng

SVTH: TrĆ°ĆĄng Tháť‹ Huyáť n

45 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Xác định hiệu suất chiết saponin từ quả bồ hòn Sau khi thực hiện các quá trình chiết tách, tinh chế ta thu được hàm lượng saponin trong quả bồ hòn trong hai lần chiết được thể hiện trong Bảng 3.1.

Bảng 3.1. Hàm lượng saponin trong hai lần chiết Lần chiết

Hàm lượng saponin trong

Hàm lượng saponin

chất rắn chiết được (%)

trong quả bồ hòn (%)

Lần 1

71,95

Lần 2

56,75

66,54

Kết quả cho thấy hàm lượng saponin trong quả bồ hòn nghiên cứu là tương đối cao (66,54%). So sánh hàm lượng saponin trong quả bồ hòn trong một nghiên cứu trước đây của chúng tôi thấy rằng ở cùng điều kiện và phương pháp chiết thì hàm lượng saponin trong quả bồ hòn của nghiên cứu này cao hơn nghiên cứu trước (58,85%). Sự khác biệt này có thể được giải thích là do chất lượng quả bồ hòn dùng trong nghiên cứu là khác nhau như: giống cây, thổ nhưỡng, khí hậu, thời điểm thu hoạch quả cũng như điều kiện chăm sóc nông nghiệp… tạo nên sự khác biệt về hàm lượng saponin trong quả bồ hòn.

3.2. Đánh giá mẫu vải trước và sau nấu tẩy Độ trắng của các mẫu vải trước và sau nấu tẩy được đánh giá thông qua thang thước xám theo tiêu chuẩn ISO 105-A02 và buồng ánh sáng chuẩn The Judge II (Gretag Macbeth) cho kết quả như bảng 3.2.

Bảng 3.2. So sánh mẫu vải trước và sau nấu tẩy Mẫu ban đầu

Mẫu sau nấu tẩy

Độ trắng (ISO 105 - A02) Lớn hơn 75 - 80%

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

46 Bảng 3.3. Khối lượng của các mẫu vải trước và sau nấu tẩy

Khối lượng mẫu ban đầu (g) Khối lượng mẫu sau nấu tẩy (g) Độ giảm khối lượng (%)

M1

M2

M3

M4

M5

M6

M7

10,48

10,10

10,81

10,69

10,74

11,49

12,81

10,03

9,68

10,30

10,33

10,36

11,05

12,30

4,3

4,16

4,71

4,30

3,54

3,83

3,98

Độ giảm khối lượng trung bình

4,12% ± 0,38

Từ bảng 3.2 thấy rằng, vải bông hữu cơ sau khi được nấu tẩy đồng thời với cùng đơn công nghệ, cùng điều kiện xử lý, vải sau nấu tẩy có độ trắng khá cao so với mẫu ban đầu từ 75 - 80%, đồng thời vải cho cảm giác sờ tay tốt hơn. Với kết quả này, ta có thể kết luận rằng hầu hết các tạp chất đã được loại bỏ khỏi vải, vải có độ trắng và sáng hơn, không còn màu vàng như vải ban đầu. Độ giảm khối lượng của các mẫu vải trước và sau nấu tẩy được trình bày trên bảng 3.3. So sánh độ giảm khối lượng khi tiến hành nấu tẩy vải bông hữu cơ và vải bông thông thường [13] với cùng đơn công nghệ cho thấy rằng độ giảm khối lượng trung bình sau khi nấu của vải bông hữu cơ là (4,12% ± 0,38) thấp hơn so với vải bông thông thường (6,97%). Điều này chứng tỏ hàm lượng các tạp chất có trong vải bông hữu cơ là thấp hơn so với vải bông thông thường. Đó là do quy trình trồng trọt, chăm sóc, thu hoạch cũng như sản xuất vải bông hữu cơ luôn phải tuân theo các quy định nghiêm ngặt để đảm bảo chất lượng đầu ra cho sản phẩm được hoàn toàn hữu cơ an toàn và thân thiện với con người. Trong nghiên cứu này tác giả đã sử dụng các hóa chất nấu và tẩy trắng được quy định để xử lý cho vải bông hữu cơ.

3.3. Nhuộm chất màu annatto cho vải bông hữu cơ và đánh giá kết quả nhuộm màu 3.3.1. Nhuộm màu Thành phần chất màu chiết được từ hạt điều nhuộm chủ yếu là bixin không tan trong nước và một lượng nhỏ norbixin tan trong nước. Để có thể nhuộm cho vật liệu tự

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

47 nhiên các thuốc nhuộm cần phải tan trong nước. Do vậy, để nhuộm màu annatto cho vải bông hữu cơ cần chuyển dạng không tan bixin thành dạng tan norbixin bằng phản ứng xà phòng hóa. Quá trình xà phòng hóa để chuyển đổi bixin thành norbixin cần sự có mặt của chất kiềm mạnh thông thường là NaOH. Tuy nhiên phản ứng này diễn ra rất chậm ở nhiệt độ thường. Do đó, để tăng tốc độ phản ứng ta cần tiến hành ở nhiệt độ cao khoảng 95oC. Phương trình phản ứng biểu diễn như sau:

HOOC-C22H26-COOCH3 + 2NaOH

toC

C22H26(COONa)2 + 2CH3COOH

C22H26(COONa)2 + CH3OH +H2O

C22H26(COOH)2 + 2CH3COONa

Hình 3.1. Quá trình chuyển đổi chất màu annatto từ dạng bixin thành norbixin.

