CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1. Cơ sở hình thành đề tài Thế giới hiện nay đã và đang thay đổi một cách nhanh chóng bởi tác động của các cuộc cách mạng công nghiệp dẫn đến yêu cầu của người tiêu dùng ngày càng cao và những sản phẩm thông thường không còn đáp ứng được nữa. Hiện nay, các sản phẩm hiện tại đòi hỏi đáp ứng không chỉ về mặt thẩm mỹ mà còn chức năng bảo vệ con người khỏi các tác động tiêu cực của môi trường.
Đó là những trang phục chuyên dụng chống hóa chất, chống thấm hoặc những sản phẩm may mặc có tác dụng khử mùi, chống cắt hay chống trượt. Trong đó, vải chống tia UV trong thời điểm hiện tại là một khía cạnh đang rất được quan tâm. Công nghiệp dệt nhuộm là một ngành công nghiệp tiêu thụ một lượng nước lớn làm cho nước sạch ngày càng khan hiếm và lâu dần nó sẽ tác động lên cả xã hội. Thành phần sinh vật thủy sinh phải đối mặt với việc thiếu nước sạch do dự suy thoái bởi nước thải từ công nghiệp dệt nhuộm.
Chúng chứa chất độc hại tác động lên cả thủy quyển, thạch quyển và khí quyển. Do đó việc sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp, hóa chất phải đáp ứng được tiêu chuẩn của môi trường. Hiện nay có nhiều biện pháp để hạn chế tác động tiêu cực của công nghiệp dệt nhuộm như: sử dụng công nghệ lọc siêu thanh để xử lí nước thải nhuộm trước khi thải chúng ra môi trường, giảm các thông số công nghệ nhưng vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm và sử dụng các chất màu tự nhiên để tạo màu cho vật liệu. Hoa đậu biếc (Clitoria ternatea, Butterfly pea) là một loài thực vật có hoa đã và đang được sử dụng để chiết xuất tạo chất màu “anthocyanin” cho thực phẩm và tạo màu cho vật liệu dệt may.
Anthocyanin thuộc nhóm flavonoids, là sắc tố trong không bào thực vật tan trong nước chịu trách nhiệm về ánh sáng đỏ, tím hoặc xanh của hoa, vỏ, hạt, quả và lá. Cường độ và độ bền màu của anthocyanin phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cấu trúc, nồng độ chất màu, pH, nhiệt độ, ánh sáng, sự hiện diện của các chất màu khác, ion kim loại, enzyme, oxy, vitamin C và đường,…Ngoài ra, anthocyanin còn có nhiều hoạt tính sinh học quý cho sức khỏe như khả năng chống oxy hóa, chống dị ứng, chống tia phóng xạ, chống viêm, kháng khuẩn và bảo vệ tim mạch,… Hiện nay, việc nghiên cứu về quá trình chiết xuất cũng như quá trình nhuộm vật liệu dệt bằng dịch chiết “Hoa đậu biếc” đã và đang được thực hiện ở trong và ngoài nước. 1 Một số nghiên cứu quốc tế Rosmawati Adullah và cộng sự (2011) đã tiến hành nghiên cứu sự thay đổi màu sắc và sự ổn định của anthocyanin trong dịch chiết hoa đậu biếc bởi ảnh hưởng của pH dung dịch. Chean – Ring Leong và cộng sự (2017) đã tiến hành nghiên cứu về chất màu anthocyanin trong dịch chiết hoa đậu biếc ứng dụng nhuộm màu trong thực phẩm.
Ethel Jeyaseela Jeyaraj và cộng sự (2020) đã tiến hành nghiên cứu các phương pháp chiết xuất chất màu từ hoa đậu biếc thông qua các đặc tính sinh học, lý học. Mahfud Mahfud và cộng sự (2020) đã tiến hành nghiên cứu tính chất của anthocyanin từ dịch chiết hoa đậu biếc có hỗ trợ sóng siêu âm. Peilong Sun và cộng sự (2015) đã tiến hành nghiên cứu chất màu anthocyanin được chiết xuất từ nguyệt quế Trung Quốc với sự hỗ trợ vi sóng và ảnh hưởng của vi sóng đến sự ổn định của chất màu. Izirwan Izhab và cộng sự (2020) đã tiến hành nghiên cứu tối ưu điều kiện chiết xuất có hỗ trợ vi sóng chất màu anthocyanin từ hoa đậu biếc.
