CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1. Tổng quan về tơ tằm 1. Sinh học con tằm Con tằm là một hình thái sinh trưởng trong vòng đời của con ngài (bướm đêm).
Từ khi trứng nở cho đến khi phát triển hoàn thiện, con ngài trải qua 4 giai đoạn biến đổi về hình thái (hình 1.1) đó là trứng, con tằm, con nhộng (kén), con ngài [1]. Mỗi giai đoạn đều đóng vai trò quan trọng trong đời sống của loài này, đặc biệt giai đoạn tạo kén đã cung cấp nguyên liệu cho ngành dệt tơ lụa. 1 Vòng đời của con ngài Tằm được phân loại chủ yếu dựa vào nguồn gốc giống loài hoặc loại thức ăn của chúng như lá dâu, lá sắn, lá thầu dầu,v.mori) thuộc loài Bombycidae là họ bướm đêm được thuần hóa và nuôi phổ biến nhất trong ngành tơ lụa, ở giai đoạn con tằm thức ăn chính của chúng là lá dâu, đây cũng là họ tằm được sử dụng trong nghiên cứu này. Giống tằm lưỡng hệ (thuộc họ B.mori ăn lá dâu có thể nuôi ở tất cả các mùa trong năm từ tháng 2 đến tháng 11) cho kén trắng được nuôi phổ biến ở Việt Nam tại các vùng khí hậu ôn đới hoặc vào thời vụ mát, ngoài ra còn có giống tằm cho kén vàng thường nuôi vào thời kỳ nóng ẩm của vụ hè.
Theo nghiên cứu của Trung tâm nghiên cứu Dâu tằm tơ Trung ương, ở nước ta hiện nay thường nuôi các giống sau lưỡng hệ nhập nội của Trung Quốc là giống Lưỡng Quảng số 2 (LQ2) có chất lượng tốt, kén màu trắng có thể ươm tơ đạt tiêu chuẩn cấp cao và có thể nuôi quanh năm. Kén tằm được tạo thành từ sợi tơ do con tằm nhả ra, bao bọc lấy cơ thể và bảo vệ nó trong suốt quá trình hoá thành con nhộng; sau đó nhộng phát triển thành con ngài và cắn kén thoát ra ngoài. Theo nghiên cứu của tác giả F. Chen và cộng sự, kén có cấu trúc không dệt với nhiều lớp sợi như một vỏ composite polymer tự nhiên được tạo nên từ một sợi tơ liên tục duy nhất với chiều dài từ 500−1600 m, trong đó sericin có chức năng như một chất kết dính để duy trì sự sắp xếp ngẫu nhiên của sợi và các lớp sợi trong toàn bộ kén.
Từ bên trong đến bề mặt bên ngoài, độ xốp và lượng sericin tăng lên trong khi liên kết giữa các sợi giảm. Kén tằm có thể được phân thành ba hoặc bốn lớp, tùy thuộc vào từng giống tằm và cấu trúc vi mô của kén. Cũng theo nhóm tác giả này, kén tằm B. mori có độ bền thấp nhưng độ dày và xốp tương đối cao, cấu trúc lớp phân loại rõ rệt, chiều dài lớn hơn nhiều so với kén của các loài tằm hoang dã nên đáp ứng được 8 nhu cầu sản xuất công nghiệp của ngành dệt may.
Tơ ở các lớp kén khác nhau cũng được chứng minh là có tính chất khác nhau về hàm lượng sericin; ngoài ra các đặc tính của kén tơ còn phụ thuộc vào môi trường nuôi, thức ăn và tính chất địa lý khí hậu mỗi nơi [15].2 Cấu trúc kén tằm họ B.mori [14] Sự sinh trưởng của tằm được chia thành các giai đoạn từ tuổi 1 đến tuổi 5 (bảng 1. Các độ tuổi có thời gian kéo dài khác nhau, được phân biệt dựa vào sự phát triển của tằm trong từng giai đoạn.1 Thời gian sinh trưởng của tằm dâu lưỡng hệ Các giai đoạn Thời gian Tuổi 1 3 ngày Ngủ tuổi 1 20 giờ Tuổi 2 2 ngày Ngủ tuổi 2 20 giờ Tuổi 3 2,5−3,5 ngày Ngủ tuổi 3 1 ngày Tuổi 4 4,5−5 ngày Ngủ tuổi 4 1−1,5 ngày Tuổi 5 7−8 ngày Tổng thời gian 23−26 ngày Mỗi độ tuổi đề đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển sinh học của con tằm. Trong đó, tuổi thứ 5 của tằm kéo dài 7−8 ngày và khoảng ngày thứ 4 của tuổi thứ 5 là thời điểm tuyến tơ trong con tằm phát triển hoàn thiện, tại đây bắt đầu quá trình tổng hợp dung dịch tơ lỏng chuẩn bị cho tằm nhả tơ tạo kén [16]. Tuyến tơ là một cặp ống kết nối với nhau, được chia thành ba phần gồm tuyến trước, tuyến giữa và tuyến sau.