Hình 3.1 biểu diễn sự chuyển chất màu từ dạng không tan sang dạng tan hoàn toàn trong nước. Ban đầu khi cho chất màu chiết tách được vào trong nước, chất màu phân tán trong nước ở dạng huyền phù, dung dịch có màu vàng nhẹ do trong chất màu chiết ra có một phần nhỏ norbixin tan trong nước. Khi xà phòng hóa bằng NaOH 5%, chất màu Bixin là một este nên bị thủy phân trong môi trường kiềm về dạng muối tan. Tuy nhiên khi ở nhiệt độ thường thì phản ứng xảy ra chậm màu dung dịch vàng cam nhạt.

Khi nâng nhiệt lên 95oC, màu dung dịch đậm dần và dung dịch chuyển từ dạng huyền phù sang trong suốt. Khi trung hòa bằng axit thì dung dịch chuyển màu thành màu cam đỏ đậm, chứng tỏ norbixin đã được hình thành.

Sau khi thu được dung dịch chất màu tan hoàn toàn trong nước đtác giả nhuộm màu cho vải bông hữu cơ trong môi trường kiềm (pH = 8-10) theo các phương án:  Nhuộm cho vải bông hữu cơ có sử dụng chất ngấm tổng hợp là Vitex NL 580 với nồng độ 2g/l và 3g/l.

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

48  Nhuộm màu cho vải bông hữu cơ sử dụng saponin với các nồng độ 1g/l, 2g/l, 3g/l.

Kết quả thu được được thể hiện ở bảng 3.4 Vải sau nhuộm được tiến hành cầm màu bằng muối phèn nhôm KAl(SO4)2. Muối phèn nhôm khi hòa vào nước bị hidrat hóa, phân ly tạo ra các ion Al3+, K+, SO42- theo phương trình phản ứng sau: KAl(SO4)2

K+ + Al3+ + 2SO42-

Al3+ + H2O Al(OH)2+ + H2O Al(OH)2+ + H2O

Al(OH)2+ + H+ Al(OH)2+ + H+ Al(OH)3 + H+

Trong nghiên cứu này, tác giả chỉ tiến hành cầm màu cho vải sau nhuộm bởi nếu tiến hành quá trình cầm màu trước khi nhuộm bằng muối kim loại thì các ion kim loại sẽ keo tụ các hạt phân tử nhuộm bên ngoài dung dịch, ngăn cản chúng di chuyển vào sâu trong xơ sợi. Ngược lại, khi tiến hành cầm màu cho vải sau nhuộm, chất cầm màu có tác dụng tạo liên kết bền vững và cố định các hạt thuốc nhuộm trên vải làm cho vải sau khi nhuộm có màu sẫm hơn bình thường.

3.3.2. Kết quả đo màu Sau khi nhuộm mẫu với các nồng độ chất ngấm khác nhau ở cùng một điều kiện nhuộm, kết quả đo màu được thể hiện trên bảng 3.4 đã cho thấy sự khác biệt khá rõ nét về màu sắc của các mẫu trong không gian màu L, a, b.

Giá trị L, a, b, C, h của các mẫu vải sau nhuộm được trình bày trên bảng 3.4. Trong đó giá trị L cho biết độ trắng hay độ sáng tối của màu sắc. Giá trị a, b lần lượt là các trục đỏ - xanh lục và vàng - xanh da trời cho biết sắc màu của vật. Từ hai giá trị a và b có thể tính toán và cho ra giá trị sắc màu (hay góc sắc màu - h - màu của vật) và mức độ thuần sắc của màu (C) theo các công thức sau: C

= [(a)2 + (b)2]1/2

h

= arctg(b/a)

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

49 Bảng 3.4. Kết quả đo màu vải sau nhuộm Nguồn sáng D65 - góc quan sát 10° Mẫu

L

a

b

C

h

Vi2

77,87

27,43

16,53

32,02

31,07

Vi3

75,69

28,84

18,69

34,37

32,94

Sa1

72,89

31,15

24,44

39,59

38,12

Sa2

69,47

33,6

29,04

44,71

41,11

Sa3

69,34

34,02

27,80

44,07

39,11

Hình ảnh

Để thấy rõ sự khác biệt màu sắc của các mẫu thí nghiệm ở các nồng độ chất ngấm khác nhau cũng như dễ dàng phân biệt màu sắc khi so sánh hai loại chất ngấm ở cùng nồng độ ta tiến hành so sánh các giá trị về độ sáng của màu sắc (L), độ thuần sắc (C) và các giá trị sắc màu thông qua đo màu được thể hiện trên hình 3.2, hình 3.3 và hình 3.4.

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

50 90 77.87

80

75.69

Vi2

70

Vi3

60 50

40 27.43

30

32.02

28.84

20

34.37 31.07

32.94

18.69

16.53

10 0 L

a

b

C

h

Hình 3.2. So sánh khả năng lên màu khi sử dụng chất ngấm Vitex ở các nồng độ khác nhau.