Ekta Sharma và cộng sự (2005) đã tiến hành nghiên cứu hiệu quả nhuộm tơ tằm với các chất màu tự nhiên trong đó có hoa đậu biếc với kết quả rất khả thi. Một số nghiên cứu trong nước Nguyễn Thị Tuyết và cộng sự (2019) đã tiến hành nghiên cứu chiết tách chất màu anthocyanin từ hoa đậu biếc. Kiều Thị Nhi và cộng sự (2017) đã tiến hành nghiên cứu quy trình chiết tách anthocyanin hiệu quả tự hành tím, hành lá, tỏi tía và cần tây. Hoàng Thị Hồng (2020) đã tiến hành nghiên cứu quá trình chiết tách và đánh giá độ ổn định của anthocyanin trong hoa đậu biếc.
Mạc Xuân Hòa và cộng sự (2018) đã tiến hành nghiên cứu tối ưu quá trình chiết xuất có hỗ trợ vi sóng polyphenol từ vỏ lụa hạt điều. Mạc Xuân Hòa và cộng sự (2017) đã tiến hành nghiên cứu so sánh hiệu quả chiết xuất chất màu anthocyanin từ vỏ quả thanh long bằng vi sóng và sóng siêu âm. Từ thực tế đó, tác giả nghiên cứu đề tài “Hiệu quả nhuộm và khả năng kháng UV của vải tơ tằm với chất màu anthocyanin chiết từ hoa đậu biếc có hỗ trợ vi sóng”. Xác định mục tiêu đề tài Với mục tiêu đánh giá hiệu quả nhuộm và những đặc tính sinh học nổi bật của chất màu anthocyanin từ dịch chiết hoa đậu biếc được nhuộm trên vải tơ tằm thông qua phương pháp chiết có hỗ trợ vi sóng, nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm: Xây dựng quy trình chiết xuất anthocyanin từ hoa đậu biếc bằng phương pháp có hỗ trợ vi sóng; Khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ chất màu đến khả năng tạo màu của chất màu anthocyanin; Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ nhuộm đến khả năng tạo màu của chất màu anthocyanin; Khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian nhuộm đến khả năng tạo màu của chất màu anthocyanin; Khảo sát sự ảnh hưởng của chất cầm màu và tỉ lệ chất cầm màu đến khả năng tạo màu của chất màu anthocyanin; Thông qua các tiêu chí về độ bền màu để đánh giá hiệu quả nhuộm của chất màu anthocyanin; Nghiên cứu khả năng kháng tia UV của chất màu anthocyanin trên vải tơ tằm.
Ý nghĩa của đề tài Đề tài được thực hiện với mục đích khảo sát các điều kiện chiết xuất chất màu tự nhiên anthocyanin từ hoa đậu biếc, từ đó xây dựng được quy trình chiết xuất hiệu quả chất màu từ nguyên liệu cho phương pháp chiết có hỗ trợ vi sóng. Bên cạnh đó, đề tài còn khảo sát sự ảnh hưởng của các điều kiện nhuộm (nồng độ dịch nhuộm, nhiệt độ nhuộm, thời gian nhuộm và chất cầm màu) đối với vải tơ tằm. Từ đó, đưa ra các điều kiện tối ưu cho quá trình nhuộm vải tơ tằm bằng dịch chiết hoa đậu biếc từ hai phương pháp chiết nói trên. Đồng thời nghiên cứu khả năng kháng tia UV của chất màu anthocyanin.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Hoa đậu biếc khô thu hoạch từ tỉnh Long An; Chất màu anthocyanin nhuộm trên vải tơ tằm bằng dịch chiết hoa đậu biếc qua phương pháp chiết thông thường và phương pháp chiết có hỗ trợ vi sóng; Hiệu quả nhuộm và khả năng chống tia UV của vải tơ tằm với hoa đậu biếc. 3 Phạm vi nghiên cứu Địa điểm nghiên cứu: các thí nghiệm được thực hiện ở Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia Thành Phố Hồ Chí Minh và phòng thí nghiệm tại Công ty TNHH SGS Việt Nam. Thời gian nghiên cứu: 06/02/2023 – 15/06/2023. Ứng dụng nghiên cứu: nhuộm vải tơ tằm bằng chất màu tự nhiên và các tiêu chí đánh giá hiệu quả nhuộm cũng như khả năng kháng tia UV.