Tuyến sau có nhiệm vụ tổng hợp fibroin với cấu tạo khoảng 500 tế bào, dài 15 cm, đường kính 0,4−0,8 mm. Tuyến giữa dài khoảng 7 cm, với khoảng 300 tế bào, đường kính 1,2−2,5 mm chịu trách nhiệm sản xuất sericin và lưu trữ các protein tơ cho đến khi tơ được nhả ra ngoài. Tuyến tơ trước có khoảng 250 tế bào, dài 2 cm, đường kính 0,05−0,3 mm có chức năng vận chuyển dung dịch tơ lỏng đến bộ phận nhả tơ của con tằm. Trong giai đoạn đầu của tuổi thứ năm (0−96 giờ), quá trình sinh tổng hợp các cấu trúc tế bào cần thiết để tạo sợi được hình thành nhanh chóng ở tuyến tơ, trong khi ở giai đoạn 9 sau (120−192 giờ), quá trình sinh tổng hợp tạo sợi chủ yếu là hoàn thiện các cấu trúc này để chuẩn bị nhả tơ ra ngoài [16].
3 Đặc trưng tuyến tơ của tằm. a) Cấu trúc tuyến tơ; b) Quá trình tổng hợp protein trong tuyến tơ đến khi nhả tơ; c) Sự định hình cấu trúc của tơ từ lúc mới hình thành đến khi con tằm nhả tơ [124], [125] Dựa vào đặc điểm sinh học của giai đoạn tằm tổng hợp dung dịch tơ lỏng trong tuyến tơ, một số nghiên cứu đã được thực hiện nhằm tạo ra vật liệu tơ tằm với tính năng tự biến đổi như tơ tằm có độ bền cao khi cho tằm ăn bổ sung ống nano carbon [17], tăng cường độ ổn định nhiệt và các đặc tính cơ học của tơ tằm bằng phương pháp cho ăn bổ sung nano bạc [18]; tơ tăng độ bền và độ giãn khi cho tằm ăn bổ sung graphene oxide [12], cho ăn bổ sung nano MoO2 để thu được tơ có khả năng sử dụng chế tạo các điện cực lưu trữ năng lượng [19]. Trong đó, tạo màu cho tơ tằm bằng phương pháp cho tằm ăn chất màu ứng dụng trong sinh học và Dệt may cũng được nghiên cứu [20]. Quy trình sản xuất kén tơ tại Việt Nam Quy trình nuôi tằm lấy kén tơ được thể hiện trong hình 1.
4 Quy trình sản xuất kén tơ Tại Việt Nam, nghề nuôi tằm dệt lụa đã được ghi nhận có từ khoảng 4000 năm về trướ, được xem là nghề cổ truyền của dân tộc ta từ lâu đời. Nghề trồng dâu nuôi tằm ở nước ta được hình thành phân bố ở nhiều vùng trải dài từ Bắc vào 10 Nam như Vạn Phúc (Hà Nội), Nha Xá (Hà Nam), Cổ Chất (Nam Định), Duy Duyên, Mã Châu (Quảng Nam), Tân Châu (An Giang), Bảo Lộc (Lâm Đồng). Việc sản xuất kén tơ là sự kết hợp giữa nông nghiệp (trồng cây dâu) và chăn nuôi con tằm để thu hoạch được kén, vì vậy nghề trồng dâu nuôi tằm đòi hỏi công sức lao động từ con người mà ít có máy móc thay thế được. Để thu hoạch được tơ sử dụng làm nguyên liệu cho ngành dệt, tằm được nuôi cho đến khi tạo kén; kén sau đó được ươm (nấu trong nước nóng) để thu được sợi tơ thô.