80

72.84 69.4769.34

70

Sa1

Sa2

Sa3

60 50 40 31.15

44.7144.07 39.59

41.11 39.11 38.12

C

h

33.6 34.02 29.04 27.8 24.44

30 20 10 0 L

a

b

Hình 3.3. So sánh khả năng lên màu khi sử dụng saponin ở các nồng độ khác nhau.

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

77.87 69.47

Vi2

Sa2 44.71

33.6

29.04 32.02

27.43

41.11 31.07

16.53

L

a

b

C

(a)

h

80 70 60 50 40 30 20 10 0

75.69 69.34

Vi3

Sa3

44.07 34.37

34.02 28.84

39.11 32.94

27.8 18.69

L

a

b

C

h

(b)

Hình 3.4. So sánh khả năng lên màu khi sử dụng saponin và Vitex NL 580 ở nồng độ 2g/l (a) và 3g/l (b).

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

51 Với kết quả đo màu (bảng 3.4) và đồ thị so sánh các giá trị L, a, b, C, h của các mẫu thí nghiệm ta thấy rằng: Với cùng nồng độ chất màu, khi tăng nồng độ chất ngấm, ánh màu vàng cam trên vải có xu hướng tăng tuyến tính và dần chuyển về màu cam đậm, điều này chứng tỏ khả năng bắt màu của vải bông hữu cơ với chất màu là tương đối tốt, lượng chất màu tận trích lên xơ sợi được cao hơn khi tăng nồng độ chất ngấm.

So sánh 2 phương án nhuộm có sử dụng saponin và Vitex NL 580 để làm chất ngấm với cùng một điều kiện công nghệ nhuộm thì mẫu có sử dụng saponin cho màu cam đậm hơn mẫu sử dụng chất ngấm tổng hợp Vitex NL 580. Tuy nhiên, vải sau nhuộm có sử dụng saponin lại có cảm giác sờ tay không mềm mại như mẫu có sử dụng chất ngấm tổng hợp.

3.3.2. Khả năng lên màu K/S Đường cong phổ phản xạ của các mẫu vải bông hữu cơ dệt kim khi nhuộm với chất màu annatto được thể hiện trên hình 3.5a. Quan sát đồ thị ta có thể thấy rõ được rằng đường cong phổ phản xạ của các mẫu khá là giống nhau khi được nhuộm với cùng một lượng chất màu và cùng mẫu vải, duy chỉ khác nhau về nồng độ chất ngấm sử dụng. Đường cong phổ phản xạ nằm trong khoảng nhìn thấy có giá trị từ 400 – 700 nm và đạt giá trị cực tiểu tại bước sóng khoảng 480 nm. Đường cong phổ phản xạ càng thấp cho thấy lượng chất màu lên vải càng nhiều, vải sẽ có màu đậm hơn. Khi tăng nồng độ các chất ngấm thì khả năng tận trích của vải cũng tăng lên. Tuy nhiên, khi tăng nồng độ saponin từ 2 g/l lên 3g/l thì dường như đường cong phổ phản xạ ở hai nồng độ này gần trùng nhau. Điều đó chứng tỏ lượng chất màu tận trích lên vải khi sử dụng nồng độ chất ngấm trong khoảng này đã dần trở nên bão hòa. Để thấy rõ hơn khả năng tận trích của chất màu lên vật liệu chúng ta cùng quan sát biểu đồ K/S qua hình 3.5b.

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

52 2.0

K/S

100 90 80

K/S (vi2) K/S(vi3) K/S(sa1) K/S(sa2) K/S(sa3)

1.5

70

R(%)

60 R% (vi2) R% (vi3) R% (sa1) R% (sa2) R% (sa3)

50 40 30

1.0

0.5

20 10 400

450

500

550

600

Wavelength

(a)

650

700

0.0 400

450

500

550

600

650

700

Wavelength

(b)

Hình 3.5. (a) Phổ phản xạ; (b) khả năng hấp thụ K/S của các mẫu bông hữu cơ dệt kim khi nhuộm với chất màu annatto.

Từ kết quả đo hệ số hấp phụ của các mẫu nhuộm, ta tiến hành đánh giá khả năng nhuộm màu cho vật liệu bông hữu cơ bằng chất màu annatto chiết xuất từ hạt điều nhuộm với hệ số K/S, vẽ đường cong hấp thụ và so sánh các giá trị K/S tại bước sóng cực đại. (hình 3.5b) Thông qua đồ thị K/S ta có thể thấy rằng giá trị K/S của các mẫu thí nghiệm nằm trong khoảng từ 0 – 1,86, cường độ màu tại vị trí có bước sóng 480 đạt giá trị cực đại là 1,8 xảy ra đối với mẫu nhuộm có sử dụng saponin với nồng độ 2g/l. So sánh các phương án nhuộm có sử dụng nồng độ các chất ngấm khác nhau thì thấy rằng các mẫu nhuộm sử dụng saponin có hệ số K/S hay lượng chất màu trên vải cao hơn so với các mẫu sử dụng chất ngấm Vitex NL 580.

Từ kết quả đo màu và phân tích khả năng lên màu K/S, các hiện tượng và kết quả thí nghiệm có thể được giải thích là do sau khi chiết tách saponin từ quả bồ hòn, dịch chiết saponin còn có màu nâu đậm, khi kết hợp với chất màu annatto sẽ làm cho vải có màu cam đậm hơn. Cũng có thể giải thích theo hướng khác rằng trong dung dịch chiết saponin có chứa một lượng tanin, chất có khả năng cầm màu chất màu tự nhiên bixin.