Phương pháp nghiên cứu Phương pháp thu thập thông tin và số liệu Thu thập thông tin từ sách, báo và các đề tài nghiên cứu khoa học đã có; Thu thập, tìm kiếm dữ liệu từ internet; Tham khảo ý kiến của các chuyên gia. Phương pháp phân tích Tiến hành chiết xuất anthocyanin từ hoa đậu biếc bằng hai phương pháp, sau đó xác định hàm lượng anthocyanin từ dịch chiết bằng phương pháp pH vi sai; Tiến hành xác định các thành phần có trong cao chiết hoa đậu biết bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC); Tiến hành nhuộm tơ tằm với các yếu tố ảnh hưởng khác nhau của quá trình nhuộm từ đó đánh giá hiệu quả nhuộm thông qua sự chênh lệch cường độ màu ΔE và chỉ số K/S; Tiến hành các thí nghiệm để kiểm tra độ bền màu và khả năng chống tia UV của mẫu nhuộm. Tiến hành chụp bề mặt mẫu thông qua kính hiển vi quét điện tử (SEM) để so sánh sự thay đổi bề mặt của mẫu trước và sau xử lí. Tiến hành phân tích quang phổ hồng ngoại (FTIR) để xác định sự có mặt của chất màu anthocyanin trong mẫu.
Tiến hành phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) để xác định sự thay đổi về cấu trúc tinh thể, trạng thái và định hướng tinh thể của mẫu trước và sau xử lí. Phương pháp xử lí số liệu Sử dụng phương pháp thống kế để xử lí số liệu; Sử dụng phương pháp cơ sở dữ liệu trên phần mềm Excel kết hợp với phân tích số liệu thông kê để xác định các yếu tố ảnh hưởng; 4 Sử dụng một số phần mềm tin học khác phục vụ cho việc phân tích và xử lí số liệu. Cơ sở lý thuyết ảnh hưởng của tia UV 1. Sự ảnh hưởng của tia UV đến sức khỏe con người Tia UV (Ultraviolet Rays) hay còn được gọi là tia tử ngoại hoặc là tia cực tím có bước sóng ngắn hơn 0.
Phổ của tia cực tím có thể chia ra thành 02 vùng là vùng tử ngoại gần (λ = 380 ~ 200 nm) và vùng tử ngoại xa hay còn gọi là vùng tử ngoại chân không (λ = 200 ~ 10 nm) [1]. Tia tử ngoại được chia ra làm 03 loại [2]: Tia UVA (λ = 320 ~ 400 nm): là sóng dài chiếm khoảng 95% tia cực tím chiếu xuống mặt đất. Tia UVA không bị lớp ozone hấp thụ nên tia này luôn có mặt trong ánh nắng mặt trời (cả trời nắng hay mưa). Tia UVB (λ = 280 ~ 320 nm): là sóng trung cũng xuất hiện quanh năm nhưng bị lớp ozone hấp thụ phần lớn.
Tia UVB hoạt động mạnh mẽ hơn ở những nói có khí hậu nắng nhiều như các vùng nhiệt đới, cận xích đạo. Tia UVC (λ = 190 ~ 280 nm): là sóng ngắn hay sóng có tính tiệt trùng, thường không xuất hiện bởi đã bị lớp ozone và khí quyển hấp thu hoàn toàn. 1: Phân loại tia tử ngoại theo tiêu chuẩn ISO - 21348:2007 [3] Phân loại tia tử ngoại theo tiêu chuẩn ISO – 21348:2007 Kí Bước sóng Năng lượng Tên gọi khác và những Tên gọi hiệu (nm) photon (eV) chú ý Tùy vào bước sóng khác nhau, sẽ gây tác hại, xâm Tử ngoại UV 450 – 1 000 3.4 nhập vào tầng hạ bì da người. Bước sóng dài sẽ xâm nhập Tử ngoại vào tầng hạ bì của da, phá UVA 315 – 400 3.94 A hủy collagen khiến da nhanh chóng bị lão hóa.