Quy trình nuôi tằm và thu hoạch kén Thông thường, nuôi tằm ở giai đoạn trứng thường được khuyến nghị là nuôi tập trung ở các trung tâm, viện nghiên cứu, cơ sở có đầy đủ trang thiết bị kiểm soát dịch bệnh, đảm bảo môi trường nuôi tằm sạch sẽ, các dụng cụ nuôi và nhà nuôi được sát trùng đầy đủ. Khi tằm đến khoảng tuổi 3 sẽ được tiếp tục nuôi ở các cơ sở trồng dâu nuôi tằm cho đến khi tạo kén và thu hoạch [21]. a) Quy trình nuôi tằm Nuôi tằm con: Giai đoạn tằm con được tính từ sau khi băng tằm đến khi tằm kết thúc tuổi 3. Sự sinh trưởng, phát dục của tằm con chịu ảnh hưởng rất lớn của điều kiện môi trường và phương pháp cho tằm ăn.
Cho tằm ăn đúng kỹ thuật, tằm sẽ sinh trưởng phát dục tốt, có sức đề kháng cao, năng suất và phẩm chất tơ kén cao [21]. Nuôi tằm lớn: Tằm lớn là giai đoạn tằm bắt đầu ngủ dậy tuổi 4 cho đến khi tằm đẫy sức ở tuổi 5 và bắt đầu nhả tơ kết kén. Giai đoạn này gọi là giai đoạn tằm ăn rỗi. Khả năng sinh trưởng của tằm ở giai đoạn ăn rỗi rất mạnh.
Tằm cần ăn lượng dâu lớn, chiếm 75% lượng dâu ăn cả lứa. Vì vậy, trong quá trình chăm sóc tằm ở giai đoạn tằm lớn, cần chú ý các biện pháp kỹ thuật, điều kiện môi trường phù hợp, chất lượng lá dâu đảm bảo, tằm ăn no, giúp tằm sinh trưởng, phát dục tốt, lứa tằm đồng đều, chín tập trung [22]. b) Quy trình tằm lên né, tạo kén Theo giáo trình hướng dẫn nuôi tằm lấy kén của Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn [23], sau khi lột xác 4 lần, đến tuổi 5, tằm được ăn lá dâu đầy đủ (khoảng 4 lần /ngày) sẽ đạt được sự tăng trưởng tối đa của tuổi đó. Tằm tuổi 5 kéo dài từ 5−6 ngày đối với giống đa hệ và 7−9 ngày đối với giống độc hệ và lưỡng hệ.
Sau khi kết thúc tuổi 5, các bộ phận trong cơ thể tằm đã được hình thành hoàn chỉnh, khối lượng tằm có thể tăng 9000−10000 lần so với lúc tằm mới nở, tuyến tơ của tằm mở rộng đến gần 40 % cơ thể. Tằm ngừng ăn dâu và chuẩn bị cho quá trình nhả tơ kết kén gọi là tằm chín. Dấu hiệu khi tằm chín được biểu hiện qua một số các yếu tố như hình thái cơ thể tằm (tằm xanh có màu trắng, da bóng và trơn). Khi chín, da tằm dần dân chuyển sang màu trắng trong, đầu và mình trở nên trong suốt.
Quan sát kỹ cơ thể tằm ta có thể thấy được tuyến tơ qua màng vỏ bọc ngoài thân. Các đốt ngực và thân của tằm xanh thể hiện rất rõ. Tuy nhiên, khi tằm chín thì các đốt ngực và thân trông không rõ. Cơ thể tằm chín co ngắn lại hơn so với tằm chưa chín.
Có thể quan sát động thái của tằm để nhận biết dấu hiệu tằm chín. Khi chín tằm có biểu hiện di chuyển qua lại trên nong và hay dạt về phía ngoài cạp nong, vì lúc này tằm có xu hướng tìm điểm tựa để nhả tơ. Lúc này cơ thể tằm tiến hành 11 bài tiết các chất thải ra khỏi cơ thể như phân và nước tiểu trước khi bắt đầu làm kén. Tằm hoạt động linh hoạt, đầu và ngực tằm ngẩng cao, đưa qua đưa lại để nhả tơ.
Miệng tằm bắt đầu tiết ra các sợi tơ đầu tiên. Tằm thải phân nhỏ và ướt hơn sơ với lúc chưa chín. Đối với tằm ăn lá dâu nhuộm màu, lúc này tằm tiết ra phân có màu của thuốc nhuộm.