Chất này có khả năng tạo màng giữ các chất màu trên vật liệu sẽ làm tăng độ bền màu với giặt, tuy nhiên có thể làm giảm độ mao dẫn và gây cứng vải. Do vậy, để kiểm chứng giả thiết này các thí nghiệm đánh giá độ bền màu với giặt, độ mao dẫn và phân tích FTIR sẽ được tiến hành để đánh giá hiệu quả của các phương án nhuộm.

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

53 3.4. Đánh giá độ bền màu với quá trình giặt Màu sắc không quyết định toàn bộ chất lượng sản phẩm nhưng là thông tin đầu tiên gửi đến khách hàng. Vì vậy, trong quá trình gia công và sử dụng sản phẩm, làm thế nào để màu sắc của chúng vẫn giữ được giá trị ban đầu luôn được các nhà sản xuất và người tiêu dùng quan tâm đặc biệt, nhất là trong giai đoạn toàn cầu hóa mang tính cạnh tranh gay gắt như hiện nay. Chất màu tự nhiên lại dễ bị thay đổi màu sắc do những tác nhân xung quanh của môi trường như: giặt, là, cọ xát, mồ hôi, ánh sáng, thời tiết… Bằng việc sử dụng saponin làm chất trợ cho quá trình nhuộm cho thấy khả năng lên màu cao hơn so với chất ngấm tổng hợp khi sử dụng cùng nồng độ. Tuy nhiên, để có thể khẳng định lại một lần nữa hiệu quả của quá trình nhuộm khi sử dụng saponin làm chất trợ tác giả đã tiến hành đánh giá độ bền giặt của các mẫu vải theo tiêu chuẩn ISO 105-C01 cho kết quả như bảng 3.5.

Bảng 3.5. Kết quả đo độ bền giặt của các mẫu vải nhuộm theo tiêu chuẩn ISO 105-C01

Sa1_Cấp 3

Sa2_Cấp 3-4

Sa3_Cấp 3-4

Vi2_Cấp 3

Vi3_Cấp 3

Bảng 3.5 lần lượt là ảnh mẫu vải trước và sau khi kiểm tra độ bền màu với giặt được so sánh, đánh giá màu bằng thang thước xám và thang thước trắng theo tiêu chuẩn ISO 105-A02 và A03. Từ bảng 3.5 ta thấy độ bền màu với giặt của vải bông hữu cơ sau khi nhuộm bằng chất màu annatto và được xử lý cầm màu rất khả quan, nằm trong khoảng từ cấp 3 tới 3-4. Điều này chứng minh rằng vải sau khi xử lý đã hình thành liên kết giữa chất màu với vải, giúp tăng thêm độ bền giặt của vải.

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

54 Bảng 3.6. Kết quả so sánh độ dây màu Mẫu thí

Wo

Al

PE

PA

Co

AC

Vi2

4-5

5

5

5

4

5

Vi3

4-5

5

5

5

4

5

Sa1

4-5

5

5

5

4

5

Sa2

4-5

5

5

5

3-4

5

Sa3

4-5

5

5

5

3-4

5

nghiệm

Mẫu so sánh

Mẫu vải thử kèm để kiểm tra độ bền giặt theo tiêu chuẩn ISO 105-C01 gồm có 5 thành phần lần lượt là len, acrylic, polyeter, polyamit, cotton và acetat. Từ bảng 3.6 ta có thể thấy dường như chất màu dây ra trên thành phần là bông được thể hiện rõ nét nhất. Cấp độ dây màu khi được đánh giá theo thang thước trắng là cấp 3-4 và cấp 4. Sự dây màu ở hai cấp độ này là tương đối nhiều, do vật liệu cotton bắt màu với chất màu annatto tương đối tốt nên chúng có thể liên kết dễ dàng với nhau và làm cho thành phần cotton trên vải thử kèm bị bắt màu khá mạnh. Ngoài ra, khi tiến hành giặt ở 40°C thì nhiệt sẽ làm tăng động năng của các phân tử thuốc nhuộm cộng thêm việc các mao quản trong xơ sợi cũng bị trương nở làm cho kích thước mao quả lớn hơn nên các phân tử thuốc nhuộm dễ dàng khuyếch tán từ vải đã được nhuộm ra ngoài môi trường giặt rồi đi GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

55 vào trong các mao quản của thành phần cotton có trong vải thử kèm. Vì vậy, thành phần cotton trong các mẫu vải thử kèm sau khi giặt có màu khá đậm. Điều này có thể nhìn thấy được qua bảng 3.6.

Quá trình đánh giá kết quả so màu theo tiêu chuẩn ISO 105-A02, 03 với nguồn sáng chuẩn D65 – ánh sáng ban ngày còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, đặc biệt là chủ quan của người đánh giá.

3.5. Độ mao dẫn Để đánh giá khả năng thấm hút vải sau nhuộm, trong đồ án này tác giả đã đánh giá độ mao dẫn của các mẫu vải thí nghiệm theo tiêu chuẩn AATCC 198 – 2013 và thu được kết quả như bảng 3.7.

Bảng 3.7. Hiện tượng và hình ảnh mẫu thí nghiệm Hiện tượng

Mẫu

Mẫu xử lý bằng Vitex NL 580

Mẫu xử lý bằng saponin

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

- Ngay từ lúc đầu khi giọt nước nhỏ xuống bề mặt vải thì đã có hiện tượng lan rất nhanh trên bề mặt vải.

- Nước lan trên bề mặt vải rất đều và có hình tròn.

- Ban đầu, khi nhỏ nước xuống thì nước vo tròn trên bề mặt vải, sau đó nước mới lan ra nhưng tốc độ lan rất chậm, chậm hơn nhiều so với mẫu mộc.

- Nước lan ra không đều trên mặt vải.

SVTH: Trương Thị Huyền

56 Bảng 3.8. Kết quả đo độ mao dẫn Mẫu đo mao dẫn

Khoảng cách thấm theo cột vòng (cm)

Khoảng cách thấm theo hàng vòng (cm)

Thời gian (s)

Kết quả độ mao dẫn (mm2/s)

Vi2

9,9

8,2

112

56,90

Vi3

8,8

7,8

99

54,43

Sa1

7,8

6,8

290

14,36

Sa2

6,5

5,4

305

9,03

Sa3

5,6

4,4

315

6,14

60.00 50.00 40.00

Vi2 Vi3

30.00

Sa1

20.00

Sa2

10.00

Sa3

0.00 Kết quả độ mao dẫn (mm2/s) Hình 3.6. So sánh độ mao dẫn của các mẫu vải sau nhuộm.

Từ số liệu thực nghiệm và tính toán theo công thức tính độ mao dẫn của chất lỏng trên vải theo phương nằm ngang, thu được kết quả thể hiện ở trên bảng 3.7, bảng 3.8 và biểu đồ hình 3.6 ta thấy rằng các mẫu nhuộm có sử dụng chất ngấm tổng hợp có độ mao dẫn cao hơn hẳn so với mẫu có sử dụng saponin. Khi tăng nồng độ của các chất ngấm thì khả năng thấm hút của các mẫu giảm dần. Nguyên nhân có thể là do trong dung dịch chiết saponin có chứa một lượng tanin, là chất có khả năng cầm màu chất màu tự nhiên norbixin. Chất này có khả năng tạo màng mỏng bao phủ trên bề mặt vải có tác dụng giữ các chất màu trên vật liệu vì vậy mà làm tăng độ bền màu với giặt nhưng lại làm giảm độ mao dẫn, giảm cảm giác sờ tay. Khi tăng nồng độ dung dịch saponin đồng nghĩa với việc nồng độ tanin lên vải cũng cao hơn làm cho độ mao dẫn của vải giảm xuống.

Ngoài ra, sau khi cầm màu, chất cầm màu làm kết bó các hạt thuốc nhuộm tạo hạt

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

57 có kích thước lớn hơn và giữ chất màu trong vải. Các hạt này làm cho kích thước các mao quản trong vải bị thu hẹp, ngăn cản sự di chuyển của nước trên vải, do đó làm giảm độ mao dẫn của vải.

3.6. Kết quả đo phổ hồng ngoại FTIR 100 C =O

Co

90

80

% Transmitance

% Transmittance

90

C ≡C

70 60

O -- H

50

Cn

C =O

100

40 C–H

30

C ≡C

80

O -- H

70 C–H

60 50 40

O –H

30 O -- H

20 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000

20 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000

500

Wavenumber (cm-1)

(a)

(b) 100

Nb

90

% Transmittance

C =O

80 C–C

60 50 40

O –H

C =O

C ≡C

80 70 60

C–H

50

C =C O -- H

% Transmitance

90

70

Cd

C =O

100

500

Wavenumber (cm-1)

40

30

30

20

20 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000

Wavenumber (cm-1)

(c)

500

O –H

500

Wavenumber (cm-1)

(d)

Hình 3.7. Phổ FTIR của các mẫu (a) vải bông hữu cơ, (b) vải bông thông thường, (c) Norbixin, (d) mẫu vải sau nhuộm bằng chất màu annatto.

Phổ FTIR của mẫu Co (hình 3.7a) có số lượng peak khá nhiều cho thấy rằng trong vật liệu này có chứa nhiều hợp chất với nhiều nhóm chức khác nhau. Các peak đặc trưng gồm có: 3446 cm-1 (nhóm OH trong xenlulo), 2898 cm-1 (nhóm C-H trong mạch hydrocacbon no), 1638 cm-1 (nhóm OH do bị hấp thụ nước), 1429 cm-1 (lượng sáp có trong bông), 1236,7 cm-1 (nhóm C=O hoặc amin bậc hai), 898 cm-1 (liên kết β−1.4

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

58 glicozit) …

Phổ FTIR của mẫu vải bông thông thường được thể hiện trên hình 3.7b. Phổ FTIR đo được cho số liệu các peak đặc trưng khá giống với phổ FTIR của mẫu vải bông hữu cơ. Các số liệu thu được chỉ sai khác một phần rất nhỏ có thể là do các thao tác chuẩn bị mẫu chưa chuyên nghiệp hoặc do FTIR quá nhạy dẫn tới sự sai khác này.

Hình 3.7c cho thấy phổ FTIR của norbixin trong chất màu annatto. Số sóng tại 3415,1 (cm-1) đặc trưng cho dao động kéo dãn của nhóm chức Hydroxyl (OH) trong Norbixin. Peak của nhóm chức này trong Norbixin có chân khá rộng chứng tỏ chất màu Norbixin có trong hạt điều là tương đối ưa nước. Số sóng 1632,0 (cm-1), đặc trưng cho dao động kéo căng của nhóm Cacbonyl (C=O). Số sóng 2920,1(cm-1) đặc trưng cho dao động hóa trị của mạch Hydrocacbon (C-C) và 1160,0 (cm-1) đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm C-O trong Norbixin nhưng không hiện rõ peak đặc trưng cho nhóm chức này.

Phổ FTIR của mẫu vải sau nhuộm bằng chất màu annatto có sử dụng saponin được thể hiện trên hình 3.7d. Các peak ở tần số 2898, 1638, 1429, 1237, 898 cm-1 trùng khớp với các peak này trên phổ FTIR của vải bông Co. Tuy nhiên, ta vẫn thấy có sự xuất hiện peak mới 1724 cm-1 đặc trưng cho nhóm cacbonyl (C=O) và peak 1074 đặc trưng cho nhóm C-O-C trong saponin. Điều này chứng tỏ sự có mặt của saponin có trên vải và tác dụng của việc trợ nhuộm của saponin.

3.7. Đánh giá hiệu quả kinh tế và sinh thái của sản phẩm nhuộm vải bông hữu cơ bằng chất màu annatto có sử dụng saponin làm chất trợ nhuộm [17] 3.7.1. Đánh giá hiệu quả sinh thái của sản phẩm Từ xa xưa con người đã biết dùng các chất màu tự nhiên để nhuộm cho các sản phẩm may mặc tạo ra các sản phẩm thân thiên với con người. Kể từ khi chất màu tổng hợp đầu tiên được tạo ra bởi William Henry Perkin (1856) với nhiều đặc tính ưu việt về kinh tế cũng như chất lượng sản phẩm và khả năng đáp ứng được các yêu cầu sản xuất công nghiệp thì ngành công nghiệp sản xuất thuốc nhuộm tổng hợp đã phát triển mạnh như vũ bão. Bên cạnh những đặc tính ưu việt đó thì trong những năm gần đây nó cũng gây ra nhiều ảnh hưởng xấu tới môi trường và sinh thái toàn cầu. Đây là vấn đề cực kỳ nóng bỏng và nhức nhối cần được quan tâm giải quyết. Từ đó chúng ta có thể thấy quy trình công nghệ nhuộm vải hoản toàn hữu cơ an toàn với con người mang một ý nghĩa rất lớn về mặt kinh tế xã hội và môi trường. Điều đó đã thôi thúc tác giả tạo ra được một GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

59 sản phẩm đạt các tiêu chuẩn về độ an toàn với con người mà lại thân thiện với môi trường – sản phẩm bông hữu cơ dệt kim nhuộm màu bằng chất màu tự nhiên annatto có sử dụng saponin làm chất ngấm với những đặc tính ưu việt trong quá trình sản xuất như sau: •

Sử dụng nguồn nguyên liệu dễ tái sinh, có thể tận dụng bã thải sau khi chiết tách Sản phẩm ở đây được tạo ra từ nguồn nguyên liệu chính là các sản phẩm trực tiếp

của nông nghiệp do vậy đây là nguồn nguyên liệu tự nhiên an toàn, thân thiện với con người, dễ tái sinh và cũng dễ dàng xử lý bã thải sau các quá trình chiết tách.

Quả bồ hòn sau khi được chiết tách saponin đã ở dạng mềm, kích thước nhỏ, dễ hủy bởi vi sinh vật, các thành phần như cellulose, khoáng, đạm… đã ở dạng dễ hòa tan hơn nhiều so với ban đầu. Do đó, nó có thể được tận dụng để làm phân hữu cơ vi sinh bón cho cây trồng có tác dụng làm ức chế các ấu trùng sâu bệnh hại giúp cho cấy cối phát triển nhanh và không mắc sâu bệnh. Còn hạt điều nhuộm sau khi chiết tách chất màu có thể được nghiền nhỏ làm thức ăn chăn nuôi. Ngoài ra, nước thải sau nhuộm của công nghệ nhuộm bằng chất màu tự nhiên hầu như không ảnh hưởng gì tới môi tường sinh thái. Hơn nữa khi chuyển giao công nghệ này cho nông dân thực hiện sẽ thúc đẩy việc tạo công ăn việc làm, đẩy mạnh xóa đói giảm nghèo cho bà con.

•

Quy trình công nghệ đơn giản, hạn chế tối đa việc sử dụng hóa chất Thuốc nhuộm tổng hợp cho chúng ta màu đơn sắc, còn muốn tạo ra màu hòa sắc

như màu có sẵn trong tự nhiên thì chúng ta phải phối rất nhiều màu đơn sắc với nhau.

Vì vậy sẽ rất mất thời gian, công sức và nguyên vật liệu để thực hiện nhưng cũng khó để tạo nên màu giống như màu tự nhiên. Hơn nữa, thuốc nhuộm tổng hợp có nguồn gốc là dầu mỏ - là nguyên liệu khó tái sinh, nó là hỗn hợp của các chất hữu cơ, trong đó có thể có các hợp chất chứa nhóm azo gây độc hại tới con người, quá trình sản xuất thuốc nhuộm tổng hợp chứa rất nhiều hóa chất độc hại như axit mạnh, bazo mạnh, dung môi, muối kim loại nặng và cần nhiệt độ cao…. Vì vậy, nước thải của thuốc nhuộm tổng hợp tốn nhiều chi phí cho năng lượng và sinh ra nhiều khí thải gây hiệu ứng nhà kính.

Trái lại với những điều trên, quy trình nhuộm vải bông hữu cơ vải bông hữu cơ bằng chất màu annatto có sử dụng saponin làm chất ngấm của tác giả lại hoàn toàn thân GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

60 thiện và an toàn với con người cũng như môi trường. Với cùng một nồng độ chất màu, khi sử dụng các nồng độ chất ngấm khác nhau, chúng ta cũng có thể tạo ra những gam màu trầm khác nhau mà không cần phải phối trộn nhiều loại thuốc nhuộm phức tạp và tốn kém như thuốc nhuộm tổng hợp. Bên cạnh đó, trong quá trình nhuộm các hóa chất sử dụng đa số là các chất hữu cơ không độc hại trong quá trình sản xuất và sử dụng sản phẩm, hạn chế tối đa việc sử dụng các hóa chất tổng hợp nên nước thải sau nhuộm có ít chất độc hại, dễ phân hủy sinh học an toàn và thân thiện với con người và môi trường.

3.7.2. Đánh giá về hiệu quả kinh tế Để tính toán hiệu quả kinh tế khi nhuộm chất màu annatto cho vải bông hữu cơ dệt kim có sử dụng saponin làm chất ngấm thì trong đồ án này tác giả đã tiến hành tính toán chi phí để sản xuất 1 tấn sản phẩm. Việc tính toán hiệu quả kinh tế của công nghệ này dựa vào thứ nhất là chi phí thuốc nhuộm (lượng chất màu), hóa chất, chất trợ, lượng nước sử dụng; thứ hai là tính toán chi phí năng lượng như điện, hơi, nhiệt …. uy nhiên, ở đây quy trình công nghệ nhuộm nhuộm vải bông hoàn toàn hữu cơ có thể bỏ qua chi phí về năng lượng hơi, nhiệt. Vì vậy trong đồ án này tác giả chỉ tiến hành tính toán chi phí về thuốc nhuộm (chất màu), hóa chất, chất trợ năng lượng điện và lượng nước sử dụng.

3.7.2.1. Chi phí chất màu và chất trợ Chi phí sản xuất cho quá trình tạo ra dung dịch chất màu bao gồm các chi phí sau: chi phí cho nguồn nguyên liệu và chi phí chiết tách dung dịch chất màu. Những loại chi phí này phụ thuộc bởi các yếu tố sau: • Chi phí nguyên vật liệu đầu vào Nguồn nguyên liệu từ tự nhiên thì thường không đồng nhất mà phụ thuộc vào các yếu tố như khí hậu, thổ nhưỡng của đất trồng, mùa vụ thu hoạch, độ ẩm của nguyên liệu và các loại tạp chất khác lẫn vào khi thu hoạch. Để đồng nhất nguồn nguyên liệu thô đầu vào ta cần xác định độ ẩm của nguyên liệu. Nguyên liệu thô sau khi thu mua sẽ được trộn đều rồi tiến hành kiểm tra hàm ẩm như sau: Lấy m1 (g) nguyên liệu cần xác định hàm ẩm đtác giả sấy ở 100oC cho đến khi thu

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

61 được khối lượng không đổi m2 (g). khi đó hàm ẩm của nguyên liệu: W=

m1-m2 x100% m2

Sau khi đã xác định được hàm ẩm, kiểm tra chất lượng của nguyên liệu đầu vào rồi tiến hành đtác giả đi chiết tách. Bảng 3.9 cho thấy giá thành đầu vào của nguyên vật liệu như sau: Bảng 3.9. chi phí cho nguyên liệu thô Nguyên

Hàm

Nồng

Khối

Lượng

Khối

Giá 1kg Tổng chi

liệu

lượng

độ sử

lượng

chất

lượng

nguyên

phí cho

có trong

dụng

sản

cần

nguyên

liệu thô

nguyên

nguyên

xuất

dùng

liệu thô

(nghìn

liệu thô

liệu (%)

(kg)

(kg)

cần dùng

đồng)

(nghìn đồng)

(kg) Quả bồ hòn Hạt điều nhuộm

66,54

2

g/l

2

3,01

240

721,37

1

17,73

30

531,91

1000 5,64

1

%

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

62 KẾT LUẬN Trong nghiên cứu này, Saponin từ quả bồ hòn đã được chiết tách bằng phương pháp ninh chiết với hàm lượng saponin trong quả bồ hòn là 66,54 %.

Chất màu annatto từ hạt điều nhuộm được chiết tách bằng dung môi hữu cơ, metanol, với sự trợ giúp của sóng siêu âm ở điều kiện tối ưu đồng thời cho cả hiệu suất chiết tách và hàm lượng chất màu tổng là 54,56 (oC), 33,93 (phút) và 14,92/1 (ml/g), thu được là 5,64 (%) và 0,67 (g Bixin/ g annato).

Sử dụng chất màu thu được để nhuộm cho vải bông hữu cơ dệt kim sử dụng các nồng độ chất ngấm Vitex NL 580 và saponin khác nhau để so sánh và đánh giá.

Bằng phương pháp đo màu quang phổ đã xác định được các thông số màu, giá trị độ phản xạ R và khả năng lên màu K/S của các mẫu vải sau nhuộm đạt giá trị cục đại là 1,8 tại vị trí có bước sóng 480 nm xảy ra đối với mẫu nhuộm có sử dụng saponin với nồng độ 2g/l. Đánh giá độ bền màu với giặt của các mẫu theo tiêu chuẩn ISO 105-C01 cho kết quả là vải sau khi nhuộm với các nồng độ chất ngấm khác nhau cho độ bền giặt tương đương nhau từ cấp 3 đến cấp 3-4. Đánh giá độ mao dẫn của các mẫu sau nhuộm theo tiêu chuẩn AATCC 198 – 2013 cho thấy mẫu nhuộm có sử dụng saponin làm chất ngấm có độ mao dẫn thấp hơn nhiều so với mẫu nhuộm có sử dụng Vitex NL 580.

Bằng phương pháp đo phổ hồng ngoại FTIR đã cho thấy các peak phản xạ của các nhóm chức trong vật liệu và chất màu và sau khi nhuộm chất màu cho vật liệu. So sánh peak phản xạ của vải bông hữu cơ và bông thông thường.

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

63 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Nghiên cứu, so sánh hàm lượng saponin trong quả bồ hòn ở các vùng miền Việt Nam. Dịch chiết saponin có màu nầu sẫm do đó sẽ gây hạn chế khi ứng dụng vào một số sản phẩm. Trong nghiên cứu tiếp theo, tác giả tẩy trắng dịch chiết saponin bằng hydro peoxit H2O2. Sau đó kiểm tra và so sánh các đặc tính, tính chất của dịch chiết trước và sau khi tiến hành tẩy trắng bao gồm tính chất hoạt động bề mặt, tạo bọt và khả năng trợ nhuộm của dịch chiết.

Nghiên cứu, tìm ra giải pháp để ổn định dịch chiết trong thời gian dài hơn, cũng như cải thiện, nâng cao độ bền màu cho sản phẩm trong quá trình sử dụng.

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

64 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đỗ Tất Lợi. Những cây thuốc và vị thuốc Việt Nam, NXB y học, Hà Nội, 2004.

[2] Ing–Luen SHIAU1, Tzenge–Lien SHIH2, Ya–Nang WANG3, Hsin–Tai CHEN4, Haw–Farn Lan5, Han Chien LIN1, Bing–Yuan YANG6, Chun–Han KO6 and Yasuhide MURASE7. Quantification for Saponin from a Soapberry (Sapindus mukorossi Gaertn) in Cleaning Products by a Chromatographic and two Colorimetric Assays.

[3] Aparna Upadhyay; D.K. Singh. Pharmacological effects of Sapindus mukorossi [4] http://trungtamduoclieu.vn/bo-hon-id655.html [5] Sidra-Tul Muntaha, M. Nasiruddin Khan. Natural surfactant extracted from Sapindus mukurossi as an eco-friendly alternative to synthetic surfactant e a dye surfactant interaction study.

[6]http://www.vusta.vn/vi/news/Thong-tin-Su-kien-Thanh-tuu-KH-CN/Cay-dieunhuom-19407.html.

[7] Professor Axel Zeeck - Synthesis of Dimeric Terpenoyl Glycoside Side Chains from Cytotoxic Saponins.

[8] Organic cotton; an opportunity for trade report (2016) [9] Organic Trade Association, 2013 and Preliminary 2014 U.S. Organic Cotton Production & Marketing Trends, Produced for Cotton Incorporated, January 2015.

[10] Đỗ Thị Phương Mai, ĐHBLHN luận văn thạc sỹ khoa học.

[11] Effects of cultural systtác giả (organic and conventional) on growth and fiber quality of two cottons (Gossypium hirsutum L.) varieties [12] Meshari Saad Almutairi., Direct detection of saponins in crude extracts of soapnuts

by FTIR [13] D. Raja, A. Arputharaj, Study on dyeing behavior of cotton/organic cotton knitted fabrics.

[14] Na Wang, Heya Wang, Zhen Weng., Decolorization of Sapindus Pericarp Extract

by Hydrogen Peroxide and a Comparison of Basic Characteristics Before and After Decolorization.

[15] Dolores Julia Yusá-Marco, María Teresa Doménech-Carbó., Characterization of colouring compounds in Annatto (Bixa Orellanal) used in historic textile by mean of

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền

65 UV-Vis Spectrophotometry and FTIR Spectroscopy.

[16] Meshari Saad Almutairi and Muhammad Ali., Direct detection of saponins in crude extracts of soapnuts by FTIR. [17] PGS.TS Hoàng Thị Lĩnh., Nghiên cứu khả năng sử dụng chất màu tự nhiên để nhuộm vải bông và tơ tằm, thiết lập qui trình công nghệ và triển khai ứng dụng cho một số cơ sở làng nghề dệt nhuộm.

GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Thắng

SVTH: Trương Thị Huyền